DE102009005207A1 - Method for the determination of lipoprotein components in a lipoprotein mixture to be analyzed - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung von Lipoproteinkomponenten in einem zu analysierenden Lipoproteingemisch umfasst die Schritte: Verfahren zur Bestimmung von Lipoproteinkomponenten in einem zu analysierenden Lipoproteingemisch, umfassend die Schritte: A) Aufnahme von N>1 Messspektren des zu analysierenden Lipoproteingemischs bei N verschiedenen Messbedingungen, wobei jedes der N Messspektren jeweils M Messpunkte aufweist, B) Bereitstellen einer Mischmatrix W mit N mal L zufällig gewählten, nichtnegativen Mischparametern, einer Quellspektrenmatrix H mit L Quellspektren mit jeweils M zufällig gewählten, nichtnegativen Quellspektrumspunkten und einer Messspektrenmatrix X, die gebildet wird durch die N Messspektren, C) Modifizieren der jeweils M Quellspektrumspunkte der L Quellspektren durch Annäherung des Matrixprodukts der Mischmatrix W und der Quellspektrenmatrix H an die Messspektrenmatrix X mittels einer nichtnegativen Matrixfaktorisierung unter der Randbedingung, dass die L Quellspektren sparsam kodiert sind, D) Zuordnen der aus dem Schritt C durch die Modifizierung erhaltenen L Quellspektren zu bekannten Spektren von Lipoproteinkomponenten.A method for the determination of lipoprotein components in a lipoprotein mixture to be analyzed comprises the steps: A method for the determination of lipoprotein components in a lipoprotein mixture to be analyzed, comprising the steps of: A) recording N> 1 measurement spectra of the lipoprotein mixture to be analyzed at N different measurement conditions, each of B) providing a mixed matrix W with N times L randomly chosen, nonnegative mixing parameters, a source spectrum matrix H with L source spectra each with M randomly chosen, nonnegative source spectral points and a measurement spectra matrix X, which is formed by the N measurement spectra, C) modifying the respective M source spectral points of the L source spectra by approximating the matrix product of the mixed matrix W and the source spectrum matrix H to the measurement spectra matrix X by means of a nonnegative matrix factorization under the boundary condition that the L source spectra D) assigning the L source spectra obtained from step C by the modification to known spectra of lipoprotein components.

Description

Im Folgenden werden ein Verfahren zur Bestimmung von Lipoproteinkomponenten eines Lipoproteingemischs sowie eine Datenverarbeitungsanlage dazu angegeben.in the Following is a method for the determination of lipoprotein components a lipoprotein mixture and a data processing system thereto specified.

Die Identifizierung, Beschreibung und quantitative Erfassung der in einer Blutplasma- oder Serumprobe enthaltenen Lipoproteinsubklassen bzw. Lipoproteinkomponenten ist in der medizinischen Risikoprävention von Herz-Kreislauferkrankungen von erheblichem Wert. Eindimensionale Kernspinresonanzspektren („nuclear magnetic resonance”, NMR) von Blutplasma- oder Serumproben und insbesondere die Signale von Lipoproteinen darin zeigen jedoch oft einen erheblichen Überlapp der zugrunde liegenden Komponentenspektren der einzelnen Spingruppen beziehungsweise Spezies (Lipoproteinsubklassen, Lipoproteinkomponenten) und erschweren somit eine Identifizierung, Beschreibung und quantitative Erfassung dieser Spezies. Gerade aber auch die Zusammensetzung der einzelnen Lipoproteinsubklassen ist eine für die Atheroskleroserisikoabschätzung wichtige Information. Bekannte Verfahren zur Bestimmung von Lipoproteinen sind jedoch nicht in der Lage, anomale Subklassen mit hoher Genauigkeit und unter Berücksichtigung patientenspezifischer Abweichungen und Variationen zu identifizieren und zu quantifizieren.The Identification, description and quantitative recording of in of a blood plasma or serum sample containing lipoprotein subclasses or lipoprotein components is in the medical risk prevention of Cardiovascular diseases of considerable value. dimensional Nuclear magnetic resonance spectra ("nuclear magnetic resonance", NMR) of blood plasma or serum samples and in particular the signals however, lipoproteins often show considerable overlap the underlying component spectra of the individual spin groups or species (lipoprotein subclasses, lipoprotein components) and thus complicate identification, description and quantitative Capture of this species. But also the composition of single lipoprotein subclasses is one for atherosclerosis risk assessment Important Information. Known methods for the determination of lipoproteins However, they are unable to produce anomalous subclasses with high accuracy and taking into account patient-specific deviations and to identify and quantify variations.

Die Druckschrift DE 10 2004 026 903 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung von Lipoproteinsubklassen mittels NMR-Spektroskopie.The publication DE 10 2004 026 903 describes a method for the determination of lipoprotein subclasses by NMR spectroscopy.

Zumindest eine Aufgabe einer Ausführungsform ist es, ein Verfahren zur Bestimmung von Lipoproteinkomponenten in einem zu analysierenden Lipoproteingemisch anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe ist es, eine Datenverarbeitungsanlage zur Durchführung zumindest einiger Schritte des Verfahrens anzugeben.At least It is an object of one embodiment to provide a method for the determination of lipoprotein components in an analyte Specify lipoprotein mixture. At least one more task is it, a data processing system to carry out at least indicate some steps in the procedure.

Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsformen und weitere Ausgestaltungen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen, den Figuren und der nachfolgenden Beschreibung hervor.These Tasks are achieved by a method and apparatus according to the independent claims solved. Other embodiments and further embodiments go From the dependent claims, the figures and the description below.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Bestimmung von Lipoproteinkomponenten in einem zu analysierenden Lipoproteingemisch insbesondere die folgenden Schritte:
Verfahren zur Bestimmung von Lipoproteinkomponenten in einem zu analysierenden Lipoproteingemisch, umfassend die Schritte:

  • A) Aufnahme von N > 1 Messspektren des zu analysierenden Lipoproteingemischs bei N verschiedenen Messbedingungen, wobei jedes der N Messspektren jeweils M Messpunkte aufweist,
  • B) Bereitstellen einer Mischmatrix W mit N mal L zufällig gewählten, nicht-negativen Mischparametern, einer Quellspektrenmatrix H mit L Quellspektren mit jeweils M zufällig gewählten, nicht-negativen Quellspektrumspunkten und einer Messspektrenmatrix X, die gebildet wird durch die N Messspektren,
  • C) Modifizieren der jeweils M Quellspektrumspunkte der L Quellspektren durch Annäherung des Matrixprodukts der Mischmatrix W und der Quellspektrenmatrix H an die Messspektrenmatrix X mittels einer nicht-negativen Matrixfaktorisierung unter der Randbedingung, dass die L Quellspektren sparsam kodiert sind,
  • D) Zuordnen der aus dem Schritt C durch die Modifizierung erhaltenen L Quellspektren zu bekannten Spektren von Lipoproteinkomponenten.
In accordance with at least one embodiment, a method for the determination of lipoprotein components in a lipoprotein mixture to be analyzed comprises in particular the following steps:
Method for the determination of lipoprotein components in a lipoprotein mixture to be analyzed, comprising the steps:
  • A) recording N> 1 measurement spectra of the lipoprotein mixture to be analyzed at N different measurement conditions, each of the N measurement spectra having M measurement points in each case,
  • B) providing a mixed matrix W with N times L randomly chosen, non-negative mixing parameters, a source spectrum matrix H with L source spectra each having M randomly selected, non-negative source spectral points and a measurement spectra matrix X, which is formed by the N measurement spectra,
  • C) modifying the respective M source spectral points of the L source spectra by approximating the matrix product of the mixed matrix W and the source spectrum matrix H to the measurement spectra matrix X by means of a non-negative matrix factorization under the boundary condition that the L source spectra are economically coded,
  • D) assigning the L source spectra obtained from step C by the modification to known spectra of lipoprotein components.

Insbesondere der Verfahrensschritt C kann dabei unter der Annahme vorgenommen werden, dass die zu analysierenden Messspektren des Lipoproteingemischs an eine Überlagerung von realen, charakteristischen Spektren der Lipoproteinkomponenten des Lipoproteingemischs angenähert werden können.Especially the method step C can be carried out under the assumption be that the measured spectra of the lipoprotein mixture to be analyzed to a superimposition of real, characteristic spectra approximated the lipoprotein components of the lipoprotein mixture can be.

