Hybrid Rule-Based and Machine Learning Classification of Military Working Dog Medical Problems Using SNOMED CT and the Veterinary Extension
تقدم هذه الورقة مساراً هجيناً يعتمد على القواعد والتعلم الآلي ينجح في ربط السجلات الطبية غير المهيكلة لكلاب العمل العسكرية بمفاهيم "سنوميد سي تي" (SNOMED CT) المعيارية بنسبة توافق بلغت 82.7% مع إجماع الخبراء، مما يتيح مراقبة صحية مؤتمتة على مستوى السكان.
المؤلفون الأصليون:Marc Knobbe, Ore Fakiyesi, Joshua Frey, Sara Mullaney
في عالم السجلات الطبية الواسع والمنظم، يعتمد الأطباء والأطباء البيطريون على لغة مشتركة لوصف ما يعاني منه المريض. هذه اللغة، المعروفة باسم المصطلحات المعيارية، تعمل مثل قاموس عالمي، يضمن أن التشخيص المكتوب في عيادة ما يعني الشيء نفسه في عيادة أخرى. وبدونها، تظل البيانات الصحية عبارة عن مجموعة من الملاحظات المتناثرة، التي يصعب البحث فيها أو تحليلها على نطاق واسع. وبالنسبة للكلاب العاملة في المجال العسكري، والتي تُعد صحتها بالغة الأهمية للأمن القومي والنجاح العملياتي، فإن هذه البيانات محبوسة حالياً في مزيج من القوائم المنظمة والنصوص الحرة غير المنظمة. وبينما تؤدي هذه الكلاب أدواراً في الدوريات والكشف، فإن تاريخها الطبي غالباً ما يُسجل بطرق تجعل من الصعب رصد الأنماط، مثل ارتفاع معدلات إصابة معينة أو ظهور تهديد مرضي جديد. ولحل هذه المشكلة، احتاج الباحثون إلى وسيلة لترجمة هذه الملاحظات البشرية المكتوبة بشكل فوضوي إلى تنسيق نظيف يمكن للحاسوب قراءته، بحيث يمكن استخدامه لمراقبة صحة مجتمع الكلاب العاملة بأكرا.
قام فريق من الباحثين من وكالة الصحة الدفاعية وأكاديمية الولايات المتحدة العسكرية بمعالجة هذا التحدي عبر بناء نظام هجين يجمع بين المطابقة الصارمة القائمة على القواعد وبين التعلم الآلي الحديث. وقد ركزوا على "قائمة المشكلات الرئيسية"، وهي حقل في السجلات الصحية الإلكترونية حيث يدخل الأطباء البيطريون التشخيصات والأعراض والإجراءات. تحتوي هذه القائمة على أكثر من 73,000 مدخل، تتراوح من المصطلحات الطبية الدقيقة إلى الأوصاف الغامضة مثل "العرج" أو "طفح جلدي". وقد طور الباحثون مسار عمل يعالج كل مدخل عبر سلسلة من الخطوات، بدءاً من الطرق الأكثر دقة وصولاً إلى الطرق الأكثر مرونة. أولاً، يبحث النظام عن مطابقات مباشرة لقاموس طبي دولي ضخم يسمى (SNOMED CT)، والذي يتضمن قسماً خاصاً بالمصطلحات البيطرية. وإذا تم العثور على مطابقة مثالية، يتم تصنيف المدخل فوراً. أما إذا كان النص مختلفاً قليلاً، فيحاول النظام تطبيعه عن طريق إزالة الكلمات الزائدة أو تصحيح الأخطاء الإملائية، ثم يحاول مرة أخرى.
وعندما تفشل القواعد الصارمة في إيجاد مطابقة، يلجأ النظام إلى التعلم الآلي لفهم معنى النص المتبقي. وقد اختبر الباحثون عدة أساليب مختلفة لمعرفة أي منها يعمل بشكل أفضل لهذه المدخلات الصعبة وغير المطابقة. وقارنوا بين طريقة بسيطة تعتمد على حساب عدد مرات ظهور كلمات معينة، وبين شبكات عصبية أكثر تعقيداً تحاول فهم سياق الكلمات. ومن المثير للدهشة أن الطريقة الأبسط، التي تعتمد على حساب أنماط الكلمات، أثبتت أنها الأكثر دقة؛ حيث نجحت في تحديد الفئة الصحية العامة لـ 80 بالمائة من الحالات الصعبة، متفوقة بذلك على نماذج الذكاء الاصطناعي الأكثر تقدماً. ويشير هذا الاكتشاف إلى أن الملاحظات الطبية القصيرة والمحددة، تكون فيها الأنماط الواضحة في استخدام الكلمات غالباً أكثر موثوقية من المحاولات المعقدة لفهم المعنى العميق.
