MAISA - Maintenance des annotations sémantiques

MAISA - Maintenance of semantic annotations

• Auteur / Autrice : Silvio Domingos Cardoso
• Direction : Chantal Reynaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 07/12/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en informatique (Orsay, Essonne ; 1998-2020) - Luxembourg Institute of Science and Technology
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Zweigenbaum
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chantal Reynaud, Pierre Zweigenbaum, Jean Charlet, Fabien Gandon, Cédric Pruski, Marcos da Silveira, Patrick Ruch, Lina Fatima Soualmia
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Charlet, Fabien Gandon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Médecine -- Informatique

Gestion des connaissances

Web sémantique

Ontologies (informatique)

Mots clés libres

Annotations sémantiques

Maintenance des annotations

Evolution des annotations

Evolution d'ontologie

Ontologies de la santé

Semantic annotation

Annotation maintenance

Evolution of annotations

Ontology evolution

Biomedical controlled terminologies

Résumé

Les annotations sémantiques sont utilisées dans de nombreux domaines comme celui de la santé et servent à différentes tâches notamment la recherche et le partage d’information ou encore l'aide à la décision. Les annotations sont produites en associant à des documents digitaux des labels de concepts provenant des systèmes d’organisation de la connaissance (Knowledge Organization Systems, ou KOS, en anglais) comme les ontologies. Elles permettent alors aux ordinateurs d'interpréter, connecter et d'utiliser de manière automatique de grandes quantités de données. Cependant, la nature dynamique de la connaissance engendre régulièrement de profondes modifications au niveau du contenu des KOS provoquant ainsi un décalage entre la définition des concepts et les annotations. Une adaptation des annotations à ces changements est nécessaire pour garantir une bonne utilisation par les applications informatiques. De plus, la quantité importante d’annotations affectées rend impossible une adaptation manuelle. Dans ce mémoire de thèse, nous proposons une approche originale appelée MAISA pour résoudre le problème de l'adaptation des annotations sémantiques engendrée par l’évolution des KOS et pour lequel nous distinguons deux cas. Dans le premier cas, nous considérons que les annotations sont directement modifiables. Pour traiter ce problème nous avons défini une approche à base de règles combinant des informations provenant de l’évolution des KOS et des connaissances extraites du Web. Dans le deuxième cas, nous considérons que les annotations ne sont pas modifiables comme c’est bien souvent le cas des annotations associées aux données des patients. L’objectif ici étant de pouvoir retrouver les documents annotées avec une version du KOS donnée lorsque l’utilisateur interroge le système stockant ces documents avec le vocabulaire du même KOS mais d’une version différente. Pour gérer ce décalage de versions, nous avons proposé un graphe de connaissance représentant un KOS et son historique et un mécanisme d’enrichissement de requêtes permettant d’extraire de ce graphe l’historique d’un concept pour l’ajouter à la requête initiale. Nous proposons une évaluation expérimentale de notre approche pour la maintenance des annotations à partir de cas réels construits sur quatre KOS du domaine de la santé : ICD-9-CM, MeSH, NCIt et SNOMED CT. Nous montrons à travers l’utilisation des métriques classiques que l’approche proposée permet, dans les deux cas considérés, d’améliorer la maintenance des annotations sémantiques.

Semantic annotations are often used in a wide range of applications ranging from information retrieval to decision support. Annotations are produced through the association of concept labels from Knowledge Organization System (KOS), i.e. ontology, thesaurus, dictionaries, with pieces of digital information, e.g. images or texts. Annotations enable machines to interpret, link, and use a vast amount of data. However, the dynamic nature of KOS may affect annotations each time a new version of a KOS is released. New concepts can be added, obsolete ones removed and the definition of existing concepts may be refined through the modification of their labels/properties. As a result, many annotations can lose their relevance, thus hindering the intended use and exploitation of annotated data. To solve this problem, methods to maintain the annotations up-to-date are required. In this thesis we propose a framework called MAISA to tackle the problem of adapting outdated annotations when the KOS utilized to create them change. We distinguish two different cases. In the first one we consider that annotations are directly modifiable. In this case, we proposed a rule-based approach implementing information derived from the evolution of KOS as well as external knowledge from the Web. In the second case, we consider that the annotations are not modifiable. The goal is then to keep the annotated documents searchable even if the annotations are produced with a given KOS version but the user used another version to query them. In this case, we designed a knowledge graph that represent a KOS and its successive evolution and propose a method to extract the history of a concept and add the gained label to the initial query allowing to deal with annotation evolution. We experimentally evaluated MAISA on realistic cases-studies built from four well-known biomedical KOS: ICD-9-CM, MeSH, NCIt and SNOMED CT. We show that the proposed maintenance method allow to maintain semantic annotations using standard metrics.