Dabei kann es möglich sein, dass die L Quellspektren durch das hier beschriebene Verfahren bestimmbar sind, ohne dass konkrete Annahmen über die Art oder Zusammensetzung der zu bestimmenden Lipoproteinkomponenten erforderlich sind. Insbesondere kann das bedeuten, dass im Schritt B vor Durchführung des Schrittes C lediglich die Anzahl L der zu analysierenden Quellspektren für das Verfahren gewählt werden muss. Dadurch kann es möglich sein, dass Untersuchungen, insbesondere auch automatisierte Routineuntersuchungen, von Lipoproteingemischen und der darin enthaltenen Lipoproteinkomponenten durchführbar sind, durch die die Lipoproteinkomponenten hinsichtlich ihrer Konzentration, Zusammensetzung und/oder Identifikation analysierbar und bestimmbar sind, ohne dass Vorabkenntnisse bezüglich der Lipoproteinkomponenten erforderlich sind. Das kann weiterhin insbesondere auch zur Folge haben, dass eine Analyse hinsichtlich der Konzentration, Zusammensetzung und/oder Identifikation von Lipoproteinkomponenten in anomalen, seltenen und/oder krankhaften Stadien möglich ist.there It may be possible that the L source spectra are due to the Methods described here are determinable without concrete Assumptions about the nature or composition of the to be determined Lipoprotein components are required. In particular, that can mean that in step B before performing the step C only the number L of the source spectra to be analyzed for the procedure must be chosen. This can make it possible be that investigations, especially automated routine examinations, of lipoprotein mixtures and the lipoprotein components contained therein are feasible through which the lipoprotein components in terms of their concentration, composition and / or identification analyzable and determinable without any prior knowledge of the lipoprotein components are required. That can continue in particular also have the consequence that an analysis in terms of the concentration, composition and / or identification of lipoprotein components possible in abnormal, rare and / or diseased stages is.

Gerade die Möglichkeit, die Zusammensetzung der Lipoproteinkomponenten in Lipoproteingemischen, insbesondere auch in anomalen Stadien, patientenspezifisch zu identifizieren und zu quantifizieren, kann durch das hier beschriebene Verfahren im Gegensatz zu bereits bekannten Verfahren gegeben sein. Dabei kann jede der Lipoproteinkomponenten des Lipoproteingemischs ein charakteristisches Spektrum aufweisen, die eine Identifizierung der jeweiligen Lipoproteinkomponente möglich machen kann. Durch das Zuordnen der durch die Schritte A bis C erhältlichen Quellspektren im weiteren Schritt D zu bekannten, charakteristischen Spektren von Lipoproteinkomponenten kann diese Identifizierung möglich sein.Just the possibility of the composition of the lipoprotein components in lipoprotein mixtures, especially in anomalous stages, can identify and quantify in a patient-specific way by the method described here in contrast to already known Be given procedure. In this case, each of the lipoprotein components of the lipoprotein mixture have a characteristic spectrum, the identification of the respective lipoprotein component possible can make. By assigning the available through the steps A to C. Source spectra in further step D to known, characteristic spectra Of lipoprotein components, this identification may be possible be.

Die aus dem Lipoproteingemisch zu ermittelnden Lipoproteinkomponenten können dabei beispielsweise aus den folgenden ausgewählt sein: Chylomikronen-A, Chylomikronen-B, Chylomikronen-C, Chylomikronen Remnants, VLDL-A, VLDL-B, VLDL-C, IDL, small dense LDL, LDL-A, LDL-B, LDL-C, HDL-2, HDL-3 und Lp(a).The Lipoprotein components to be determined from the lipoprotein mixture can for example be selected from the following Chylomicrons-A, Chylomicrons-B, Chylomicrons-C, Chylomicrons Remnants, VLDL-A, VLDL-B, VLDL-C, IDL, small dense LDL, LDL-A, LDL-B, LDL-C, HDL-2, HDL-3 and Lp (a).

Weiterhin können durch das hier beschriebene Verfahren alternativ oder zusätzlich auch Nicht-Lipoprotein-Komponenten im Lipoproteingemisch bestimmt werden, die zu den zu analysierenden Messspektren beitragen. Derartige Nicht-Lipoprotein-Komponenten können beispielsweise Komponenten in Körperflüssigkeitsproben sein wie etwa Lactate, Alkohole, Aminosäuren, Peptide, Nukleinsäuren, Fettsäuren, Kohlehydrate, Pharmazeutika und/oder Proteine.Farther Alternatively, by the method described herein or additionally also non-lipoprotein components in the lipoprotein mixture be determined, which contribute to the measurement spectra to be analyzed. Such non-lipoprotein components may be, for example Be like components in body fluid samples such as lactates, alcohols, amino acids, peptides, nucleic acids, Fatty acids, carbohydrates, pharmaceuticals and / or proteins.

Die charakteristischen Spektren dieser Lipoproteinkomponenten bzw. Nicht-Lipoprotein-Komponenten können beispielsweise charakteristische Referenzparameter wie etwa Peakpositionen, Linienformen und/oder Linienbreiten aufweisen, anhand derer die Lipoproteinkomponenten identifizierbar sind. Mit Hilfe bekannter, charakteristischer Spektren der Lipoproteinkomponenten können dann die Quellspektren zugeordnet werden. Durch diese Zuordnung kann dann eine Bestimmung der im Lipoproteingemisch enthaltenen Lipoproteinkomponenten hinsichtlich ihrer Identifikation, Zusammensetzung und/oder Quantifizierung möglich sein. Dabei muss es nicht zwingend erforderlich sein, dass die Quellspektren mit den bekannten, charakteristischen Spektren übereinstimmen. Beispielsweise können gerade Abweichungen bezüglich Peakpositionen, Linienformen und/oder Linienbreiten in den ermittelten Quellspektren im Vergleich zu den bekannten, charakteristischen Spektren Aufschluss über patientenspezifische Variationen bzw. anomale, seltene und/oder krankhafte Stadien von Lipoproteinkomponenten geben.The characteristic spectra of these lipoprotein components or non-lipoprotein components For example, characteristic reference parameters such as peak positions, line shapes and / or line widths, from which the lipoprotein components are identifiable. With Help known, characteristic spectra of the lipoprotein components then the source spectra can be assigned. By This assignment can then be a determination of the lipoprotein mixture contained lipoprotein components in terms of their identification, Composition and / or quantification may be possible. there it does not have to be mandatory that the source spectra agree with the known, characteristic spectra. For example, just deviations with respect Peak positions, line shapes and / or line widths in the determined Source spectra compared to the known, characteristic Spectra Information about patient-specific variations or abnormal, rare and / or abnormal stages of lipoprotein components give.

Abweichungen bezüglich Peakpositionen, Linienformen und/oder Linienbreiten in den Quellspektren können gerade dadurch bestimmbar sein, dass für das Verfahren keine Vorabannahmen zu den Quellspektren hinsichtlich der charakteristischen Referenzparameter erforderlich sind. Somit kann das Verfahren die Möglichkeit bieten, neben der Bestimmung der Lipoproteinkomponenten hinsichtlich ihrer Konzentration, Zusammensetzung und Identifikation auch patientenspezifische Zusatzinformationen bezüglich medizinisch anomaler und/oder krankhafter Stadien ohne weitere Analysen zu ermöglichen. Dadurch kann eine im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren erheblich gesteigerte Informationsausbeute bei gleichzeitig geringerem Zeitaufwand möglich sein.deviations regarding peak positions, line shapes and / or line widths in the source spectra can be determined just by that for the method no pre-assumptions about the source spectra regarding the characteristic reference parameters are required. Consequently The procedure can offer the possibility, in addition to the determination the lipoprotein components in terms of their concentration, composition and identification also patient-specific additional information concerning medically abnormal and / or diseased stages without further analysis. This can be a significantly increased compared to conventional methods Information yield possible at the same time less time be.