كما سلطت الدراسة الضوء على الأهمية البالغة لوجود امتداد بيطري متخصص للقاموس الطبي. وبينما غطى القاموس الطبي البشري القياسي معظم الحالات، فإن ما يقرب من ربع المفاهيم المحددة المطلوبة للكلاب العاملة جاءت من النسخة المخصصة للطب البيطري. ويتضمن هذا القسم مصطلحات للحالات الشائعة لدى الكلاب، مثل جروح الذيل أو أنواع معينة من العرج، والتي لا يوجد لها مكافئ مباشر في القاموس المخصص للبشر. وبدون هذا الإضافة المتخصصة، كان جزء كبير من المشكلات الطبية للكلاب سيبقى دون تصنيف. وقد تحقق الباحثون من نظامهم بالكامل من خلال جعل لجنة مكونة من تسعة متخصصين في الطب البيطري تراجع عينة من المدخلات. وقد اتفق النظام الآلي مع إجماع الخبراء في حوالي 83 بالمائة من الحالات، وهي نتيجة قوية تؤكد أن النظام يمكنه الاعتماد عليه لترجمة الملاحظات الفوضوية إلى بيانات منظمة.
من خلال النجاح في ربط آلاف السجلات غير المنظمة بفئات معيارية، يسد هذا الإطار فجوة كبيرة في الطب البيطري العسكري. فهو يحول عملية مراجعة آلاف الملفات الفردية اليدوية والمستهلكة للوقت إلى نظام مؤتمت قادر على المراقبة في الوقت الفعلي. وهذا يتيح للقيادة تحديد التهديدات الصحية الناشئة بسرعة، وتتبع انتشار الإصابات مثل أمراض المفاصل أو الالتهابات الجلدية، واتخاذ قرارات قائمة على البيانات للحفاظ على صحة الكلاب العاملة وجاهزيتها للخدمة. إن هذا العمل يثبت أن الجمع بين القواعد الراسخة والتعلم الآلي البسيط والذكي يمكن أن يطلق العنان للقيمة المخفية في السجلات الطبية اليومية، محولاً البيانات الخام إلى رؤى قابلة للتنفيذ من أجل الحيوانات التي تخدم جنباً إلى جنب مع الجنود.
ملخص تقني: تصنيف هجين يعتمد على القواعد والتعلم الآلي للمشكلات الطبية للكلاب العاملة عسكرياً
بيان المشكلة تعد الكلاب العاملة عسكرياً (MWDs) جزءاً حيوياً من عمليات وزارة الحرب الأمريكية (DoW)، ومع ذلك، فإن مراقبة صحتها تعوقها بنية نظام السجلات الصحية الإلكترونية الحالي، وهو نظام إدارة خدمات الخدمات البيطرية (VSSM). تحتوي قائمة المشكلات الرئيسية (MPL) في نظام VSSM على مزيج غير متجانس من اختيارات المصطلحات السريرية الممنهجة (SNOMED CT) المهيكلة والمدخلات النصية الحرة غير المهيكلة. يفتقر النظام حالياً إلى القدرات المؤتمتة لفرز هذه المدخلات حسب الجهاز الجسماني أو نوع المشكلة، مما يجبر الباحثين على استخراج ومراجعة آلاف السجلات يدوياً لإجراء التحقيقات الوبائية. هذا الاختناق اليدوي يحد من نطاق وتكرار المراقبة الصحية، مما يمنع التحديد في الوقت المناسب للتهديدات الصحية الناشئة والمراقبة الصحية على مستوى السكان. ويُعد غياب الترميز التشخيصي الموحد في السجلات البيطرية عائقاً معترفاً به أمام البحث وتحسين العمليات.
