Detschew, Vesselin

Funkat, Anne-Kathrin

Funkat, Gert

Rudolph, K.

Digitale Bibliothek Thüringen

    TU Ilmenau | Universitätsbibliothek | ilmedia, 2019 http://www.tu-ilmenau.de/ilmedia Rudolph, K.; Funkat, Anne-Kathrin; Funkat, Gert; Detschew, Vesselin: Einsatz von XML für Ontologien im medizinischen Bereich DOI: 10.22032/dbt.40208 URN: urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019210227  Zuerst erschienen in: Biomedizinische Technik = Biomedical Engineering. - Berlin [u.a.] : de Gruyter. - 45 (2000), S2, S. 026-029. Workshop Biosignalverarbeitung ; (München) : 2000.07.13-14 Erstveröffentlichung: 2000 ISSN (online): 1862-278X ISSN (print): 0013-5585 DOI (Sammlung): 10.1515/bmte.2000.45.s2.11  [Zuletzt gesehen: 2019-08-20]  „Im Rahmen der hochschulweiten Open-Access-Strategie für die Zweitveröffentlichung identifiziert durch die Universitätsbibliothek Ilmenau.“ “Within the academic Open Access Strategy identified for deposition by Ilmenau University Library.” „Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.“  „This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.”  K. Rudolph Aspekte Medizinischer InformatikEinsatz von XML für Ontologien im medizinischen BereichRudolph K., Kaeding A.-K., Funkat 0. und Detschew V.Technische Universität IlmenauInstitut für Biomedizinische Technik und InformatikEINLEITUNGIm Rahmen des Projektes Ouzo1 (cOmputer-basierteUnterstützung Zur Therapie-Optimierung) ist die Ent-wicklung eines Leitlinienservers zur Behandlung vonPatienten mit Schädelhirntrauma geplant.Die Definition des Leitlinien-Begriffs in Deutschlandorientiert an der Definition der Agency for Health CarePolicy and Research für die "Clinical PracticeGuidelines" der USA [1]: "Leitlinien sind systematischentwickelte Darstellungen und Empfehlungen mit demZweck, Ärzte und Patienten bei der Entscheidung überzweckdienliche Maßnahmen der Krankenversorgung(Prävention, Diagnostik, Therapie und Nachsorge) unterspezifischen klinischen Umständen zu unterstützen".Leitlinienserver stellen eine Möglichkeit zur Verbreitungvon Leitlinien in der klinischen Routine dar. Das ProjektOuzo zielt auf ein intelligentes Serverkonzept, inwelchem Leitlinien nicht als Nachschlagewerkimplementiert sind, sondern patienten- und fallbezogenarbeiten.METHODENZur Entwicklung wissensbasierter Applikationen wurdeam Institut für Biomedizinische Technik und Informatikein methodisches Vorgehensmodell entwickelt [2]. Abbil-dung l zeigt schematisch das Vorgehensmodell. Der imProjekt Ouzo analysierte Problemraum ist die Therapievon Schädelhirntrauma-Patienten. Das Entscheidungs-verhalten des Arztes wird in sogenannte Problemlösungs-szenarien zerlegt, die zusammengehörige Ereignisse-quenzen in der Problemdomäne beschreiben. In ihnenwerden mit Hilfe von Methoden der objektorientiertenAnalyse Wissenselemente bestimmt und Begriffe sowiederen Beziehungen definiert. Unter Anwendung ver-schiedener Wissenserhebungstechniken werden die kon-krete Ausprägungen der Wissenselemente akquiriert. ZurBeschreibung dieser Abstraktionen wird die UnifiedModeling Language™ (UML) benutzt. Die UML ist einIndustriestandard zur Spezifizierung, Visualisierung,Konstruktion und Dokumentation von Softwarekompo-nenten und vereinfacht den komplexen Prozess des Soft-waredesigns [3].Das UML-Modell ist Ausgangspunkt für die