Jedes der N Messspektren kann eine Überlagerung der charakteristischen Spektren der im Lipoproteingemisch enthaltenen Lipoproteinkomponenten aufweisen. Weiterhin können die Messspektren auch charakteristische Spektren von Nicht-Lipoprotein-Komponenten aufweisen, die, wie schon weiter oben erwähnt, ebenfalls identifizierbar und quantifizierbar sein können. Der jeweilige relative Beitrag eines charakteristischen Spektrums einer Lipoproteinkomponente bzw. eine Nicht-Lipoprotein-Komponente zu einem Messspektrum kann dabei beispielsweise von der Konzentration der betreffenden Lipoproteinkomponente bzw. Nicht-Lipoprotein-Komponente im Lipoproteingemisch, ihrer Zusammensetzung, weiteren Komponenten im Lipoproteingemisch und/oder äußeren Einflüssen auf das charakteristische Spektrum abhängen. Ein äußerer Einfluss kann dabei beispielsweise ein Magnetfeld und/oder eine Temperatur sein. Insbesondere kann ein äußerer Einfluss durch die unter näher ausgeführten Messbedingungen gegeben sein.each The N measurement spectra may be a superposition of the characteristic Spectra of the lipoprotein components contained in the lipoprotein mixture exhibit. Furthermore, the measurement spectra can also be characteristic Have spectra of non-lipoprotein components, which, as already mentioned above, also identifiable and quantifiable could be. The relative contribution of a characteristic spectrum a lipoprotein component or a non-lipoprotein component to a measurement spectrum can, for example, of the concentration the relevant lipoprotein component or non-lipoprotein component in the lipoprotein mixture, its composition, other components in the lipoprotein mixture and / or external influences depend on the characteristic spectrum. An outer one Influence can be for example a magnetic field and / or a Be temperature. In particular, an outer Influence by the detailed measurement conditions be given.

Die N Messspektren können dabei insbesondere Magnetresonanzspektren sein, die beispielsweise mittels einer Kernspinresonanzspektroskopietechnik („nuclear magnetic resonance”, NMR) aufgenommen werden können. Insbesondere kann es sich dabei um diffusionsgewichtete NMR-Spektroskopie handeln.The N measurement spectra may in particular be magnetic resonance spectra be, for example, by means of a nuclear magnetic resonance spectroscopy technique ("Nuclear magnetic resonance", NMR) are recorded can. In particular, it may be diffusion-weighted Act NMR spectroscopy.

Ein Beispiel für ein Messverfahren für diffusionsgewichtete NMR-Spektroskopie ist aus der Druckschrift DE 10 2004 026 903 bekannt. Dabei wird zur Aufnahme eines jeden der N Messspektren ein eindimensionales Spin-Echo-Experiment durchgeführt, bei dem ein statisches, konstantes Magnetfeld bereitgestellt wird, das durch einen einstellbaren Magnetfeldgradienten überlagert ist. Das zu analysierende Lipoproteingemisch kann in diesem Magnetfeld in Form einer Flüssigkeit, insbesondere in Form einer Lösung oder einer Emulsion, angeordnet werden. Insbesondere kann das Lipoproteingemisch eine Körperflüssigkeit wie etwa eine Blutprobe, ein Serum oder eine Urinprobe oder eine Lösung daraus umfassen oder sein.An example of a measurement method for diffusion-weighted NMR spectroscopy is from the document DE 10 2004 026 903 known. In this case, to record each of the N measurement spectra, a one-dimensional spin-echo experiment is performed in which a static, constant magnetic field is superimposed, which is superimposed by an adjustable magnetic field gradient. The lipoprotein mixture to be analyzed can in this magnetic field in the form of a liquid, in particular in the form of a solution or a Emulsion can be arranged. In particular, the lipoprotein mixture may comprise or be a body fluid such as a blood sample, serum or urine sample or a solution thereof.

Durch die in den Lipoproteinkomponenten und Nicht-Lipoprotein-Komponenten des Lipoproteingemischs enthaltenen Atomkerne, also etwa Wasserstoff-, Kohlenstoff- und/oder Stickstoffatomkerne, kann das Lipoproteingemisch ein magnetisches Moment bzw. eine Gesamtmagnetisierung aufweisen, die beispielsweise durch die thermische (Boltzmann-)Verteilung der individuellen Spinorientierungen im statischen Magnetfeld gegeben ist. Im Gleichgewichtsfall bildet sich die Gesamtmagnetisierung entlang des statischen, konstanten Magnetfelds als longitudinale Magnetisierung aus. Durch die dem Fachmann bekannte so genannte chemische Verschiebung, das heißt den Einfluss der einen Atomkern umgebenden Elektronen auf das Magnetfeld am Ort eines Atomkerns, können die einzelnen Atome der Lipoproteinkomponenten und Nicht-Lipoprotein-Komponenten unterschiedliche Präzessionsfrequenzen (Larmorfrequenzen) im statischen, konstanten Magnetfeld aufweisen. Im Gleichgewichtsfall weist die Gesamtmagnetisierung keine transversale Komponente senkrecht zum statischen, konstanten Magnetfeld auf.By those in the lipoprotein components and non-lipoprotein components of the lipoprotein mixture contained atomic nuclei, so about hydrogen, Carbon and / or nitrogen nuclei, the lipoprotein mixture have a magnetic moment or a total magnetization, for example, by the thermal (Boltzmann-) distribution of given individual spin orientations in the static magnetic field is. In the equilibrium case, the total magnetization is formed along the static, constant magnetic field as longitudinal Magnetization off. By those known to those skilled so-called chemical shift, that is the influence of one Nucleons surrounding electrons to the magnetic field at the location of an atomic nucleus, can the individual atoms of the lipoprotein components and Non-lipoprotein components have different precession frequencies (Larmorfrequenzen) in the static, constant magnetic field. In the equilibrium case, the total magnetization has no transverse Component perpendicular to the static, constant magnetic field.

Durch eine geeignete Abfolge von einem oder mehreren so genannten π/2-Pulsen und/oder so genannten π-Pulsen kann die Gesamtmagnetisierung beeinflusst werden und insbesondere relativ zum bereitgestellten statischen, konstanten Magnetfeld aus seiner Gleichgewichtslage gedreht werden. Die π/2-Pulse und π-Pulse können dabei durch einen zusätzlich zum statischen Magnetfeld erzeugten Puls eines oszillierenden Magnetfelds bewirkt werden. Die Stärke des oszillierenden Magnetfelds sowie die Pulsdauer können dabei derart gewählt werden, dass die Gesamtmagnetisierung relativ zum statischen Magnetfeld um 90° bzw. 180° gedreht wird. Je nach Wahl und Anzahl der π/2- und/oder π-Pulse kann es sich dabei um eine eindimensionales oder mehrdimensionales NMR-Verfahren handeln.By a suitable sequence of one or more so-called π / 2 pulses and / or so-called π-pulses can the total magnetization be influenced and in particular relative to the provided static, constant magnetic field from its equilibrium position to be turned around. The π / 2 pulses and π pulses can doing so by one in addition to the static magnetic field generated pulse of an oscillating magnetic field can be effected. The strength of the oscillating magnetic field and the pulse duration can be chosen such that the total magnetization rotated by 90 ° or 180 ° relative to the static magnetic field becomes. Depending on the choice and number of π / 2 and / or π pulses it can be a one-dimensional or multi-dimensional Act NMR method.

Eine aus der Gleichgewichtslage durch einen π/2-Puls um 90° gedrehte Gesamtmagnetisierung weist nunmehr eine zum statischen, konstanten Magnetfeld transversale Komponente auf, die im statischen Magnetfeld präzediert. Die präzedierende transversale Gesamtmagnetisierungskomponente kann ein oszillierendes Magnetfeld erzeugen, das beispielsweise mittels Pick-Up-Spulen gemessen und aufgenommen werden kann. Die Präzessionsfrequenz ist dabei für jedes Atom im Lipoproteingemisch von der jeweils lokalen Magnetfeldstärke sowie von der individuellen chemischen Verschiebung abhängig. Aufgrund letzterer präzedieren Kernspins mit unterschiedlicher chemischer Verschiebung mit unterschiedlichen Larmorfrequenzen. Durch Spin–Spin-Wechselwirkungen im Spinsystem dephasieren die einzelnen Kernspins mit der Zeit. Dadurch zerfällt bzw. relaxiert die transversale Komponente der Gesamtmagnetisierung mit der Zeit.A from the equilibrium position by a π / 2 pulse rotated by 90 ° Total magnetization now has a static, constant Magnetic field transverse component in the static magnetic field precess. The precessing transverse total magnetization component can generate an oscillating magnetic field, for example can be measured and recorded by means of pick-up coils. The Precession frequency is for each atom in the Lipoprotein mixture of the respective local magnetic field strength as well as the individual chemical shift. Due to the latter, nuclear spins precess with different chemical shift with different Larmor frequencies. Dephase through spin-spin interactions in the spin system the individual nuclear spins over time. This breaks up or relaxes the transverse component of the total magnetization with time.

