NLP Biomédico: desbloqueando a inteligência do texto clínico

Extração de informação, embeddings, BERT clínico e segurança em narrativas de saúde

Aprendizado de Máquina para Saúde — Pós-graduação

Abertura: o lado escuro da lua do prontuário

Prontuário dividido entre dados estruturados e texto clínico livre

Mensagem central: parte decisiva da clínica está em narrativa — não apenas em códigos, exames e tabelas.

Notas clínicas preservam hipóteses, negação, incerteza, raciocínio, contexto social, plano terapêutico e prioridade. Ignorá-las pode significar treinar modelos com uma visão estreita do cuidado.

Exemplo aplicado: “dor torácica provavelmente muscular; sem sinais de isquemia” contém informação muito diferente de um código genérico de dor torácica.

Sugestão visual: iceberg ou lua: parte estruturada visível, texto clínico como massa escondida.

Que informação importante na sua área raramente aparece em campo estruturado?

A aula em uma frase

NLP clínico transforma narrativa em evidência computável — mas precisa preservar contexto, negação, temporalidade e responsabilidade.

1 Extrair

entidades e relações.

2 Representar

palavras como vetores.

3 Contextualizar

BERT clínico.

4 Governar

privacidade e validação.

O maior risco do NLP clínico é perder informação, inventar informação ou expor informação?

Pipeline: da nota clínica ao dado acionável

Pipeline de NLP clínico da nota ao uso

Mensagem central: NLP clínico não é apenas classificar texto; é estruturar significado com rastreabilidade.

O pipeline típico identifica entidades, extrai relações, normaliza conceitos para vocabulários e produz saídas úteis para coortes, alertas, pesquisa ou documentação.

Exemplo aplicado: extrair “insulina glargina”, reconhecer como medicamento, mapear para RxNorm e associar dose e frequência.

Sugestão visual: fluxo texto → entidades → relações → código → uso.

Em qual etapa um erro seria mais perigoso: entidade, relação ou código?

NER: encontrar entidades não é entender a nota

Mensagem central: reconhecimento de entidades nomeadas identifica fronteiras e tipos de termos clínicos, mas ainda não resolve significado completo.

Doença

diabetes, insuficiência cardíaca, lúpus.

Medicamento

insulina, varfarina, metformina.

Exame

creatinina, HbA1c, troponina.

Procedimento

hemodiálise, angioplastia, biópsia.

Exemplo aplicado: reconhecer “metformina” como medicamento é útil, mas insuficiente: foi prescrita, suspensa, negada, alergia ou apenas cogitada?

Sugestão visual: nota clínica com termos coloridos por tipo.

Qual entidade clínica muda totalmente de significado se estiver negada ou no passado?

Relações: o verbo clínico importa

Frase clínica com entidades e relação entre medicamento e evento

Mensagem central: a clínica mora nas relações: trata, causa, piora, contraindica, suspeita, descarta.

Extração de relações conecta entidades. “Aspirina trata dor” é diferente de “aspirina causou sangramento” ou “alergia a aspirina”.

Exemplo aplicado: em farmacovigilância, identificar medicamento e evento adverso sem a relação causal/temporal pode gerar muitos falsos sinais.

Sugestão visual: entidades como nós e relações como setas rotuladas.

Que relação textual seria essencial para seu problema: causa, tratamento, tempo, dose ou negação?

Normalização: do termo local ao conceito compartilhável

Mensagem central: normalizar conceitos permite que “ataque cardíaco”, “IAM” e “infarto” apontem para a mesma ideia clínica.

Termos locais

abreviações, sinônimos, erros e variações.

Vocabulários

UMLS, SNOMED CT, RxNorm, LOINC.

Uso

coortes, busca, pesquisa multicêntrica e interoperabilidade.

Exemplo aplicado: “dor no peito”, “angina” e “precordialgia” podem se relacionar, mas não são sempre equivalentes. Normalizar exige granularidade clínica.

Sugestão visual: muitos termos convergindo para um código conceitual.

Quando mapear termos parecidos para o mesmo código melhora a análise — e quando apaga nuance?

Bodenreider, Nucleic Acids Research, 2004; Aronson & Lang, JAMIA, 2010.

Embeddings: significado como vizinhança

Palavras clínicas agrupadas em espaço vetorial

Mensagem central: embeddings representam palavras como vetores, permitindo que similaridade semântica vire distância matemática.

Modelos como Word2Vec e GloVe aprendem que palavras usadas em contextos parecidos tendem a ter significados relacionados. Isso ajuda busca, classificação e normalização.

Exemplo aplicado: “IAM” pode ficar próximo de “infarto” se aparece em contextos semelhantes de dor torácica, troponina e angioplastia.

