Ontologias e Bancos de Dados Dedutivos
para Integração de Informações em
Saúde
Lincoln de Assis Moura Jr.1,2 Fabiane Nardon1,2
1Atech
/ VIDATIS Sistemas de Informação em Saude
2Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo
Rua do Rocio, 351 - 5º andar - cj 51
04552-000 São Paulo, SP - Fone: 11 3053-3770 - Fax: 11 3053-3760
www.vidatis.com.br
Agenda
 Motivação
 Compartilhamento de Conhecimento e
Integração de Informações em Saúde
 Web Semântica
 Ontologias
 Inferência
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
2
Motivação
 A informação em saúde é complexa, pouco
estruturada e freqüentemente distribuída em
sistemas heterogêneos
 Integrar informações heterogêneas é importante
para:



mai-04
Recuperar o histórico do paciente
Compartilhar conhecimento
Realizar consultas horizontais
 Copyright VIDATIS 2004
3
Compartilhamento de Conhecimento
e Integração de Informações
 Compartilhamento de Conhecimento
 utilização de bases de conhecimento, ou partes
destas bases, em sistemas diferentes daqueles para
os quais elas foram originalmente criadas
 Integração de Informações
 possibilidade de se recuperar informação de
diferentes fontes que estão distribuídas e
possivelmente armazenadas em ambientes
heterogêneos
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
4
Desafios do Compartilhamento de
Conhecimento / Integração de Informações
 Heterogeneidade Computacional

Diferentes sistemas operacionais, SGBDs, linguagens de
programação, etc
 Heterogeneidade Semântica



Diferentes formas de representação para o mesmo conceito
Diferentes conceitos com o mesmo nome
Diferentes nomes para o mesmo conceito
A probabilidade de duas pessoas usarem o mesmo nome
para um mesmo objeto, mesmo sendo especialistas no
mesmo domínio, é de apenas 7 a18%
(FURNAS, G.W. et al. "The vocabulary problem in human-system
communication“, ACM, 1987)
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
5
Padrões para representação de
Conhecimento
 Representação de Ontologias
 KIF (Knowledge Interchange Format)
 Ontolingua
 OKBC (Open Knowledge Base Connectivity) Protocol
 SHOE (Simple HMTL Ontology Extension)
 OIL (Ontology Interchange Language)
 Conhecimento em Saúde
 Arden Syntax
 GLIF (Guidelines Interchange Format)
 GEHR (Good Electronic Health Record) / OpenEhr
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
6
Web Semântica
Tim Berners-Lee, 2002
http://www.w3.org/DesignIssues/diagrams/sw-stack-2002.png
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
7
Resource Description Framework
(RDF)
 Criado inicialmente para representar meta-
informações sobre recursos na Web
 Vantagens
 Simples e flexível
 URI
 Asserções RDF
 <Sujeito> <Predicado> <Objeto>
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
8
RDF
http://hospitalexemplo.org/#nomePaciente
http://hospitalexemplo.org/paciente#ID1234
João da Silva
http://hospitalexemplo.org/#medicoResponsavel
http://hospitalexemplo.org/#diagnostico
mailto:[email protected]
http://www.vocabulariox.org.br#CancerHepatico
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
9
Representação de Conhecimento
e Ontologias
 Ontologias



Descreve conceitos de um domínio e os relacionamentos
semânticos entre estes conceitos
Ontologias têm como objetivo criar padrões de modelos,
taxonomias, vocabulários e terminologias para um domínio
Estes padrões são usados para criar módulos de conhecimento
Is a
Tomografia
Procedimento
Is a
Has procedure
Tomografia por Emissão
Atendimento
Is a
PET
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
Is a
SPECT
10
DAML+OIL and OWL
 DAML+OIL: DARPA Agent Markup Language (DAML) e
Ontology Inference Layer (OIL)


