Using Distributed Representations to Disambiguate Biomedical and Clinical Concepts

In this paper, we report a knowledge-based method for Word Sense Disambiguation in the domains of biomedical and clinical text. We combine word representations created on large corpora with a small number of definitions from the UMLS to create concept representations, which we then compare to representations of the context of ambiguous terms. Using no relational information, we obtain comparable performance to previous approaches on the MSH-WSD dataset, which is a well-known dataset in the biomedical domain. Additionally, our method is fast and easy to set up and extend to other domains. Supplementary materials, including source code, can be found at https: //github.com/clips/yarnComment: 6 pages, 1 figure, presented at the 15th Workshop on Biomedical Natural Language Processing, Berlin 201

Concept embedding-based weighting scheme for biomedical text clustering and visualization

Biomedical text clustering is a text mining technique used to provide better document search, browsing, and retrieval in biomedical and clinical text collections. In this research, the document representation based on the concept embedding along with the proposed weighting scheme is explored. The concept embedding is learned through the neural networks to capture the associations between the concepts. The proposed weighting scheme makes use of the concept associations to build document vectors for clustering. We evaluate two types of concept embedding and new weighting scheme for text clustering and visualization on two different biomedical text collections. The returned results demonstrate that the concept embedding along with the new weighting scheme performs better than the baseline tf–idf for clustering and visualization. Based on the internal clustering evaluation metric-Davies–Bouldin index and the visualization, the concept embedding generated from aggregated word embedding can form well-separated clusters, whereas the intact concept embedding can better identify more clusters of specific diseases and gain better F-measure

Neural networks for mining the associations between diseases and symptoms in clinical notes

There are challenges for analyzing the narrative clinical notes in Electronic Health Records (EHRs) because of their unstructured nature. Mining the associations between the clinical concepts within the clinical notes can support physicians in making decisions, and provide researchers evidence about disease development and treatment. In this paper, in order to model and analyze disease and symptom relationships in the clinical notes, we present a concept association mining framework that is based on word embedding learned through neural networks. The approach is tested using 154,738 clinical notes from 500 patients, which are extracted from the Indiana University Health’s Electronic Health Records system. All patients are diagnosed with more than one type of disease. The results show that this concept association mining framework can identify related diseases and symptoms. We also propose a method to visualize a patients’ diseases and related symptoms in chronological order. This visualization can provide physicians an overview of the medical history of a patient and support decision making. The presented approach can also be expanded to analyze the associations of other clinical concepts, such as social history, family history, medications, etc

Knowledge-driven entity recognition and disambiguation in biomedical text

Entity recognition and disambiguation (ERD) for the biomedical domain are notoriously difficult problems due to the variety of entities and their often long names in many variations. Existing works focus heavily on the molecular level in two ways. First, they target scientific literature as the input text genre. Second, they target single, highly specialized entity types such as chemicals, genes, and proteins. However, a wealth of biomedical information is also buried in the vast universe of Web content. In order to fully utilize all the information available, there is a need to tap into Web content as an additional input. Moreover, there is a need to cater for other entity types such as symptoms and risk factors since Web content focuses on consumer health. The goal of this thesis is to investigate ERD methods that are applicable to all entity types in scientific literature as well as Web content. In addition, we focus on under-explored aspects of the biomedical ERD problems -- scalability, long noun phrases, and out-of-knowledge base (OOKB) entities. This thesis makes four main contributions, all of which leverage knowledge in UMLS (Unified Medical Language System), the largest and most authoritative knowledge base (KB) of the biomedical domain. The first contribution is a fast dictionary lookup method for entity recognition that maximizes throughput while balancing the loss of precision and recall. The second contribution is a semantic type classification method targeting common words in long noun phrases. We develop a custom set of semantic types to capture word usages; besides biomedical usage, these types also cope with non-biomedical usage and the case of generic, non-informative usage. The third contribution is a fast heuristics method for entity disambiguation in MEDLINE abstracts, again maximizing throughput but this time maintaining accuracy. The fourth contribution is a corpus-driven entity disambiguation method that addresses OOKB entities. The method first captures the entities expressed in a corpus as latent representations that comprise in-KB and OOKB entities alike before performing entity disambiguation.Die Erkennung und Disambiguierung von Entitäten für den biomedizinischen Bereich stellen, wegen der vielfältigen Arten von biomedizinischen Entitäten sowie deren oft langen und variantenreichen Namen, große Herausforderungen dar. Vorhergehende Arbeiten konzentrieren sich in zweierlei Hinsicht fast ausschließlich auf molekulare Entitäten. Erstens fokussieren sie sich auf wissenschaftliche Publikationen als Genre der Eingabetexte. Zweitens fokussieren sie sich auf einzelne, sehr spezialisierte Entitätstypen wie Chemikalien, Gene und Proteine. Allerdings bietet das Internet neben diesen Quellen eine Vielzahl an Inhalten biomedizinischen Wissens, das vernachlässigt wird. Um alle verfügbaren Informationen auszunutzen besteht der Bedarf weitere Internet-Inhalte als zusätzliche Quellen zu erschließen. Außerdem ist es auch erforderlich andere Entitätstypen wie Symptome und Risikofaktoren in Betracht zu ziehen, da diese für zahlreiche Inhalte im Internet, wie zum Beispiel Verbraucherinformationen im Gesundheitssektor, relevant sind. Das Ziel dieser Dissertation ist es, Methoden zur Erkennung und Disambiguierung von Entitäten zu erforschen, die alle Entitätstypen in Betracht ziehen und sowohl auf wissenschaftliche Publikationen als auch auf andere Internet-Inhalte anwendbar sind. Darüber hinaus setzen wir Schwerpunkte auf oft vernachlässigte Aspekte der biomedizinischen Erkennung und Disambiguierung von Entitäten, nämlich Skalierbarkeit, lange Nominalphrasen und fehlende Entitäten in einer Wissensbank. In dieser Hinsicht leistet diese Dissertation vier Hauptbeiträge, denen allen das Wissen von UMLS (Unified Medical Language System), der größten und wichtigsten Wissensbank im biomedizinischen Bereich, zu Grunde liegt. Der erste Beitrag ist eine schnelle Methode zur Erkennung von Entitäten mittels Lexikonabgleich, welche den Durchsatz maximiert und gleichzeitig den Verlust in Genauigkeit und Trefferquote (precision and recall) balanciert. Der zweite Beitrag ist eine Methode zur Klassifizierung der semantischen Typen von Nomen, die sich auf gebräuchliche Nomen von langen Nominalphrasen richtet und auf einer selbstentwickelten Sammlung von semantischen Typen beruht, die die Verwendung der Nomen erfasst. Neben biomedizinischen können diese Typen auch nicht-biomedizinische und allgemeine, informationsarme Verwendungen behandeln. Der dritte Beitrag ist eine schnelle Heuristikmethode zur Disambiguierung von Entitäten in MEDLINE Kurzfassungen, welche den Durchsatz maximiert, aber auch die Genauigkeit erhält. Der vierte Beitrag ist eine korpusgetriebene Methode zur Disambiguierung von Entitäten, die speziell fehlende Entitäten in einer Wissensbank behandelt. Die Methode wandelt erst die Entitäten, die in einem Textkorpus ausgedrückt aber nicht notwendigerweise in einer Wissensbank sind, in latente Darstellungen um und führt anschließend die Disambiguierung durch