In this study, we introduce ExBEHRT, an extended version of BEHRT (BERT applied to electronic health records), and apply different algorithms to interpret its results. While BEHRT considers only diagnoses and patient age, we extend the feature space to several multimodal records, namely demographics, clinical characteristics, vital signs, smoking status, diagnoses, procedures, medications, and laboratory tests, by applying a novel method to unify the frequencies and temporal dimensions of the different features. We show that additional features significantly improve model performance for various downstream tasks in different diseases. To ensure robustness, we interpret model predictions using an adaptation of expected gradients, which has not been previously applied to transformers with EHR data and provides more granular interpretations than previous approaches such as feature and token importances. Furthermore, by clustering the model representations of oncology patients, we show that the model has an implicit understanding of the disease and is able to classify patients with the same cancer type into different risk groups. Given the additional features and interpretability, ExBEHRT can help make informed decisions about disease trajectories, diagnoses, and risk factors of various diseases.


翻译:在本研究中,我们介绍了ExBEHRT,一种扩展的BEHRT(应用于电子健康记录的BERT),并应用不同的算法来解释其结果。虽然BEHRT仅考虑诊断和患者年龄,但我们通过应用一种新的方法来统一不同特征的频率和时间维度,将特征空间扩展到多种多模态记录,包括人口统计学特征、临床特征、生命体征、吸烟状况、诊断、处置、药物和实验室检查。我们展示了附加特征显著提高了不同疾病下游任务的模型性能。为了确保稳健性,我们使用了一种期望梯度的改进版本来解释模型的预测,这种方法以前未用于EHR数据的transformers,提供了比以前的方法如特征和token重要性更细粒度的解释。此外,通过对肿瘤学患者的模型表示进行聚类,我们展示了该模型对疾病具有隐含的理解,并能够将相同癌症类型的患者分类为不同的风险组。鉴于附加的特征和可解释性,ExBEHRT有助于对各种疾病的疾病轨迹、诊断和风险因素做出明智的决策。

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