wissensba-sierte Applikationsentwicklung, die im Problemraumevaluiert wird. Innerhalb dieses Vorgehensmodells sollenOntologien für die strukturierte Beschreibung von Wis-senselementen eingesetzt werden.ONTOLOGIENWissensrepräsentation basiert auf der Konzeptualisierungder Objekte, Konzepte und anderer Entitäten und ihrerBeziehungen, die in einer Problemdomäne existieren.Eine Konzeptualisierung ist ein abstrakter, vereinfachterBlick auf den Teil der Welt, der dargestellt werden soll.Jedes wissensbasierte System explizit oder implizitbenötigt eine Konzeptualisierung. Die ursprünglicheBedeutung des Begriffs „Ontologie" stammt aus derPhilosophie und kann mit „Lehre" vom Seinenden"übersetzt werden. Für ein wissensbasiertes System istProblernraum"' Erfassung von Szenarien ,Bestimmung derWissenselementeinnerhalb von Szenarien 'Cr@e*3>. . ; ' . · ;formales Modeil der. ,Wissenselemente , ,(beschrieben mit UML).Applikationkonkrete Ausprägungender WissenselementeAbbildung l': Methodisches Vorgehensmodell teine Ontologie ein systematischer Zugriff auf das, was ineiner konzeptualisierten Welt existiert [4].. , r < f. < ·Im Projekt Ouzo wird mit Hilfe von Ontologien die Be-griffswelt der Problemdomäne beschrieben. Das bedeutet,dass das mit Hilfe der oben beschriebenen methodischenVorgehensweise erhobene und strukturierte Wissenanalytisch in Begriffe und Beziehungen zwischen denBegriffen zergliedert wird. Die Definition der Begriffeund ihre Struktur, also die Ontologie, kann als Vokabularder Problemdomäne verstanden werden. - '' '; - 1 ·'-Mit diesem Vokabular schafft man eine* gemeinsameBasis für die Kommunikation zwischen medizinischenExperten und Informatikern. Ontologien werden abernicht nur für die Kommunikation zwischen Menschen,26 Biomedizinische Technik · Band 45 · Ergänzungsband 2 · 2000Bereitgestellt von | Technische Universität IlmenauAngemeldetHeruntergeladen am | 20.08.19 15:52Aspekte Medizinischer InformatikSondern Auch zwischen Softwaresystemen eingesetzt MZur rechnergestützten Umsetzung von Ontotogien eignetsich die Beschreibungssprache XML (extensible MarkupLanguage) aufgrund- seiner Eigenschaften gut. FürInformationssysteme in der. Medizin spielt XMLaußerdem eine . zunehmende Rolle, so gibt * esBestrebungen, ,. die ,; Datenübertragung mit V HL7 inKrankenhausinformationssystemen 4 1 durch : XMLK, Rudolphauf dem Bildschirm sehen will, editiert und außerdemStruktur und Layout deklariert werden. Die Abbildung 3zeigt ein kleines Beispiel für eine XML-Datei.Nachdem in den ersten Zeilen, dem Prolog, die verwen-dete XML-Version definiert wird und Layouts undStruktur deklariert werden, folgen mit <Patienten>, <Pa-tient>, <Name>, <Vorname>, <Geburtsdatum>, <Ad-resse>, <Strasse> und <0rt> die Elemente des Doku-ments. Das Element <Patienten> ist das Root-Element,* , , . ZUSAMMENSETZUNG EINES XMLDOKUMENTS"r. ' /.. ' · · . ' l - - - . \INHALT ' ' ' ' , ^,,;~,,~ ' > , LAYOUTSTRUKTURIch höre schon des Dorfs Getümmel,Hier Ist des Volkes wahrer Himmel, \Zufrieden jauchzet groß und klein:"«Hier bin Ich Mensch, hier darf Ichssein!*[Goethe: Faustl]ABCAbbildung 2: Komponenten eines XML-DokumentsDie folgende kurze Einführung soll einen Überblick überdie Sprache verschaffen/XML- _.Die extensible Markup Language ist eine Beschrei-bungssprache für das Internet, die im Februar 1998 alsVersion 1.0 vom World Wide Web Consortium (W3C)als Standard veröffentlicht wurde und die durch Auftei- -lung in Struktur, Inhalt und Layout einen Austausch undeine Weiterverarbeitung von Dokumenten und Daten viaInternet erleichtert (siehe Abbildung 2). \<?xml version="1.0" encoding="UTF-BH?