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Enregistrement W4411027404 · doi:10.2196/68138

Trajectory-Ordered Objectives for Self-Supervised Representation Learning of Temporal Healthcare Data Using Transformers: Model Development and Evaluation Study

2025· article· en· W4411027404 sur OpenAlexvenueno aff
Ali Amirahmadi, Kobra Etminani, Jonas Björk, Olle Melander, Mattias Ohlsson

Notice bibliographique

RevueJMIR Medical Informatics · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueMachine Learning in Healthcare
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésComputer scienceArtificial intelligenceMachine learningTransformerLanguage modelDeep learningEncoderFeature learningMedical diagnosisHealth careMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: The growing availability of electronic health records (EHRs) presents an opportunity to enhance patient care by uncovering hidden health risks and improving informed decisions through advanced deep learning methods. However, modeling EHR sequential data, that is, patient trajectories, is challenging due to the evolving relationships between diagnoses and treatments over time. Significant progress has been achieved using transformers and self-supervised learning. While BERT-inspired models using masked language modeling (MLM) capture EHR context, they often struggle with the complex temporal dynamics of disease progression and interventions. OBJECTIVE: This study aims to improve the modeling of EHR sequences by addressing the limitations of traditional transformer-based approaches in capturing complex temporal dependencies. METHODS: We introduce Trajectory Order Objective BERT (Bidirectional Encoder Representations from Transformers; TOO-BERT), a transformer-based model that advances the MLM pretraining approach by integrating a novel TOO to better learn the complex sequential dependencies between medical events. TOO-Bert enhanced the learned context by MLM by pretraining the model to distinguish ordered sequences of medical codes from permuted ones in a patient trajectory. The TOO is enhanced by a conditional selection process that focus on medical codes or visits that frequently occur together, to further improve contextual understanding and strengthen temporal awareness. We evaluate TOO-BERT on 2 extensive EHR datasets, MIMIC-IV hospitalization records and the Malmo Diet and Cancer Cohort (MDC)-comprising approximately 10 and 8 million medical codes, respectively. TOO-BERT is compared against conventional machine learning methods, a transformer trained from scratch, and a transformer pretrained on MLM in predicting heart failure (HF), Alzheimer disease (AD), and prolonged length of stay (PLS). RESULTS: TOO-BERT outperformed conventional machine learning methods and transformer-based approaches in HF, AD, and PLS prediction across both datasets. In the MDC dataset, TOO-BERT improved HF and AD prediction, increasing area under the receiver operating characteristic curve (AUC) scores from 67.7 and 69.5 with the MLM-pretrained Transformer to 73.9 and 71.9, respectively. In the MIMIC-IV dataset, TOO-BERT enhanced HF and PLS prediction, raising AUC scores from 86.2 and 60.2 with the MLM-pretrained Transformer to 89.8 and 60.4, respectively. Notably, TOO-BERT demonstrated strong performance in HF prediction even with limited fine-tuning data, achieving AUC scores of 0.877 and 0.823, compared to 0.839 and 0.799 for the MLM-pretrained Transformer, when fine-tuned on only 50% (442/884) and 20% (176/884) of the training data, respectively. CONCLUSIONS: These findings demonstrate the effectiveness of integrating temporal ordering objectives into MLM-pretrained models, enabling deeper insights into the complex temporal relationships inherent in EHR data. Attention analysis further highlights TOO-BERT's capability to capture and represent sophisticated structural patterns within patient trajectories, offering a more nuanced understanding of disease progression.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,972
Score d'incertitude au seuil0,581

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,106
Tête enseignante GPT0,433
Écart entre enseignants0,327 · 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 tête enseignante, 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

Citations3
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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