Sugestão visual: mapa 2D com termos clínicos próximos por significado.

Similaridade vetorial é suficiente para diferenciar diagnóstico ativo de história familiar?

Mikolov et al., NeurIPS, 2013; Pennington et al., EMNLP, 2014.

De embeddings estáticos a contexto

Mensagem central: modelos estáticos dão uma representação única para uma palavra; modelos contextuais mudam a representação conforme a frase.

Word2Vec / GloVe

Mensagem central: palavra tem vetor relativamente fixo.

Exemplo: “PT” tende a misturar sentidos se usado para paciente e tempo de protrombina.

BERT

Mensagem central: palavra ganha vetor conforme contexto bidirecional.

Exemplo: “PT relata dor” ≠ “PT alargado”.

Sugestão visual: mesma palavra em duas frases recebendo representações diferentes.

Qual abreviação ambígua da sua área exige contexto para ser interpretada?

BERT clínico: o contexto muda tudo

Duas frases com PT significando paciente ou tempo de protrombina

Mensagem central: BERT usa Transformers para representar cada token à luz das palavras antes e depois.

Modelos pré-treinados em linguagem geral sabem muito sobre gramática, mas pouco sobre jargão clínico. BioBERT, ClinicalBERT e variantes aprendem padrões de PubMed, MIMIC e textos biomédicos.

Exemplo aplicado: diferenciar “ca” como câncer, cálcio ou CA-125 depende de contexto local e domínio.

Sugestão visual: duas frases com a mesma abreviação e significados diferentes.

Quando um modelo geral de linguagem seria perigoso em texto clínico?

Devlin et al., NAACL, 2019; Lee et al., Bioinformatics, 2020; Alsentzer et al., 2019.

Negação e temporalidade: o pequeno “não” muda tudo

Frases distinguindo febre presente, negada e passada

Mensagem central: NLP clínico precisa distinguir presença, ausência, hipótese, história pregressa e experienciador.

Algoritmos como NegEx mostraram que regras simples podem ser muito úteis para negação. Modelos modernos ampliam isso, mas ainda precisam ser avaliados em textos locais.

Exemplo aplicado: “nega dor torácica” extraído como dor torácica ativa pode gerar falso alerta de síndrome coronariana.

Sugestão visual: três frases com a mesma entidade e rótulos: presente, negado, passado.

Qual expressão de negação, incerteza ou temporalidade mais aparece nas suas notas?

Chapman et al., Journal of Biomedical Informatics, 2001; Uzuner et al., JAMIA, 2011.

Fenotipagem eletrônica com texto

Mensagem central: texto clínico pode aumentar sensibilidade para condições complexas mal representadas por códigos.

Códigos

bons para escala, mas incompletos e administrativos.

Exames e medicações

trazem evidência indireta e temporal.

Narrativa

hipótese clínica, critérios, sintomas e exclusões.

Validação

revisão manual e concordância continuam necessárias.

Exemplo aplicado: lúpus pode aparecer em notas como suspeita, critério, diagnóstico confirmado ou “descartado”; o texto ajuda, mas também pode confundir.

Sugestão visual: fenótipo eletrônico combinando código, exame, medicamento e frase clínica.

O texto aumentaria sensibilidade ou especificidade no seu fenótipo?

Liao et al., JAMIA, 2010; Shivade et al., JAMIA, 2014.

Escribas digitais: promessa e tensão

Mensagem central: escribas digitais podem reduzir carga documental, mas mudam autoria, revisão e responsabilidade.

Promessa

menos digitação, mais tempo de conversa.

Risco

nota fluente pode esconder erro factual.

Governança

médico revisa, assina e responde pelo conteúdo.

Privacidade

áudio e narrativa clínica são altamente sensíveis.

Exemplo aplicado: uma IA que resume consulta pode omitir uma negação importante ou transformar hipótese em diagnóstico confirmado.

Sugestão visual: conversa médico-paciente → rascunho → revisão humana → nota final.

Que erro de escriba digital seria mais grave: omissão, invenção ou mudança de certeza?

Quiroz et al., npj Digital Medicine, 2019; Topol, Nature Medicine, 2019.

Privacidade: texto é difícil de anonimizar

Nota clínica com identificadores removidos e alerta de reidentificação

Mensagem central: notas clínicas carregam identificadores diretos e indiretos; de-identificação reduz risco, mas não zera risco.

Nomes e datas são óbvios. Mas profissão, local, evento raro, familiares e sequência narrativa também podem reidentificar pessoas. LGPD exige finalidade, minimização, segurança e governança.