> * .<?xml-stylesheet type=:"textfrsl" href="Patienten.xsl"?>! <!DOCTYPE Patienten SYSTEM „Patlenten.dtd"><Patienten> - :? * - -\ · - ^' - " . · , , « ,- <Patient PatlentenlD="OOr > ;<Name>Mülier </Name><Vorname>Hans</Vorname><Geburtsdatum>09. Januar 1956</Geburtsdatum> *·v/:: < J < ?<Adresse> l ' - :^ , v, ^,;. <Strasse>LlndenaIIee 12</Strasse>* 'AI <0rt>94535 Musterstadt</0rt> *H-</Adresse> * ^, , </Patlent>* , -</Patlenten>i ~\$_ <;.Abbildung 3: XML*Datei ^Der 'Inhalt 'eines'^JO^L-Dökurnentes^ steht in der XML·Datei, In ihr müssen die* Informationen, die man späterdem alle anderen Elemente untergeordnet sind.Die Struktur eines XML-Dokuments wird durch die Do-cument-Type-Defmition (DTD) festgelegt. Diese Defini-tion kann intern in der XML-Datei oder in einer externenDatei erfolgen. In der DTD erfolgt die Beschreibung derElemente und die damit verbundene Festlegung derStruktur, Außerdem werden die Elementtypen, die Attri-bute, die Notationen und Entitäten definiert, die die Re-geln des XML-Dokuments bestimmen. Eine DTD-Dateifür das vorhergehende Beispiel kann wie in Abbildung 4dargestellt aussehen.<!ELEMENT Patienten(Patlent*)>«(ELEMENT Patient (Name, Vorname,Geburtsdatum, Adresse)><!ATTLIST Patient PatlentenIDCDATA #REQUIRED><!ELEMENT Name (#PCDATA)><!ELEMENT Vorname (#PCDATA)><!ELEMENT Geburtsdatum (#PCDATA)><1ELEMENT Adresse (Strasse, Ort)><1ELEMENT Strasse (#PCDATA)>•clELEMENT Ort (#PCDATA)>\ Abbildung 4; DTD-DateiDas Layout von XML-Dokumenten wird mit Hilfe vonStylesheets festgelegt, die zum Darstellen der XML-Dateiin einem Browser zwingend notwendig sind. DieStylesheets können durch die Anwendung von CascadingStyle Sheets (CSS) oder der extensible StylesheetLanguage (XSL) realisiert werden,t Biomedizinische »Technik fjBand 45 * Ergänzungsband 2 · 2000 27Bereitgestellt von | Technische Universität IlmenauAngemeldetHeruntergeladen am | 20.08.19 15:52K. Rudolph Aspekte Medizinischer Ihfonnatik'Die Cascading Style Sheets wurden für die Darstellungvon HTML-Dateien entwickelt. Die Version 1.0 wurdevom W3C 1996 erstmalig veröffentlicht.XSL wurde eigens für XML entwickelt, um deren Flexi-bilität, Darstellungs- und Formatierungsmöglichkeiten zuverbessern* Es ist dadurch möglich nicht nur Elementevon XML-Datcicn zu repräsentieren, sondern auch XML-basierte Daten zu transformieren. In Abbildung 5 ist eineXSL-Datci dargestellt. Den Elementen wird in dieserDatei die Darstellung im Ausgabemedium zugeordnet.Im Rahmen des methodischen Vorgehensmodells (Abbil-dung 1) eignet sich XML durch die Strukturierung für dieRepräsentation von Ontologien, Dadurch wird das<?xml versions1"! .0" encodlngs"UTF-8"?