Padrão para representar ontologias em RDF
Baseado na Lógica de Descrições (define conceitos e papéis)
 Web Ontology Language (OWL)


mai-04
Padrão do W3C para representar ontologias
Baseado no DAML+OIL
 Copyright VIDATIS 2004
11
Semantic Web
DAML+OIL
OWL
mai-04
Tim Berners-Lee, 2002
http://www.w3.org/DesignIssues/diagrams/sw-stack-2002.png
 Copyright VIDATIS 2004
12
Ontologias para Sistemas de
Informação em Saúde
 Foram criadas duas ontologias DAML+OIL:
 Para conceitos do UMLS
• Conceitos básicos e relacionamentos para o domínio da
saúde
• Mapeamento de vocabulários ajuda a integrar informação
• Relacionamentos entre conceitos permitem inferir novas
informações

Para o padrão do Cartão Nacional de Saúde
• Ontologia para Sistemas de Informação em Saúde
• Define conceitos básicos em sistemas de informação em
saúde (identificação do paciente, categoria profissional,
dados de atendimento, etc).
• Usa conceitos definidos na ontologia do UMLS
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
13
UMLS Ontology
http://www.tridedalo.com.br/2003/07/umls/
Neste slide: 67 asserções de 1696
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
14
Brazilian National Health Card Ontology
http://www.tridedalo.com.br/2003/07/cns/
Neste slide: 25 asserções de 852
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
15
Inferência
 Tendo uma ontologia e uma representação de
conhecimento padronizada, é possível inferir
novas informações


Descobrir informação implícita
Obter respostas a perguntas simples para seres
humanos, mas difíceis para computadores
 Inferência é um assunto muito discutido
atualmente na Web Semântica
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
16
Bancos de Dados Dedutivos
(BDD)
 Bancos de Dados que, além de sua parte
tradicional, ou seja, as informações contidas nas
relações básicas que são explicitamente
inseridas, possui um conjunto de regras
dedutivas que permite derivar novas
informações a partir das relações básicas. Estas
novas informações formam as relações
derivadas
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
17
TRI-DEDALO
 TRI-DEDALO (TRIples, DEdução,DAdos e
LÓgica)
 Sistema de Banco de Dados Dedutivo que
permite fazer consultas e inferências a partir de
uma ontologia RDF ou DAML+OIL
pacienteTemFebre(Nome?N) :Pacientes(Nome?N,Temperatura?T), T > 37.
mai-04
pacienteTemFebre(Nome?N):stm(x, rdf:type, cns:Paciente),
stm(x, vocabulario:temperatura, y),
y > 37.  Copyright VIDATIS 2004
18
Semantic Web
TRI-DEDALO
DAML+OIL
mai-04
Tim Berners-Lee, 2002
 Copyright VIDATIS 2004
http://www.w3.org/DesignIssues/diagrams/sw-stack-2002.png
19
Tradução RDF / TRI-DEDALO
subClassOf
stm(x, rdfs:subClassOf, y) :- stm(x, rdfs:subClassOf, z),
stm(z, rdfs:subClassOf, y).
stm(x, y, z) :- stm(x, y, w), stm(w, rdfs:subClassOf, z).
subPropertyOf
stm(x, rdfs:subPropertyOf, y) :- stm(x, rdfs:subPropertyOf, z),
stm(z, rdfs:subPropertyOf, y).
stm(x, y, z) :- stm(x, w, z), stm(w, rdfs:subPropertyOf, y).
range (restrição de integridade)
rangeViolation(x, y, z) :- stm(x, y, z),
stm(y, rds:range, w), not(stm(z, rdf:type, w)).
complementOf
mai-04
stm(x, rdf:type, ex:PacientesComAlta) :stm(x, rdf:type, ex:Paciente),
not(stm(x, rdf:type,
ex:PacienteInternado)).
 Copyright VIDATIS 2004
20
Exemplo
 “O mesmo paciente não pode realizar mais que uma tomografia em um período de
30 dias”
ProcedimentoInvalido(solicitacao?x) :stm(x, rdf:type, ex:SolicitacaoProcedimento),
stm(x, ex:procedimentoSolicitado, umls:C0040395),
stm(x, ex:paciente, y), stm(y, cns:procedimentoRealizado, w),
stm(w, cns:dataHoraAtendimento, d1),
stm(w, umls:isa, umls:C0040395),
stm(x, ex:dataSolicitacao, d2), (d1 + 30) < d2.
ins stm(ex:solicitacao134, rdf:type, ex: SolicitacaoProcedimento).
ins stm(ex: solicitacao134, ex:paciente, ex:456).
ins stm(ex: solicitacao134, ex: procedimentoSolicitado, umls:C0040399).
Sistema 1
Código
456
ID
123
mai-04
RG
123.456
Identidade
123.456
Nome
Joao S. Santo
NM
Joao Silva
Procedimento
C0032743
 Copyright VIDATIS 2004
Proc
C0040399
DT
23/07/2004
Data
01/11/2004
Sistema 2
21
Exemplo
cns:temDocumentoIdentificacao
cns:ProcedimentoRealizado
cns:dataHoraAtendimento
daml:samePropertyOf
daml:samePropertyOf
Sistema 1
Código
456
ID
123
mai-04
RG
123.456
Identidade
123.456
Nome
Joao S. Santo
NM
Joao Silva
Procedimento
C0032743
 Copyright VIDATIS 2004
Proc
C0040399
DT
23/07/2004
Data
01/11/2004
Sistema 2
22
Exemplo
rdf:type
cns:Identidade
rdf:type
cns:numeroDocumentoIdentificacao
cns:numeroDocumentoIdentificacao
Sistema 1
Código
456
ID
123
mai-04
RG
123.456
Identidade
123.456
Nome
Joao S. Santo
NM
Joao Silva
Procedimento
C0032743
 Copyright VIDATIS 2004
Proc
C0040399
DT
23/07/2004
Data
01/11/2004
Sistema 2
23
Exemplo
umls:C0040395
umls:child
umls:C0040398
umls:child
umls:child
Sistema 1
Código
456
ID
123
mai-04
RG
123.456
Identidade
123.456
Nome
Joao S. Santo
NM
Joao Silva
Procedimento
C0032743
 Copyright VIDATIS 2004
Proc
C0040399
DT
23/07/2004
Data
01/11/2004
Sistema 2
24
Exemplo
 “O mesmo paciente não pode realizar mais que uma tomografia em um
período de 30 dias”

