Onto-Builder - Softwarewerkzeug für den Aufbau und die Repräsentation von Data Dictionaries

Motivation

Am Managementprozess klinischer Studien sind unterschiedliche medizinische Einrichtungen sowie Personen verschiedener Fachrichtungen (z.B. Pathologen, Radiologen, Dokumentare, Biometriker, Informatiker, etc.) beteiligt. Dabei wird eine große Menge von Daten erhoben, die momentan nicht einheitlich dokumentiert werden. Die zugrunde liegenden Begriffe sind ebenfalls oft uneinheitlich und ungenau definiert. Damit die hierdurch entstehenden Inkonsistenzen im Verständnis medizinischer Begriffe und der Interpretation von Daten überwunden werden können sowie eine weitreichendere Auswertung und Nutzung von Daten und Ergebnissen ermöglicht wird, ist es notwendig, ein semantisch fundiertes Data Dictionary aufzubauen.

Ziele

Durch die Benutzung eines gemeinsamen Data Dictionary sollen folgende Ziele erreicht werden:

• Wiederverwendbarkeit von Begriffen und deren Definitionen, z. B. bei der Erstellung neuer Studien
• einheitliche Begriffsbasis für alle studienspezifischen Werkzeuge, Eingabemasken
• einheitliche Begriffsbasis für die Definition von Standard Operating Procedures (SOPs) innerhalb des Lymphomverbundes
• Qualitätssicherung in der Studiendurchführung
• Gegenüberstellung der unterschiedlichen Definitionen eines Begriffs in verschiedenen Quellen und dadurch Unterstützung einer vergleichenden Analyse sowie der Konsensfindung
• Harmonisierung der Studiendatenbanken der Studienzentralen im Lymphomverbund
• Harmonisierung von Studienprotokollen und Dokumentationsbögen

Methode und Umsetzung

Mit dem Onto-Builder wird ein Werkzeug zur Verfügung gestellt, das den Aufbau und die Verwaltung von Data Dictionaries ermöglicht.

Abbildung 1: Ein Begriff mit zwei alternativen Definitionen im Onto-Builder

(Klick für Vollbildansicht)

Im ersten Schritt wurde der Onto-Builder als web-basierte Anwendung implementiert, um eine dezentrale kollaborative Erstellung der Inhalte zu ermöglichen. Die Datenhaltung des Onto-Builders erfolgt in einer relationalen Datenbank, wobei mehrere voneinander unabhängige Data Dictionaries aufgebaut werden können.

Erfasst werden können synonyme Bezeichnungen eines Begriffs, verschiedene Definitionsalternativen mit entsprechender Quellenangabe und Kontextangaben bezüglich der Gültigkeit einer Definition.

Die standardisierte Eingabe von Begriffen und deren natürlichsprachlichen Definitionen erfolgt dezentral durch Fachpersonal und Experten auf dem entsprechenden Gebiet. Im Hinblick auf die spätere Analyse werden die Definitionen von Begriffen und Relationen anhand eines entwickelten Leitfadens eingegeben, der hierzu entsprechende lexikalische und semantische Regeln enthält. Darüber hinaus unterstützt der Onto-Builder auf Basis eines mehrstufigen Qualitätssicherungszyklus die Konsensfindung einheitlicher Begriffsdefinitionen in natürlicher Sprache.

Im zweiten Schritt wurde das Datenmodell erweitert, um dessen Ausdrucksstärke zu erhöhen. Der Schwerpunkt liegt hierbei insbesondere auf der Umsetzung eines konzept-orientierten Ansatzes, der eine verbesserte Repräsentation von Synonymie und mehrsprachigen Inhalten ermöglicht. Weitere wichtige Punkte sind die Konzentration auf die Abbildung semantischer Relationen sowie verschiedener Sichten und Kontexte (u.a. entsprechend der unterschiedlichen Fachrichtungen der am Studienmanagement beteiligten Institutionen und Personen).

Sowohl das Data Dictionary Modell als auch der Onto-Builder sind domänenunabhängig gestaltet, um einen Einsatz in anderen Fachgebieten zu ermöglichen.

Evaluation

Der Onto-Builder wird von verschiedenen Anwenderkreisen genutzt, darunter das Koordinierungszentrum für Klinische Studien Leipzig (KKSL) sowie u.a. die Kompetenznetze Maligne Lymphome (KML) und Herzinsuffizienz. Die dabei gewonnen Erfahrungen sowie die Analyse der Begriffsdefinitionen fließen in die Umsetzung des erweiterten Datenmodells ein.

Weitere Entwicklungen

Im Rahmen der Forschungsgruppe Onto-Med (www.onto-med.de) wird das erweiterte kontextsensitive Data Dictionary Modell in der Onto-Builder Version 2 implementiert und schrittweise angewendet. Des Weiteren werden die Kooperationen mit dem KKSL sowie den Kompetenznetzen Maligne Lymphome, Herzinsuffizienz und Pädiatrische Onkologie vertieft und weitere Kooperationen mit interessierten Forschungsnetzen angestrebt.

Abbildung 2: Ausschnitt des erweiterten Data Dictionary Modells

(Klick für Vollbildansicht)

Zu den wissenschaftlichen Zielen des Data Dictionary Projektes gehören die ontologische Analyse der in natürlicher Sprache vorliegenden Begriffsdefinitionen hinsichtlich der Erstellung einer domänenspezifischen Ontologie für klinische Studien. Das Ziel ist die formale, ontologisch fundierte Repräsentation der semantisch aufbereiteten Begriffsdefinitionen im Hinblick auf die Wiederverwendung für andere Softwareanwendungen im Kontext klinischer Studien.