المنهجية طورت الدراسة مسار تصنيف مؤتمت وهجين لربط مدخلات قائمة المشكلات الرئيسية (المسجلة بين 1 يناير 2018 و31 ديسمبر 2025) بمفاهيم SNOMED CT المعيارية وتعيينها إلى واحدة من 19 فئة سريرية من المستوى الأول (Level 1). يعمل المسار من خلال استراتيجية مطابقة متدرجة ومتسلسلة، حيث يتم توجيه المدخلات من الطريقة الأكثر دقة إلى الطريقة الأكثر تسامحاً:
المعالجة المسبقة للبيانات: خضعت المدخلات لتطبيع النص، بما في ذلك تطبيع حالة الأحرف، والتقطيع (tokenization)، وإزالة الكلمات الشائعة (مع الاحتفاظ بالكلمات النافية)، وتوسيع الاختصارات (مثل "OE" إلى "otitis externa")، والرد إلى الجذور (lemmatization).
المطابقة المتدرجة القائمة على القواعد (المستويات 0–4):
المستوى 0: خرائط ثابتة لمصطلحات الكلاب العاملة العسكرية المحددة (مثل الحقن الوقائية) التي تم التحقق من صحتها مقابل مفاهيم SNOMED النشطة.
المستوى 1: مطابقة تامة غير حساسة لحالة الأحرف ضد مرادفات SNOMED CT.
المستوى 2: مطابقة مطبعة ومردة إلى الجذور، بما في ذلك مستوى فرعي (2c) يقوم بإزالة المعدلات السريرية (الجانبية، والشدة) لإيجاد المطابقات.
المستوى 3: مطابقة النصوص الضبابية (نسبة نسبة ترتيب الرموز السريعة RapidFuzz ≥90).
المستوى 4: مطابقة الكلمات المفتاحية التشريحية لتعيين فئة من المستوى الأول عندما لا يتم تحديد مفهوم محدد.
ملاحظة: المستويات من 0 إلى 3 تنتهي بالوصول إلى مفاهيم SNOMED CT محددة؛ بينما المستوى 4 يعين الفئة فقط.
التعلم الآلي للمصطلحات غير المتطابقة (المستوى 5): تم تصنيف المدخلات التي فشلت في جميع مستويات القواعد باستخدام أربع طرق متنافسة تم تقييمها على تقسيم (80/20) من 3,677 مصطلحاً:
الانحدار اللوجستي (Logistic Regression) على ميزات TF-IDF (n-grams للكلمات والحروف).
الانحدار اللوجستي على تضمينات SapBERT (متجهات المحولات الطبية الحيوية).
الإدراك متعدد الطبقات (MLP) على تضمينات SapBERT.
التلقين بأسلوب التعلم القليل (few-shot prompting) لنموذج لغوي كبير عام (Gemma 4:12b).
ربط المفاهيم (الهدف 3): بالنسبة لمصطلحات المستوى 4 (مطابقات الكلمات المفتاحية بدون معرفات محددة)، تم استخدام SapBERT لاسترجاع مفاهيم SNOMED المرشحة بناءً على تشابه جيب التمام (cosine similarity)، مع وضع عتبات للثقة العالية (≥0.85) وللمراجعة (0.70–0.85).
التحقق من الصحة: قامت لجنة معماة من تسعة متخصصين بيطريين بمراجعة عينة عشوائية طبقية من 384 مصطلحاً (48 لكل مستوى) لتعمل كمعيار مرجعي. تم قياس الاتفاق باستخدام معامل Fleiss' κ والدقة مقابل إجماع النمط السائد.
النتائج الرئيسية
التغطية: قام المسار بتعيين فئة سريرية من المستوى الأول لـ 93.7% من 73,856 سجلاً (13,653 مصطلحاً فريداً).
تم حل 80.0% من السجلات عبر المستويات القائمة على المفاهيم (المستويات 0–3).
تم تعيين 13.7% عبر الكلمات المفتاحية التشريحية (المستوى 4).
تم مطابقة 6.1% من السجلات مع أي مستوى وتم تعيينها للمستوى 5 للتصنيف بالتعلم الآلي.
