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Enregistrement W4308774387 · doi:10.2196/41342

Training a Deep Contextualized Language Model for International Classification of Diseases, 10th Revision Classification via Federated Learning: Model Development and Validation Study

2022· article· en· W4308774387 sur OpenAlexvenueno aff
Pei‐Fu Chen, Tai-Liang He, Sheng-Che Lin, Yuan-Chia Chu, Chen-Tsung Kuo, Feipei Lai, Ssu-Ming Wang, Wan-Xuan Zhu, Kuan‐Chih Chen, Lu-Cheng Kuo, Fang‐Ming Hung, Yu‐Cheng Lin, I-Chang Tsai, Chi-Hao Chiu, Shu-Chih Chang, Chi-Yu Yang

Notice bibliographique

RevueJMIR Medical Informatics · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueMachine Learning in Healthcare
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesTaipei Veterans General HospitalFar Eastern Memorial HospitalMinistry of Science and Technology, Taiwan
Mots-clésComputer scienceArtificial intelligenceNatural language processingTraining (meteorology)Deep learningTraining setMachine learning

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,006
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,008
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,026
Score d'incertitude au seuil0,051

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0060,008
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,002
Intégrité de la recherche0,0020,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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.

Tête enseignante Opus0,072
Tête enseignante GPT0,371
Écart entre enseignants0,299 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations13
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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