Graph Neural Network-Based Diagnosis Prediction

计算机科学 杠杆(统计) 医学诊断 领域知识 特征工程 数据挖掘 人工智能 图形 机器学习 卷积神经网络 深度学习 理论计算机科学 医学 病理
作者
Yang Li,Buyue Qian,Xianli Zhang,Hui Liu
出处
期刊:Big data [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:8 (5): 379-390 被引量:64
标识
DOI:10.1089/big.2020.0070
摘要

Diagnosis prediction is an important predictive task in health care that aims to predict the patient future diagnosis based on their historical medical records. A crucial requirement for this task is to effectively model the high-dimensional, noisy, and temporal electronic health record (EHR) data. Existing studies fulfill this requirement by applying recurrent neural networks with attention mechanisms, but facing data insufficiency and noise problem. Recently, more accurate and robust medical knowledge-guided methods have been proposed and have achieved superior performance. These methods inject the knowledge from a graph structure medical ontology into deep models via attention mechanisms to provide supplementary information of the input data. However, these methods only partially leverage the knowledge graph and neglect the global structure information, which is an important feature. To address this problem, we propose an end-to-end robust solution, namely Graph Neural Network-Based Diagnosis Prediction (GNDP). First, we propose to utilize the medical knowledge graph as an internal information of a patient by constructing sequential patient graphs. These graphs not only carry the historical information from the EHR but also infuse with domain knowledge. Then we design a robust diagnosis prediction model based on a spatial-temporal graph convolutional network. The proposed model extracts meaningful features from sequential graph EHR data effectively through multiple spatial-temporal graph convolution units to generate robust patients' representations for accurate diagnosis predictions. We evaluate the performance of GNDP against a set of state-of-the-art methods on two real-world medical data sets, the results demonstrate that our methods can achieve a better utilization of knowledge graph and improve the accuracy on diagnosis prediction tasks.
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