تبقى 0.1% (92 سجلاً) طابقت مفاهيم وصلت مسارات "هو-أ" (IS-A) الخاصة بها إلى لا جذر للمستوى الأول ولم تتلقَ أي فئة.
أداء التعلم الآلي: في التقسيم المحجوز، حقق نموذج TF-IDF مع الانحدار اللوجستي أعلى دقة في المركز الأول (80.0%)، متفوقاً على نموذج MLP على تضمينات SapBERT (76.4%) وعلى النموذج اللغوي الكبير (LLM) بنظام التعلم القليل (58.6%). وبناءً على ذلك، تم اختيار TF-IDF كمصنف مستخدم للمستوى 5.
مساهمة الامتداد البيطري: وفر امتداد SNOMED CT البيطري 22.8% من المفاهيم المتطابقة (439 من أصل 1,928 مفهوماً فريداً)، مما شكل 21.7% من السجلات ذات المعرفات المفاهيمية. كان هذا ضرورياً للحالات عالية التكرار والخاصة بالكلاب (مثل جروح الذيل، والتهاب الجلد تحت القدم - pododermatitis) التي تفتقر إلى مكافئات في النسخة الدولية.
عمق التسلسل الهرمي: بلغ متوسط عمق التسلسل الهرمي للعناصر المتطابقة 3.84 مستويات، مع وصول 27.4% إلى مفاهيم ورقية (leaf concepts)، مما يشير إلى دقة متوسطة في مدخلات المستخدم.
التحقق من الخبراء: حقق المسار اتفاقاً بنسبة 82.7% مع إجماع لجنة الخبراء عبر مجموعة البيانات. تباين الأداء حسب المستوى، حيث حقق مصنف المستوى 5 المستخدم نسبة اتفاق بلغت 66.7% في العينة غير المتطابقة. كان الموثوقية بين المقيمين (Inter-rater reliability) بين الخبراء كبيرة (Fleiss' κ = 0.796).
الأهمية والادعاءات يزعم البحث أن هذا الإطار نجح في سد فجوة القدرة في المعلوماتية السريرية داخل المؤسسة البيطرية التابعة لوزارة الحرب. من خلال أتمتة تصنيف بيانات قائمة المشكلات الرئيسية المختلطة الهيكل، يتيح النظام مراقبة صحية على مستوى السكان كانت محدودة سابقاً بقيود المراجعة اليدوية.
تشمل المساهمات الرئيسية ما يلي:
إثبات ضرورة الامتداد البيطري: تقدم الدراسة دليلاً تجريبياً على أن النسخة الدولية من SNOMED CT وحدها غير كافية لمراقبة الكلاب العاملة، حيث يتطلب الأمر الامتداد البيطري لتغطية جزء كبير من الأمراض الشائعة والخاصة بالكلاب.
فعالية البنية الهجينة: تشير النتائج إلى أنه بالنسبة لمدخلات قائمة المشكلات القصيرة وشبه المهيكلة، فإن التمثيلات الميزية الأبسط (TF-FT) مع المصنفات الخطية يمكن أن تتفوق على نماذج التعلم العميق المعقدة (MLPs) والنماذج اللغوية الكبيرة (LLMs) بنظام التعلم القليل، خاصة عندما تحتوي البيانات المدخلة على أنماط متكررة وعالية التكرار.
المراقبة القابلة للتوسع: يوفر النظام مخرجاً معيارياً وهرمياً مناسباً لمراقبة الاتجاهات، والمقارنة بين المنشآت المختلفة، والتكامل مع أنظمة المعلومات الصحية الأخرى القائمة على SNOMED، مما يحل محل الحاجة إلى استخراج البيانات يدوياً.
يظل المؤلفون متواضعين فيما يتعلق بالقيود، حيث أقروا بأن أرقام دقة التعلم الآلي تعكس الاتفاق مع المسار القائم على القواعد بدلاً من الحقيقة المطلقة، وأن تقدير أداء المستوى 5 يعتمد على حجم عينة صغير. كما أشاروا إلى أن النظام يعمل بشكل أفضل كطبقة فحص لتوجيه المدخلات للمراجعة بدلاً من كونه بديلاً كاملاً لتقنين المصطلحات، خاصة بالنظر إلى تباين ممارسات التوثيق لدى المستخدمين.