Weiterhin können die verschiedenen Lipoproteinkomponenten und Nicht-Lipoprotein-Komponenten, während sie präzedieren, durch das Lipoproteingemisch diffundieren. Die Diffusionsgeschwindigkeit einer Lipoproteinkomponente bzw. Nicht-Lipoprotein-Komponente kann dabei beispielsweise von ihrer jeweiligen Größe abhängen, so dass etwa kleine Lipoproteinkomponenten schneller durch das Lipoproteingemisch diffundieren können als Lipoproteinkomponenten, die im Vergleich zu diesen größer sind. Wenn dem statischen, konstanten Magnetfeld rein beispielhaft ein Magnetfeldgradient überlagert ist, können sich die verschiedenen Lipoproteinkomponenten je nach ihrer Diffusionsgeschwindigkeit im Zeitmittel in verschiedenen mittleren Magnetfeldern befinden, so dass die Kernspins der einzelnen Atome unterschiedlicher Lipoproteinkomponenten mit jeweils unterschiedlichen Präzessionsfrequenzen präzedieren können und somit in Abhängigkeit von der Zeit unterschiedliche Präzessionsphasen akkumulieren können. Durch diese Dephasierung der einzelnen Kernspins der einzelnen Lipoproteinkomponenten, durch die oben genannte Dephasierung aufgrund der chemischen Verschiebung sowie durch weitere Relaxationsprozesse wie etwa Kollisionen der im Lipoproteingemisch enthaltenen Komponenten miteinander kann die Gesamtmagnetisierung abnehmen, so dass nach einem π/2-Puls das messbare, oszillierende Magnetfeldsignal, das durch die präzedierende Gesamtmagnetisierung hervorgerufen wird, in seiner Intensität mit der Zeit abnimmt. Ein solches Signal ist dem Fachmann auch als so genannter „free induction decay” (FID) bekannt. Die dabei messbaren Frequenzen können beispielsweise relativ zu einem Frequenzstandard angegeben werden und mit der Einheit „ppm”, etwa im Sinne von Hz/MHz, versehen werden.Farther While the various lipoprotein components and non-lipoprotein components can be used while precess them, diffuse through the lipoprotein mixture. The diffusion rate of a lipoprotein component or non-lipoprotein component can be, for example, of their respective size depend, so that about small lipoprotein components faster can diffuse through the lipoprotein mixture as lipoprotein components, which are larger in comparison to these. If that static, constant magnetic field superimposed purely by way of example a magnetic field gradient is, the various lipoprotein components can become depending on their diffusion rate in the time average in different middle magnetic fields are located, so that the nuclear spins of the individual Atoms of different lipoprotein components, each with different Precess frequencies can precess and thus different depending on the time Accumulate precession phases. Through this Dephasing of the individual nuclear spins of the individual lipoprotein components, by the above-mentioned dephasing due to the chemical shift as well as by other relaxation processes such as collisions of the the components contained in the lipoprotein mixture with each other can Total magnetization decrease, so that after a π / 2 pulse the measurable, oscillating magnetic field signal generated by the precessing Total magnetization is evoked, in its intensity decreases with time. Such a signal is also known to those skilled in the art so-called "free induction decay" (FID) known. The thereby measurable frequencies, for example, relative to a frequency standard and with the unit "ppm", approximately in the sense of Hz / MHz.

Durch Einstrahlung eines π-Pulses kann der Dephasierungsprozess zumindest teilweise zumindest für einige der einzelnen Kernspins der Atome von Lipoproteinkomponenten rückgängig gemacht werden, so dass nach dem π-Pulse eine weiteres oszillierendes Magnetfeldsignal, das durch die sich dann ergebende Gesamtmagnetisierung hervorgerufen wird, messbar und aufnehmbar sein kann.By Irradiation of a π-pulse can be the dephasing process at least partially for at least some of them Nuclear spins of the atoms of lipoprotein components reverse be made, so that after the π-pulses another oscillating magnetic field signal, by the then resulting Total magnetization is caused, measurable and absorbable can be.

Ein derartiges nach einem π/2- und/oder einem π-Puls messbares Signal kann dann im Zeitraum eine Oszillation mit veränderlicher Amplitude aufweisen. Beispielsweise mittels eines Analog/Digital-Wandlers („analog-to-digital converter”, ADC) kann dieses Signal im Zeitraum in ein digitales, das heißt diskrete Zeit- und Amplitudenwerte umfassendes Oszillationssignal umgewandelt und digital aufgezeichnet werden.Such a signal which can be measured according to a π / 2 and / or a π-pulse can then have an oscillation with a variable amplitude over the period of time. For example, by means of an analog / digital converter ("Analog-to-digital converter", ADC), this signal can be converted in the period in a digital, ie discrete time and amplitude values comprehensive oscillation signal and recorded digitally.

Beispielsweise mittels Fouriertransformation oder mittels eines anderen geeigneten Transformationsverfahrens kann ein solches Oszillationssignal im Zeitraum in ein Spektrum mit M0 Messpunkten im Frequenzraum transformiert werden. Das Spektrum mit M0 Messpunkten kann dabei einen Frequenzbereich F0 umfassen. Die Anzahl und Auflösung der M0 Messpunkte kann dabei etwa von der Auflösung des ADC und dem gewählten Transformationsverfahren abhängen. Ein so gewonnenes Spektrum kann eine Überlagerung von Magnetresonanzkurven aufweisen, die den NMR-Signalen der einzelnen Atome der Lipoproteinkomponenten und Nicht-Lipoprotein-Komponenten entsprechen. Gerade bei derart aufgenommenen NMR-Spektren kann der Signal-Rausch-Abstand („signal-to-noise ratio”, SNR) derart groß sein, dass keine weiteren Vorkehrungen zur Unterdrückung von Rauschen erforderlich sein müssen.For example, by means of Fourier transformation or by means of another suitable transformation method, such an oscillation signal can be transformed in the time domain into a spectrum with M 0 measuring points in the frequency domain. The spectrum with M 0 measuring points may include a frequency range F 0 . The number and resolution of the M 0 measurement points may depend, for example, on the resolution of the ADC and the selected transformation method. A spectrum thus obtained may have a superposition of magnetic resonance curves corresponding to the NMR signals of the individual atoms of the lipoprotein components and non-lipoprotein components. Especially with such recorded NMR spectra, the signal-to-noise ratio (SNR) can be so large that no further measures to suppress noise must be required.

Aus dem Spektrum mit M0 Messpunkten im Frequenzbereich F0 kann für ein Messspektrum ein Teilspektrum in einem Frequenzteilbereich F1 ≤ F0 mit M ≤ M0 Messpunkten ausgewählt werden und als Messspektrum bereitgestellt werden. Dabei kann bei N gemessenen Spektren mit jeweils M0 Messpunkten für jedes der N Messspektren jeweils derselbe Frequenzteilbereich F1 ≤ F0 mit M ≤ M0 Messpunkten ausgewählt werden.From the spectrum with M 0 measuring points in the frequency range F 0 , a partial spectrum in a frequency subrange F 1 ≤ F 0 with M ≤ M 0 measuring points can be selected for a measuring spectrum and provided as a measuring spectrum. In this case, in the case of N measured spectra with M 0 measuring points in each case, the same frequency subrange F 1 ≦ F 0 with M ≦ M 0 measuring points can be selected for each of the N measuring spectra.

Dadurch kann es beispielsweise möglich sein, dass ein Frequenzbereich aus den N gemessenen Spektren ausgewählt werden kann, der besonders geeignet zur Analyse der im Lipoproteingemisch enthaltenen Lipoproteinkomponenten ist. Besonders geeignet kann der Frequenzbereich dann sein, wenn lediglich Lipoproteinkomponenten zu den Messspektren in diesem Frequenzbereich beitragen oder wenn der Beitrag von Nicht-Lipoprotein-Komponenten in diesem Frequenzbereich vernachlässigbar klein ist. Weiterhin kann der Frequenzbereich besonders geeignet sein, wenn eine bekannte Anzahl von Lipoproteinkomponenten zu den Messspektren in diesem Frequenzbereich beiträgt. Besonders geeignet zur Identifizierung von Lipoproteinkomponenten in einem Lipoproteingemisch kann dabei beispielsweise ein Frequenz- bzw. Abszissenbereich von 1,5 bis 0,5 ppm in einem NMR-1H-Spektrum sein, in dem die Methyl- und Methylenpeaks der im Blut vorhandenen Lipoproteinkomponenten liegen.As a result, it may be possible, for example, for a frequency range to be selected from the N measured spectra, which is particularly suitable for analyzing the lipoprotein components contained in the lipoprotein mixture. The frequency range can be particularly suitable if only lipoprotein components contribute to the measurement spectra in this frequency range or if the contribution of non-lipoprotein components in this frequency range is negligibly small. Furthermore, the frequency range may be particularly suitable if a known number of lipoprotein components contribute to the measurement spectra in this frequency range. Particularly suitable for identifying lipoprotein components in a lipoprotein mixture may be, for example, a frequency or abscissa range of 1.5 to 0.5 ppm in an NMR 1 H spectrum in which the methyl and methylene peaks of the lipoprotein components present in the blood are present ,