><xsl:stylesheet xmlns:xsl="http://www.w3,org/TR/WD-xsl"><xsl:template match='7"><HTML><HEAD><TITLE>Pat!enten</TITLE><STYLE>BODY {background-color: #FFFFF1}BODY {font-family: Verdana; font-size:big;color: #000066}TH {background-color: tfDDDDDD}</STYLE></HEAD><BODY><H1>Patienten</H1><TABLE BORDER="2H CELLPADDING="2"BGCOLOR="white"><TR><TH>Namen</TH><TH>Vornamen</TH><TH>Geburtsdatum</TH><TH>Adresse</TH></TR><xsl:for-eachselect="Patienten/Patientl<order-by="Name"><TR><TH><xsl:value-of select="Name"></xsl:value-of></TH><TH><xsl:value-of select="Vorname"></xsl:value-of>< ><TH><xsl:value-ofselect="Geburtsdatum"></xs!:value-of>< ><TH><xsl:value-of selects" Adresse/Strasse „></xsl:value-of><xsl:value-of selects" Adresse/Ort"></xsl:value-of>< ></TR></xsl:for-each><H"ABLE></BODY></HTML></xsl:tempIate></xsl:stylesheet>Abbildung 5: XSL-Dateiobjektorientierte Paradigma in allen Phasen des Projektesangewendet.Einen Überblick über die existierende Software bezüglichXML ist im Internet unter [6] zu erhalten. WeiterführendeInformationen zu XML sind in [7], [8J und [9] zufimfeitfEine für das Projekt interessante XML-Erweiterung stelltdie XML-based Ontology exchange Language' (XOL)dar., * ,XOL lXOL wurde für die Nutzung von Ontologien im^Bereichder Bioinformatik entwickelt, kann aber auch iVaridetenGebieten eingesetzt werden [10]. Diese Erweiterung ent-stand aufgrund einer Studie der BioOntology Core Groupüber ontologische Sprachen, Diese Untersuchung erga-ben, dass es keine geeignete Sprache für Ontologien gibt;die den Ansprüchen der Informatiker genügen, Daraus'entstand die Forderung nach einer Sprache mit der Verei-nigung der Semantik von objektorientierten Wissens-Repräsentations-Systemen und der Syntax von XML^ \ ;XOL wurde von Peter Karp von Pangea Systems, VinayChaudhri und Jerome Thomere von SRI Internationalentwickelt Die Entstehung dieser Sprache' wurde vonOntolingua und Ontology Markup Language '* (OML)inspiriert. Ontolingua und OML sind bereits existierendeErstversorgungGCS-Score. - -Sicherung_Atmung* *, . . *» ' i* , · ' < - " , /-Abbildung 6: Auszug aus einem UML-Model, + rAusgangspunkt für die Erzeugung einer XOL-Datei, * V _, ,Vj " "Beschreibungssprachen für Ontologien. ^  ,. . ·Die Version 0.3 wurde im Juli 1999 veröffentlicht. Damitsteht XOL noch in den Anfängen seiner Entwicklung., \Ein XOL-Dokument hat die folgende allgemeine Form;Es besteht aus dem Rootelement <module> und denHauptelementen <class>, <slot> und <individual>. Mit;dem Tag <module> wird die Ontotogie, identifiziert, ibeispielsweise durch den Namen oder der Version. Die \Hauptelemente sind dem Rootelement untergeordnet. ·- - ;Das Element <class> beschreibt die Klassen der Onto-logie. Die dazugehörigen Attribute und die Beziehungen |zwischen den Klassen werden in den Elementen der Art \<slot> definiert. Im Tag'<individual> sind die Objekte ider Ontologien enthalten. ' ·< > i - *Die Stammbaumontologie in Abbildung 8 'veranschau- \licht die allgemeine Form einer XOL-Datei. Dieses Bei-!spiel wurde [9] entnommen. " .':"·»-"v-- - ' ;Diese Struktur des XOL-Dokumentes ist in der XOL-jDTD festgelegt und müssen bei der Erstellung einer'XOL-Datei strengstens eingehalten werden. ^ , , i>:;;28 Biomedizinische Technik · Band 45 · Ergänzungsband 2 · 2000Bereitgestellt von | Technische Universität IlmenauAngemeldetHeruntergeladen am | 20.08.19 15:52Aspekte Medidnischer Informatik K. RudolphAÜ&OÖk!Eine Recherche hat ergeben, dass'fü^deii -Aufbau einer \Ontotogie für "die .Problemdomäne Schädelhirntraumanicht auf vorhandene Ontologien aus ähnlichenProblemdomänen zurückgegriffen . \ werden V; kann.Deswegen wurde entsprechend des .methodischenVorgehensmodells ein UML-Modell ^(Abbildung6),entworfen.<module><name>erstversorgung</name> ' · ··<documentatlon>Für alle Maßnahmen der Erstversorgung.