Exemplo aplicado: “professor universitário atropelado em frente ao hospital X no feriado Y” pode ser identificável mesmo sem nome.

Sugestão visual: nota com trechos mascarados e alerta para identificadores indiretos.

Que informação textual é indispensável ao modelo e qual é apenas conveniente?

Meystre et al., BMC Medical Research Methodology, 2010; Brasil, LGPD Lei nº 13.709/2018.

Atividade: a batalha da ambiguidade

Cenário: vocês recebem uma nota de alta ruidosa, com abreviações, erros e ambiguidade.

“PT c/ dor torácica ontem, nega febre. Ca 11,2; investigar ca? Suspensa metf por Cr alta. Mãe com IAM.”

1

Entidades

Quais termos são críticos?

2

Ambiguidade

PT, Ca, ca, Cr, IAM significam o quê?

3

Contexto

Como BERT ajudaria mais que dicionário?

4

Código

O que mapear para UMLS/RxNorm/SNOMED?

10 min · anotação10 min · ambiguidade10 min · mapeamento

Qual erro nessa nota poderia ser fatal se virasse dado estruturado errado?

Checklist para NLP clínico

Tarefa

classificar, extrair, normalizar ou resumir?

Contexto

negação, tempo, experienciador e certeza.

Vocabulário

UMLS, SNOMED, RxNorm, LOINC.

Gold standard

anotadores, consenso e concordância.

Privacidade

minimização, acesso e de-identificação.

Validação

outro serviço, especialidade e estilo de nota.

Sugestão visual: checklist de pré-implantação para NLP clínico.

Qual item desse checklist provavelmente falharia primeiro no seu contexto?

Cinco ideias para levar

1 Texto clínico guarda nuance que campos estruturados não capturam.

2 NER encontra entidades; relações e contexto dão significado.

3 Embeddings aproximam semântica, mas não resolvem negação e tempo sozinhos.

4 BERT clínico melhora contexto, mas precisa de corpus, validação e governança.

5 Privacidade e anotação especializada são gargalos centrais em NLP clínico.

Antes de perguntar “qual modelo de linguagem?”, pergunte: que significado clínico preciso preservar — e que dano surge se ele for perdido?

Próximo encontro

Vimos texto e sinais. Agora veremos como LLMs e multimodalidade unem texto, imagem e dados clínicos em uma mesma interface.

LLMs

sumarização, codificação e raciocínio assistido.

Multimodalidade

texto + imagem + sinais + EHR.

Riscos

alucinação, automação e confiança indevida.

Uso responsável

avaliação, monitoramento e supervisão humana.

Referências e créditos

NLP biomédico, IE e normalização

  • Meystre, S. M. et al. Extracting information from textual documents in the electronic health record: a review. Yearbook of Medical Informatics (2008). DOI.
  • Wang, Y. et al. Clinical information extraction applications: a literature review. JBI (2018). DOI.
  • Bodenreider, O. The Unified Medical Language System. Nucleic Acids Research (2004). DOI.
  • Aronson, A. R.; Lang, F.-M. An overview of MetaMap. JAMIA (2010). DOI.
  • Chapman, W. W. et al. A simple algorithm for identifying negated findings and diseases in discharge summaries. JBI (2001). DOI.
  • Uzuner, Ö. et al. 2010 i2b2/VA challenge on concepts, assertions, and relations. JAMIA (2011). DOI.

Embeddings, BERT e modelos clínicos

  • Mikolov, T. et al. Distributed representations of words and phrases and their compositionality. NeurIPS (2013).
  • Pennington, J.; Socher, R.; Manning, C. GloVe. EMNLP (2014).
  • Devlin, J. et al. BERT: Pre-training of deep bidirectional transformers for language understanding. NAACL (2019). DOI.
  • Lee, J. et al. BioBERT: a pre-trained biomedical language representation model. Bioinformatics (2020). DOI.
  • Alsentzer, E. et al. Publicly available clinical BERT embeddings. ClinicalNLP Workshop (2019).
  • Huang, K. et al. ClinicalBERT: Modeling clinical notes and predicting hospital readmission. arXiv (2019). arXiv.
  • Shivade, C. et al. A review of approaches to identifying patient phenotype cohorts using EHRs. JAMIA (2014). DOI.

Privacidade e documentação

  • Meystre, S. M. et al. Automatic de-identification of textual documents in the EHR: a review. BMC Medical Research Methodology (2010). DOI.
  • Brasil. Lei nº 13.709/2018 — Lei Geral de Proteção de Dados Pessoais.

Figuras

  • Todas as figuras SVG foram criadas para esta aula como recursos gráficos autorais didáticos.