Die N Messspektren können bei N verschiedenen Messbedingungen aufgenommen werden, die durch N Variationen zumindest eines oder mehrerer Messparameter eingestellt werden können. Durch die Variation des einen oder der mehreren Messparameter kann es möglich sein, dass der jeweilige Beitrag der oben beschriebenen NMR-Signale der Atome der einzelnen Lipoproteinkomponenten zu den N Messspektren unterschiedlich groß sein kann, so dass die N Messspektren N verschiedenen Überlagerungen der Spektren der im Lipoproteingemisch enthaltenen Lipoproteinkomponenten entsprechen. Der Messparameter kann dabei beispielsweise die Magnetfeldstärke und/oder ein Magnetfeldgradient des konstanten, statischen Magnetfelds sein. Ein Magnetfeldgradient kann dabei einen linearen Gradienten und/oder einen Gradienten höherer Ordnung, etwa einen quadratischen Gradienten, aufweisen oder ein solcher sein. Weiterhin kann der Gradient longitudinal zum statischen, konstanten Magnetfeld, also entlang der Richtung des statischen, konstanten Magnetfeldes, oder transversal zu diesem sein.The N measurement spectra can be performed at N different measurement conditions be recorded by N variations of at least one or several measurement parameters can be set. By the variation of the one or more measurement parameters may be be possible that the respective contribution of the above NMR signals of the atoms of the individual lipoprotein components to the N measurement spectra can be different in size, so that the N measurement spectra N different superimpositions of the spectra correspond to the lipoprotein components contained in the lipoprotein mixture. The measurement parameter can be, for example, the magnetic field strength and / or a magnetic field gradient of the constant, static magnetic field. A magnetic field gradient can be a linear gradient and / or a higher-order gradient, such as a quadratic one Gradients, or be such. Furthermore, the Gradient longitudinal to the static, constant magnetic field, so along the direction of the static, constant magnetic field, or be transversal to this.

Weiterhin kann der zu variierende Messparameter die Magnetfeldstärke und/oder ein Magnetfeldgradient des oszillierenden Magnetfelds sein, dessen Oszillationsfrequenz und/oder dessen Pulsdauer. Weiterhin kann der Messparameter eine Temperatur sein, die während der N Messungen bei den N verschiedenen Messbedingungen variiert wird. Darüber hinaus kann der Messparameter die Konzentration eines Bestandteils des Lipoproteingemischs sein, etwa ein Lösungsmittel wie zum Beispiel Wasser. Durch unterschiedliche Mengen von Lösungsmittelzugaben können das Lipoproteingemisch und damit die darin enthaltenen Lipoproteinkomponenten und/oder Nicht-Lipoprotein-Komponenten unterschiedlich stark verdünnt werden.Farther the measuring parameter to be varied can be the magnetic field strength and / or a magnetic field gradient of the oscillating magnetic field, its oscillation frequency and / or its pulse duration. Furthermore, can the measurement parameter is a temperature that is during the N measurements are varied at the N different measurement conditions. In addition, the measurement parameter can be the concentration a component of the lipoprotein mixture, such as a solvent such as water. By varying amounts of solvent additions can the lipoprotein mixture and thus the contained therein Lipoprotein components and / or non-lipoprotein components differ be heavily diluted.

Besonders bevorzugt kann zur Einstellung der N verschiedenen Messbedingungen ein statischer, konstanter Magnetfeldgradient des statischen, konstanten Magnetfeldes variiert werden. Dadurch kann eine reproduzierbare Einstellung der N Messbedingungen ermöglicht werden.Especially it is preferable to set the N different measurement conditions a static, constant magnetic field gradient of the static, constant Magnetic field can be varied. This can be a reproducible Setting the N measurement conditions are enabled.

Als Modell für die N Messspektren kann im einfachsten Fall jeweils eine lineare Überlagerung der zugrunde liegenden charakteristischen Spektren der im zu analysierenden Lipoproteingemisch enthaltenen Lipoproteinkomponenten und Nicht-Lipoprotein-Komponenten angenommen werden. Mittels des hierin beschriebenen Verfahrens kann es möglich sein, Quellspektren und Mischparameter aus den Messspektren zu ermitteln, wobei jeweils bis auf einen Proportionalitätsfaktor die Quellspektren an die vorab unbekannten charakteristischen Spektren der Lipoproteinkomponenten und der Nicht-Lipoprotein-Komponenten im Lipoproteingemisch und die Mischparameter an die vorab unbekannten zugrunde liegenden Überlagerungsprozesse angenähert werden können. Da die charakteristischen Spektren sowie die zugrunde liegenden Überlagerungsprozesse unbekannt sind, kann das Verfahren Merkmale von Methoden der blinden Quellenseparation („blind source separation”, BSS) umfassen und weiterhin Merkmale informationstheoretischer Verfahren aufweisen, die die Analyse der aufgenommenen Messspektren hinsichtlich der zu bestimmenden Quellspektren erlauben. BSS-Methoden bedienen sich üblicherweise eines als „independent component analysis” (ICA) bezeichneten statistischen Verfahrens, das auf informationstheoretischen Prinzipien beruht. Um eine, bis auf Permutationen und Skalierungen, eindeutige Lösung zu ermöglichen, ist es bei BSS-Methoden allgemein erforderlich, zusätzliche Annahmen und/oder Kenntnisse über die Eigenschaften der charakteristischen Spektren und/oder der Mischprozesse dem Verfahren zugrunde zu legen. Häufig wird die Annahme zugrunde gelegt, dass die zugehörigen Quellspektren statistisch unabhängig sein sollen.As a model for the N measurement spectra, in the simplest case a linear superposition of the underlying characteristic spectra of the lipoprotein components and non-lipoprotein components contained in the lipoprotein mixture to be analyzed can be assumed in each case. By means of the method described herein, it may be possible to determine source spectra and mixing parameters from the measurement spectra, each with the exception of a proportionality factor, the source spectra of the previously unknown characteristic spectra of the lipoprotein components and the non-lipoprotein components in the lipoprotein mixture and the mixing parameters to the pre unknown underlying overlay processes can be approached. Since the characteristic spectra and the underlying superposition processes are unknown, the method may include features of blind source separation (BSS) and further features of information-theoretical methods that allow the analysis of the recorded measurement spectra with regard to the source spectra to be determined , BSS methods usually use a statistical method called "independent component analysis" (ICA), which is based on information theory principles. In order to provide a clear solution except for permutations and scaling, BSS methods generally require that additional assumptions and / or knowledge about the characteristics of the characteristic spectra and / or the mixing processes be used as a basis for the method. It is often assumed that the associated source spectra should be statistically independent.

Bei dem hier beschriebenen Verfahren müssen die zugrunde liegenden charakteristischen Spektren nicht statistisch unabhängig sein. Vielmehr wird die Randbedingung zugrunde gelegt, dass die zugrunde liegenden charakteristischen Spektren und damit auch die zu ermittelnden Quellspektren sparsam kodiert sind. Somit kann in dem hier beschriebenen Verfahren die sparsame Kodierung der Quellspektren und damit auch die sparsame Kodierung der Überlagerungsmatrix ausgenutzt werden, um das BSS-Problem der Zerlegung der Messspektren in die ihnen zugrunde liegenden Quellspektren ohne weiteres Vorwissen bzw. ohne zusätzliche, meist aufwändige Experimente wie etwa multidimensionale NMR-Spektroskopie, zu lösen.at The method described here must be the underlying characteristic spectra not statistically independent be. Rather, it is based on the boundary condition that the underlying characteristic spectra and thus the to be determined source spectra are economically coded. Thus, in The method described here, the economical coding of the source spectra and thus also the economical coding of the overlay matrix be exploited to solve the BSS problem of decomposing the measurement spectra into their underlying source spectra without further prior knowledge or without additional, usually elaborate experiments such as multidimensional NMR spectroscopy.