Deduções:
• Paciente 123 e 456 são o mesmo indivíduo (propriedade
temDocumentoIdentificacao é Unambiguous)
• Procedimentos C0040399 e C0032743 são Tomografias
• Paciente 456 realizou uma tomografia em 01/11/2004
• A restrição de integridade foi violada
Sistema 1
Código
456
ID
123
mai-04
RG
123.456
Identidade
123.456
Nome
Joao S. Santo
NM
Joao Silva
Procedimento
C0032743
 Copyright VIDATIS 2004
Proc
C0040399
DT
23/07/2004
Data
01/11/2004
Sistema 2
25
Conclusões
 A Web Semântica propõe padrões para compartilhamento de
conhecimento e integração de informações que deveriam ser
exploradas em sistemas de informação em saúde
 A classificação de fontes de dados heterogêneas usando ontologias
torna possível estabelecer o relacionamento entre conceitos,
atingindo desta forma a interoperabilidade semântica
 Nem todos os relacionamentos da Rede Semântica do UMLS são
expressos na base de conhecimento do UMLS. Neste sentido, os
relacionamentos do Metathesaurus, embora não tão completos
quanto os da Rede Semântica, são mais úteis para integração de
dados e compartilhamento de conhecimento, já que eles estão
presentes para quase todos os conceitos da base de conhecimento
 Existe ainda muito trabalho a ser feito na área de inferência da Web
Semântica
mai-04
 Copyright VIDATIS 2004
26