</documentatlon><class> * , , * , * - ( 7 - · 4 , · , ' · * ?<name>sicherung_atmung</name><documentation> 4 - · . ·'· Sicherung der Vitalfunktion Atmung.</documentation> ,„ , ( . * -<subclass-of>erstversorgung</subclass-of></class> r i.<name>GCS-Score</name>, <documentation> .. , -GCS^Wert ^</documentation> , / c % 4<domain>erstversorgung</domain> : > v<slot-value-type>lnteger</slöot-value-type></s!ot>*·· , /</module> V ' « ?' ' « , . · . ^v\ Abbildung 7: XOL-Datei aus UML-ModellGegenwärtig wird an'der Transformation des UML-Modells in XOL-Dokumente (Abbildung?) gearbeitet.Dabei wird jede formale Formulierung in UML direkteinem XOL-Elemerit zugeordnet^ Unterstützt durch dasobjektorientierte .Paradigma, wird auf diese Weise einInformationsverlust minimiert^ > . , , _ · ' , : $ . - ,, ,XOL und .damit auch XML sind für die Beschreibungvon Ontologien#geeignete Werkzeuge und.werden auchdurch ihre'Standardisierung immer, mehr an Bedeutunggewinnen.^LriERATUR[1] 'Gerlach^E M,; Beyer, M.; Szecsenyi, M.; Fischer,G. C,i Leitlinien in Klinik und Praxis. Dt Ärztebl 1998; f95: - 4^ 2 [Heftn]:; ; / : ; ; , , ; ' . - . , ; .f :^[2] Kaedmg, '- .' Funkat, G. Detschew, V.: ModernMethods of Knowledge Engineering for the Developmentof ,Medical Information Systems. In: Mastorakis, N.(Hrsg.): Signal Processing» Communications and Com-puter Scienoe. New York : World Scientific and Engi-neering Society Prbiäs/ 2000.;j ISBN 960^8052-18^; S.331-332* '"" T "^^ *"* ' *' '*'""r" j f ' / ' · "1 J*[3] Rational i UML Kosburce Center- ^http://www;rätionäLcom/uml[4]-Gnibrf^T^R.;tOI$cn,^O^R.?/AÄ ontology^forengineering! mathematics^ In: t Doyle, \Xj'Torasso^ P.;Sandewall/ E, (Eds.)i Fourth International Conference onPrinciple^'of Knowledge Representation and Reasoning,Gustav Stresemann Institut, Bonn, Germany, MorganfKaufmann> 1994[5] HL7-XML.http://puck.informatik.med.uni-giessen.de/people/messaritakis/hl7xml/[6] http://www.xmlsoftware.com[7] Behme, H.;. Mintert, S.;: XML in der Praxis.http://irb-www.informatik.uni-dortmund.de/-sm/' aw/xml/netscape/, Abruf am 14.02.2000[8] Weitzel, T.; Buxmann, P.; Ladner, F.; König, W.:XML Konzept und Anwendungen der Extensible MarkupLanguage. http://www.xmlcnec.org/paper/index.htmAbruf am 18.02.2000[9] World Wide Web Consortium; Extensible MarkupLanguage (XML) 1.0. http://www.w3c.org/xml Abruf am16.02.2000[10]Karp, P.D.; Chaudhri, V.K.; Thomere, L: XOL: AnXML-Based Ontology Exchange Language.http://www.ai.sri.com/~pkarp/xol/ Abruf am 13.04.20001 OUZO ist ein Projekt der Klinik für Anästhesiologieund Intensivtherapie der Friedrich -Schiller-UniversitätJena, der mediSYS GmbH Ilmenau und dem Institut fürBiomedizinische Technik und Informatik der TUIlmenau, gefördert vom Land Thüringen,FKZB309-98021ANSCHRIFTAnne-Kathrin Kaeding, TU Ilmenau, Institut BMTI,PF 100 565,98684 Ilmenau;e-mail: aka@informatik.tu-ilmenau.deInternet: http://www-bmti.tu-ilmenau.deBiomediünische,Teohnik: * Band.45 · Ergänzungsband 2 »,2000 29Bereitgestellt von | Technische Universität IlmenauAngemeldetHeruntergeladen am | 20.08.19 15:52

Einsatz von XML für Ontologien im medizinischen Bereich

https://www.db-thueringen.de/servlets/MCRFileNodeServlet/dbt_derivate_00046108/1862-278X_45_2000_S2_026-029.pdf

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