Die Sparsamkeit oder sparsame Kodierung σ(h) eines Vektors h mit M Vektorkomponenten kann durch folgende Gleichung gegeben sein:

Figure 00100001
wobei ||h||i mit i = 1, 2 die Li-Norm des Vektors h ist. Die L1-Norm des Vektors h ist dabei die Summe der Beträge der M Vektorkomponenten des Vektors h, also
Figure 00100002
wobei hi die Vektorkomponenten von h sind, während die L2-Norm des Vektors h die Wurzel aus der Summe der Quadrate der M Vektorkomponenten hi des Vektors h ist, also
Figure 00100003
Aus Gleichung (1) ergibt sich, dass σ(h) ≤ 1, wobei die Sparsamkeit des The economy or economical coding σ (h) of a vector h with M vector components can be given by the following equation:
Figure 00100001
where || h || i with i = 1, 2 is the L i -norm of the vector h. The L 1 -norm of the vector h is the sum of the amounts of the M vector components of the vector h, ie
Figure 00100002
where h i are the vector components of h, while the L 2 -norm of the vector h is the root of the sum of the squares of the M vector components h i of the vector h, ie
Figure 00100003
From equation (1) it follows that σ (h) ≤ 1, where the economy of the

Vektors h umso größer ist, je näher σ(h) am Wert 1 liegt. Insbesondere ist σ(h) = 1, wenn der Vektor h nur eine Vektorkomponente aufweist, die ungleich 0 ist. Weiterhin kann die Randbedingung der sparsamen Kodierung im hier beschriebenen Verfahren zusätzlich bedeuten, dass die Komponenten eines sparsam kodierten Vektors h größer oder gleich 0 sind, das heißt, dass der Vektor positiv semi-definit ist. Darüber hinaus kann sparsame Kodierung bedeuten, dass ein Großteil der Komponenten des Vektors h gleich 0 sind oder lediglich kleine Rauschamplituden aufweisen. Für das im Folgenden beschrieben Verfahren kann eine sparsame Kodierung der Quellspektren auch bedeuten, dass die Amplitudenwerte der Quellspektren in weiten Spektralbereichen gleich 0 sind oder lediglich kleine Rauschamplituden aufweisen.vector h is greater, the closer σ (h) is at the value 1. In particular, σ (h) = 1 when the vector h has only one vector component which is not equal to 0. Farther can be the boundary condition of the economical coding in the here described Process additionally mean that the components of a sparingly encoded vector h greater than or equal to 0, that is, the vector is positive semi-definite is. In addition, economical coding can mean that a majority of the components of the vector h are equal to 0 or only small noise amplitudes. For the The procedure described below can be an economical coding The source spectra also mean that the amplitude values of the source spectra in wide spectral ranges are equal to 0 or only small ones Have noise amplitudes.

Nach Aufnahme der N Messspektren mit jeweils M Messpunkten kann im Schritt B des hier beschriebenen Verfahrens eine Matrix X bereitgestellt werden, die jeweils ein Messspektrum in einer Zeile aufweist. Das kann bedeuten, dass die Vektorkomponenten des ersten Zeilenvektors der Matrix X durch die M Messpunkte eines ersten der N Messspektren gebildet werden, die Vektorkomponenten des zweiten Zeilenvektors der Matrix X durch die M Messpunkte eines zweiten der N Messspektren usw., so dass die Matrix X eine (N×M)-Matrix mit N Zeilen und M Spalten ist. Dabei kann die Zuordnung der N Zeilen der Matrix X zu den N Messspektren beliebig sein und muss nicht der Reihenfolge entsprechen, in der die N Messspektren aufgenommen wurden.To Recording of the N measurement spectra with each M measurement points can be done in step B of the method described here, a matrix X is provided each having a measurement spectrum in a row. The may mean that the vector components of the first row vector of the matrix X by the M measurement points of a first of the N measurement spectra are formed, the vector components of the second row vector of Matrix X through the M measurement points of a second of the N measurement spectra etc., so that the matrix X is an (N × M) matrix of N rows and M columns. In this case, the assignment of the N rows of the matrix X be arbitrary to the N measurement spectra and does not have the order in which the N measurement spectra were recorded.

Im Folgenden werden die Verfahrensschritte B und C nur ausgehend von der vorab beschriebenen Matrix X mit den N Messspektren als Zeilenvektoren von X beschrieben. Alternativ dazu kann die Matrix X aber auch derart bereitgestellt werden, dass jeweils eines der N Messspektren einen Spaltenvektor der Matrix X bildet, so dass im Vergleich zur oben genannten Matrix X, bei der die N Messspektren die Zeilenvektoren der Matrix X bilden, eine dazu transponierte Matrix bereitgestellt wird. In der nachfolgenden Beschreibung sind in diesem Fall dann nach den bekannten Regeln der Matrizenrechnung für transponierte Matrizen und Matrizengleichungen Zeilen und Spalten in den beschriebenen Matrizen sowie die Reihenfolge von Matrizen als Faktoren in Matrixprodukten zu vertauschen.In the following, the method steps B and C are described only as starting from the previously described matrix X with the N measurement spectra as row vectors of X. Alternatively, however, the matrix X can also be provided such that in each case one of the N measurement spectra forms a column vector of the matrix X. det, so that in comparison with the above-mentioned matrix X, in which the N measurement spectra form the row vectors of the matrix X, a matrix transposed thereto is provided. In the following description, in this case, according to the known rules of matrix calculation for transposed matrices and matrix equations, rows and columns in the described matrices as well as the order of matrices as factors in matrix products are to be exchanged.

Im Verfahrensschritt B kann die Quellspektrenmatrix H mit L Zeilen bereitgestellt werden, wobei jede Zeile der Quellspektrenmatrix H eines der L Quellspektren mit jeweils M Punkten repräsentieren kann. Die Mischmatrix W kann L Spaltenvektoren mit jeweils N Mischparametern als Vektorkomponenten aufweisen, wobei der Mischparameter in der I-ten Spalte mit 1 ≤ 1 ≤ L und in der n-ten Zeile mit 1 ≤ n ≤ N den Beitrag des l-ten Quellspektrums zum n-ten Messspektrum repräsentieren kann.in the Method step B can be the source spectrum matrix H with L rows be provided with each row of the source spectrum matrix H represent one of the L source spectra with M points each can. The mixed matrix W can be L column vectors, each with N mixing parameters as vector components, wherein the mixing parameter in the I-th column with 1 ≤ 1 ≤ L and in the nth row with 1 ≤ n ≤ N, the contribution of the l-th source spectrum can represent the nth measurement spectrum.

Insbesondere kann im Schritt B die Anzahl der L Quellspektren mit L < N oder L = N gewählt werden. Das kann bedeuten, dass im Fall von L = N im Verfahrensschritt C ebenso viele Quellspektren bestimmbar sind wie Messspektren im Schritt A aufgenommen werden. Im Fall von L < N werden im Vergleich zu den im Schritt C zu bestimmenden Quellspektren im Schritt A mehr Messspektren aufgenommen. Insbesondere kann es für den Verfahrensschritt C notwendig sein, dass mindestens so viele Messspektren im Schritt A aufgenommen werden wie Quellspektren im Schritt C bestimmt werden sollen.Especially In step B, the number of L source spectra with L <N or L = N can be selected become. This may mean that in the case of L = N in the process step C as many source spectra are determinable as measuring spectra in Step A will be recorded. In the case of L <N, compared to those in step C to be determined source spectra recorded in step A more spectra. In particular, it may be necessary for method step C. be that at least as many measurement spectra are recorded in step A. How to determine source spectra in step C.

Im Schritt B können die jeweils M zufälligen, nicht-negativen Quellspektrumspunkte eines jeden der L Quellspektren so gewählt werden, dass jedes der bereitgestellten L Quellspektren, also jeder der L Zeilenvektoren der Matrix H, eine Sparsamkeit von größer oder gleich 0,7, bevorzugt größer oder gleich 0,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,9 aufweist. Dabei können die Sparsamkeiten der L Quellspektren jeweils gleich oder verschieden sein. Insbesondere können die jeweils M Quellspektrumspunkte der L Quellspektren derart zufällig und nicht-negativ gewählt werden, dass für die Sparsamkeiten gemäß Gleichung (1) der L Quellspektren gilt σ(h1) ≤ σ(h2) ≤ ... ≤ σ(hL), (2)das heißt, dass die Sparsamkeit des ersten Zeilenvektors h1 kleiner oder gleich der Sparsamkeit des zweiten Zeilenvektors h2 ist, die Sparsamkeit des zweiten Zeilenvektors h2 kleiner oder gleich der Sparsamkeit des dritten Zeilenvektors h3 usw. Die Wahl einer hohen Sparsamkeit der Quellspektren der Matrix H, also einer wie oben genannten Sparsamkeit, kann einen wesentlichen Bestandteil des hier beschriebenen Verfahrens darstellen. Gerade dadurch kann die Vorgabe weiterer Randbedingungen für den Verfahrensschritt C nicht mehr nötig sein, so dass sich eine hohe Flexibilität und Leistungsfähigkeit des hier beschriebenen Verfahrens ergeben kann.In step B, each M random, non-negative source spectrum points of each of the L source spectra can be chosen so that each of the provided L source spectra, ie each of the L row vectors of the matrix H, a parsimony of greater than or equal to 0.7, preferably greater or equal to 0.8 and more preferably greater than or equal to 0.9. The economies of the L source spectra may be the same or different. In particular, the respective M source spectral points of the L source spectra can be selected in such a random and non-negative manner that the same applies to the economy according to equation (1) of the L source spectra σ (h 1 ) ≤ σ (h 2 ) ≤ ... ≤ σ (h L (2) that is, the economy of the first row vector h 1 is less than or equal to the economy of the second row vector h 2 , the economy of the second row vector h 2 is less than or equal to the economy of the third row vector h 3 , etc. The choice of a high economy of the source spectra of Matrix H, which is a thrift as mentioned above, can be an integral part of the process described here. Precisely because of this, the specification of further boundary conditions for method step C may no longer be necessary so that a high flexibility and performance of the method described here can result.

