Sepse é considerada uma carga na saúde e na economia global. No Brasil, a sepse é a principal causa de morte em Unidades de Terapia Intensiva, bem como uma das principais causas de mortalidade hospitalar tardia. Nesta tese, inicialmente apresenta-se um relatório epidemiológico brasileiro de sepse contemplando 10 anos utilizando dados do Sistema Único de Saúde (SUS). Em seguida, mostra-se um estudo que apoia os estabelecimentos de saúde na avaliação e otimização de seus protocolos clínicos de sepse usando técnicas de mineração de processos. Um protocolo clínico consiste em um plano de cuidados bem definido, que inclui uma ordem clara e tempo para a execução de intervenções com resultados esperados. Durante a execução deste estudo, identificou-se a falta de técnicas de mineração de processos para a otimização de protocolos clínicos. Assim, neste trabalho foi proposta, implementada e testada uma nova técnica de mineração de processos que auxilia usuários na otimização de seus processos. Esta técnica foi aplicada para a melhoria de protocolos clínicos. A técnica desenvolvida (Multi-CAT) identifica e destaca um conjunto de atividades e subsequências que promovem resultados positivos ou negativos, considerando múltiplos critérios simultâneos. A técnica foi aplicada com sucesso em um protocolo clínico de sepse, na qual foram adquiridas mais recomendações de otimização do que foi previamente obtido em análise manual. Conclui-se que a técnica desenvolvida apresenta grande potencial para auxiliar na otimização de processos com bom desempenho. No cenário de testes mais complexo, com 58 atividades, 50.000 casos e 14.451 variantes, Multi-CAT utilizou 2,04 minutos para executar a análise. Para finalizar, a ferramenta foi validada em dois processos distintos, indicando potencial para ser aplicada em outras áreas de negócio.