Training a Deep Contextualized Language Model for International Classification of Diseases, 10th Revision Classification via Federated Learning: Model Development and Validation Study
Notice bibliographique
Résumé
Background The automatic coding of clinical text documents by using the International Classification of Diseases, 10th Revision (ICD-10) can be performed for statistical analyses and reimbursements. With the development of natural language processing models, new transformer architectures with attention mechanisms have outperformed previous models. Although multicenter training may increase a model’s performance and external validity, the privacy of clinical documents should be protected. We used federated learning to train a model with multicenter data, without sharing data per se. Objective This study aims to train a classification model via federated learning for ICD-10 multilabel classification. Methods Text data from discharge notes in electronic medical records were collected from the following three medical centers: Far Eastern Memorial Hospital, National Taiwan University Hospital, and Taipei Veterans General Hospital. After comparing the performance of different variants of bidirectional encoder representations from transformers (BERT), PubMedBERT was chosen for the word embeddings. With regard to preprocessing, the nonalphanumeric characters were retained because the model’s performance decreased after the removal of these characters. To explain the outputs of our model, we added a label attention mechanism to the model architecture. The model was trained with data from each of the three hospitals separately and via federated learning. The models trained via federated learning and the models trained with local data were compared on a testing set that was composed of data from the three hospitals. The micro F1 score was used to evaluate model performance across all 3 centers. Results The F1 scores of PubMedBERT, RoBERTa (Robustly Optimized BERT Pretraining Approach), ClinicalBERT, and BioBERT (BERT for Biomedical Text Mining) were 0.735, 0.692, 0.711, and 0.721, respectively. The F1 score of the model that retained nonalphanumeric characters was 0.8120, whereas the F1 score after removing these characters was 0.7875—a decrease of 0.0245 (3.11%). The F1 scores on the testing set were 0.6142, 0.4472, 0.5353, and 0.2522 for the federated learning, Far Eastern Memorial Hospital, National Taiwan University Hospital, and Taipei Veterans General Hospital models, respectively. The explainable predictions were displayed with highlighted input words via the label attention architecture. Conclusions Federated learning was used to train the ICD-10 classification model on multicenter clinical text while protecting data privacy. The model’s performance was better than that of models that were trained locally.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».