Weiterhin können im Schritt B auch die N Vektorkomponenten der L Spaltenvektoren der Mischmatrix W derart zufällig und nicht-negativ gewählt werden, dass jeder der L Spaltenvektoren eine Sparsamkeit von größer oder gleich 0,7, bevorzugt größer oder gleich 0,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,90 aufweist. Dabei können auch die Sparsamkeiten der L Spaltenvektoren von W jeweils gleich oder verschieden sein.Farther In step B, the N vector components of L can also be used Column vectors of the mixed matrix W such random and non-negative be chosen that each of the L column vectors a thrift greater than or equal to 0.7, preferably greater or equal to 0.8 and more preferably greater or equal to 0.90. It can also the austerity each of the L column vectors of W is the same or different.

Dabei enthalten die bereitgestellten Matrizen W und H bis auf die angenommenen Sparsamkeiten noch keinerlei Informationen über die tatsächlichen, zugrunde liegenden charakteristischen Spektren beziehungsweise die den Messspektren tatsächlichen, zugrunde liegenden Mischungsparamter beziehungsweise Mischungsmechanismen.there contain the provided matrices W and H except for the assumed ones Frugality does not have any information about the actual, underlying characteristic spectra or the the measurement spectra actual, underlying mixing parameters or mixing mechanisms.

Durch die Wahl gleicher Sparsamkeiten für die L Quellspektren von H und/oder die L Spaltenvektoren von W kann der benötigte Aufwand, beispielsweise hinsichtlich Rechenleistung und/oder Rechenzeit, des Verfahrensschritt C für erste Annäherungsschritte des Matrixprodukts WH an die Messspektrenmatrix X im Vergleich zu gewählten verschiedenen Sparsamkeiten klein gehalten werden. Demgegenüber kann die Wahl von verschiedenen Sparsamkeiten die Flexibilität des Annäherungsverfahrens im Schritt C im Vergleich zu gleich gewählten Sparsamkeiten erhöhen.By the choice of equal savings for the L source spectra of H and / or the L column vectors of W may be the one needed Effort, for example, in terms of computing power and / or computing time, of step C for first approximation steps of the matrix product WH to the measurement spectra matrix X in comparison to chosen different economies are kept small. In contrast, the choice of different economies the flexibility of the approximation process in the Step C compared to the same thrift increase.

Dem Verfahren liegt weiterhin die Überlegung zugrunde, dass die charakteristischen Spektren der Lipoproteinkomponenten bzw. der Lipoproteinkomponenten und Nicht-Lipoprotein-Komponenten in Form einer unbekannten und zumindest vor dem Bestimmungsverfahren noch nicht bekannten Matrix S ausgedrückt werden können, wobei jedes der angenommenen L charakteristischen Spektren der Lipoproteinkomponenten bzw. Lipoproteinkomponenten und Nicht-Lipoprotein-Komponenten einen Zeilenvektor der Matrix S mit jeweils M Vektorkomponenten, das heißt mit M Spektrumspunkten, bildet. Die durch die N Messbedingungen hervorgerufenen Überlagerungen der L charakteristischen Spektren können durch eine weitere unbekannte Matrix A repräsentiert werden, wobei jeder der 1 Spaltenvektoren der Matrix A mit 1 ≤ 1 ≤ L jeweils N Komponenten aufweist und jeweils den Beitrag des l-ten charakteristischen Spektrums der Matrix S zu den N Messspektren angibt. Die Matrix X kann damit als Matrixprodukt der unbekannten Matrizen A und S mit X = AS (3)ausgedrückt werden. Das hier beschriebene Verfahren kann geeignet sein, durch nicht-negative Matrixfaktorisierung das Matrixprodukt WH an die Messspektrenmatrix X anzunähern, also WH → X, (4)wobei die im Schritt B bereitgestellte Quellspektrenmatrix H bis auf eine beliebige Skalierungsmatrix an die unbekannte Matrix S angenährt werden kann und weiterhin die bereitgestellte Matrix W bis auf eine beliebige Permutations- und Skalierungsmatrix an die unbekannte Matrix A angenährt werden kann, so dass die Matrizen W und H im Wesentlichen, das kann bedeuten bis auf Permutationen und/oder Skalierungen, jeweils gleich zu den unbekannten Matrizen A und S sein können. Dadurch kann es möglich sein, durch das Verfahren nicht nur die L Quellspektren zu ermitteln sondern auch noch zusätzlich die N×L Mischparameter der Matrix W zu bestimmen. Dadurch können die relativen Beiträge der einzelnen Quellspektren zu den Messspektren bestimmbar sein, wodurch es möglich sein kann, Rückschlüsse auf die den Messspektren zugrunde liegenden Mischungsmechanismen bezüglich der zugrunde liegenden charakteristischen Spektren zu ziehen.The method is further based on the consideration that the characteristic spectra of the lipoprotein components or of the lipoprotein components and non-lipoprotein components can be expressed in the form of an unknown and at least prior to the determination method not yet known matrix S, wherein each of the assumed L characteristic spectra of the Lipoprotein components or lipoprotein components and non-lipoprotein components a row vector of the matrix S, respectively M vector components, ie with M spectrum points forms. The superimpositions of the L characteristic spectra caused by the N measurement conditions can be represented by another unknown matrix A, wherein each of the 1 column vectors of the matrix A with 1 ≦ 1 ≦ L each have N components and respectively the contribution of the lth characteristic spectrum of the Indicates matrix S to the N measurement spectra. The matrix X can thus be used as the matrix product of the unknown matrices A and S X = AS (3) be expressed. The method described here may be suitable for approximating the matrix product WH to the measurement spectra matrix X by non-negative matrix factorization, ie WH → X, (4) wherein the source spectrum matrix H provided in step B can be approximated to the unknown matrix S up to an arbitrary scaling matrix and furthermore the provided matrix W can be approximated to the unknown matrix A up to an arbitrary permutation and scaling matrix, so that the matrices W and In essence, this may mean, except for permutations and / or scaling, each equal to the unknown matrices A and S. As a result, it may be possible to determine not only the L source spectra by the method but also additionally to determine the N × L mixing parameters of the matrix W. As a result, the relative contributions of the individual source spectra to the measurement spectra can be determinable, which makes it possible to draw conclusions about the mixing mechanisms underlying the measurement spectra with respect to the underlying characteristic spectra.

Die Annäherung des Matrixprodukts WH im Verfahrensschritt C an die Messspektrenmatrix X kann bedeuten, dass ein Maß für den Unterschied zwischen WH und X minimiert wird. Ein derartiges Maß kann durch eine Kostenfunktion K gegeben sein, die beispielsweise die L2-Norm der Differenz aus X und WH sein kann, also K = ||X – WH||2. (5) The approximation of the matrix product WH in method step C to the measurement spectra matrix X may mean that a measure of the difference between WH and X is minimized. Such a measure can be given by a cost function K, which can be, for example, the L 2 -norm of the difference between X and WH, ie K = || X - WH || 2 , (5)

Alternativ kann die Kostenfunktion auch eine auf einer relativen Entropie basierende Norm wie etwa die Kullback-Leibler-Divergenz sein:

Figure 00150001
wobei xn,m das Matrixelement in der n-ten Zeile und der m-ten Spalte von X ist und whn,m das Element in der n-ten Zeile und in der m-ten Spalte der durch das Matrixprodukt aus W und H gegebenen Matrix WH ist.Alternatively, the cost function may also be a relative entropy-based norm, such as the Kullback-Leibler divergence:
Figure 00150001
where x n, m is the matrix element in the n-th row and the m-th column of X and wh n, m is the element in the n-th row and in the m-th column of the matrix product of W and H given matrix WH is.

Dabei kann die Annäherung des Matrixprodukts WH an die Messspektrenmatrix X für die Zuordnung der aus Schritt C erhaltenen Matrix H mit den L Quellspektren zu bekannten Spektren vom Lipoproteinkomponenten im Schritt D ausreichend sein, wenn die Kostenfunktion K einen ausreichend kleinen Wert erreicht, also wenn gilt: K ≤ ε, (7)wobei ε eine Schranke ist, die kleiner oder gleich 10–4 sein kann, bevorzugt kleiner oder gleich 10–5 und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10–6. Die Schranke ε kann dabei ein Abbruchkriterium für das Annäherungsverfahren im Verfahrensschritt C bedeuten, bei dem das Maß für den Unterschied zwischen WH und X im obigen Sinne minimiert ist. Mit anderen Worten kann für K ≤ ε das Matrixprodukt aus W und H ausreichend nah an X konvergiert sein, so dass eine Identifikation und/oder einer Quantifizierung der Lipoproteinkomponenten bzw. Lipoproteinkomponenten und Nicht-Lipoprotein-Komponenten aus den L Quellspektren im Schritt D möglich sein kann.In this case, the approximation of the matrix product WH to the measurement spectra matrix X for the assignment of the matrix H obtained from step C with the L source spectra to known spectra of the lipoprotein components in step D may be sufficient if the cost function K reaches a sufficiently small value, that is to say: K ≤ ε, (7) where ε is a barrier which may be less than or equal to 10 -4 , preferably less than or equal to 10 -5 and particularly preferably less than or equal to 10 -6 . The barrier ε can mean a termination criterion for the approximation method in method step C, in which the measure for the difference between WH and X in the above sense is minimized. In other words, for K ≦ ε, the matrix product of W and H may be converged sufficiently close to X that identification and / or quantification of the lipoprotein components or lipoprotein components and non-lipoprotein components from the L source spectra in step D may be possible can.

Aus den durch den Schritt C bestimmbaren Quellspektren können zusätzlich zur reinen Identifizierung von Lipoproteinkomponenten durch Zuordnung zu bekannten Spektren auch die Konzentrationen der im Lipoproteingemisch enthaltenen Lipoproteinkomponenten bestimmbar sein, beispielsweise über Amplituden von Resonanzlinien, die in den angenäherten Quellspektren enthalten sind. Dazu kann es erforderlich sein, dass das Lipoproteingemisch eine Referenzkomponente enthält, deren Konzentration im Lipoproteingemisch bekannt ist und die in Schritt D aus einem der ermittelten Quellspektren identifizierbar ist. Die Referenzkomponente kann dabei vor dem Verfahrensschritt A dem Lipoproteingemisch zugegeben sein oder eine Lipoproteinkomponente oder Nicht-Lipoprotein-Komponente des Lipoproteingemischs sein.In addition to the pure identification of lipoprotein components by assignment to known spectra, the concentrations of the lipoprotein components contained in the lipoprotein mixture can be determinable from the source spectra determinable by step C, for example via amplitudes of resonance lines contained in the approximated source spectra. For this purpose, it may be necessary for the lipoprotein mixture to contain a reference component whose concentration in the lipoprotein mixture is known and which can be identified in step D from one of the determined source spectra. The reference comp It may be added before the process step A the lipoprotein mixture or be a lipoprotein or non-lipoprotein component of the Lipoproteingemischs.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Datenverarbeitungsanlage beschrieben, die zumindest Teilschritte des hier beschriebenen Verfahrens durchführen kann. Beispielsweise können die Fourier-Transformation des Verfahrensschritts A und/oder die Verfahrensschritte B und C dabei in einer geeigneten Datenverarbeitungsanlage, etwa einer digitalen Datenverarbeitungsanlage wie etwa einem Personal Computer (PC) durchgeführt werden. Ebenso kann die Zuordnung der aus dem Schritt C erhaltenen L Quellspektren in der Datenverarbeitungsanlage durchgeführt werden. Alternativ können auch für einen oder mehrere Verfahrensschritte eine oder mehrere spezifisch geeignete Datenverarbeitungsanlagen bereitgestellt werden, wobei die mehreren Datenverarbeitungsanlagen geeignet sein können, untereinander Daten auszutauschen.According to one Another embodiment is a data processing system described at least part of the steps described herein can perform. For example, the Fourier transform of the method step A and / or the method steps B and C. doing so in a suitable data processing system, such as a digital Data processing system such as a personal computer (PC) performed become. Likewise, the assignment of those obtained from step C. L source spectra performed in the data processing system become. Alternatively, for one or several process steps one or more specifically suitable Data processing systems are provided, wherein the plurality Data processing systems may be suitable to one another Exchange data.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 6E beschriebenen Ausführungsbeispielen.Further advantages and advantageous embodiments and developments of the method will become apparent from the following in connection with the 1A to 6E described embodiments.

Es zeigen:It demonstrate:

1 verschiedene eindimensionale NMR-1H-Spektren einer Blutplasma-Probe mit und ohne Magnetfeldgradienten, 1 various one-dimensional NMR 1 H spectra of a blood plasma sample with and without magnetic field gradient,

2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, 2 a schematic representation of a method according to an embodiment,

3A und 3B schematische Darstellungen von Verfahren gemäß weiterer Ausführungsbeispiele, 3A and 3B schematic representations of methods according to further embodiments,

4A bis 4C eine Simulation von künstlichen NMR-Datensätzen, die mittels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel analysiert werden. 4A to 4C a simulation of artificial NMR data sets, which are analyzed by a method according to an embodiment.

1 zeigt rein beispielhaft mehrere eindimensionale NMR-Spektren von 1H-Kernen in einer als zu analysierendes Lipoproteingemisch bereitgestellten Blutplasma-Probe bei verschiedenen Messbedingungen. Die verschiedenen Messbedingungen entsprechen dabei verschiedenen Magnetfeldgradienten, in denen die Blutplasma-Probe zusätzlich zu einen statischen, konstanten Magnetfeld angeordnet war. Dabei zeigt die horizontale x-Achse die chemische Verschiebung in ppm und die vertikale y-Achse die Intensität der NMR-Signale in beliebigen Einheiten. 1 purely by way of example shows several one-dimensional NMR spectra of 1 H nuclei in a blood plasma sample provided as a lipoprotein mixture to be analyzed under different measurement conditions. The different measurement conditions correspond to different magnetic field gradients, in which the blood plasma sample was arranged in addition to a static, constant magnetic field. The horizontal x-axis shows the chemical shift in ppm and the vertical y-axis the intensity of the NMR signals in arbitrary units.

Das mit 101 bezeichnete eindimensionale NMR-Messspektrum wurde ohne Magnetfeldgradienten aufgenommen. Das Messspektrum 101 repräsentiert dabei eine Überlagerung der NMR-Signale der in der Blutplasma-Probe enthaltenen Lipoproteinkomponenten und Nicht-Lipoprotein-Komponenten. Die typischen Linienbreiten der Magnetresonanzsignale (Peaks) sind etwa 0,05 bis 0,08 ppm. Die mit 102 und 103 bezeichneten Messspektren wurden mit von 102 zu 103 steigenden Magnetfeldgradienten aufgenommen. Man erkennt, dass bei steigenden Magnetfeldgradienten die Peaks unterschiedlich stark abgeschwächt werden, was den unterschiedlichen Diffusionseigenschaften der zugehörigen Lipoproteinkomponenten und Nicht-Lipoprotein-Komponenten in der Blutplasma-Probe und damit verbunden der unterschiedlichen jeweiligen Mittelung des Magnetfeldgradienten entspricht.That with 101 designated one-dimensional NMR spectrum was recorded without magnetic field gradients. The measuring spectrum 101 represents a superimposition of the NMR signals of the lipoprotein components and non-lipoprotein components contained in the blood plasma sample. The typical linewidths of the magnetic resonance signals (peaks) are about 0.05 to 0.08 ppm. With 102 and 103 designated measuring spectra were with by 102 to 103 recorded increasing magnetic field gradients. It can be seen that with increasing magnetic field gradients the peaks are attenuated to different degrees, which corresponds to the different diffusion properties of the associated lipoprotein components and non-lipoprotein components in the blood plasma sample and, associated therewith, the different respective averaging of the magnetic field gradient.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung von Lipoproteinkomponenten in einem zu analysierenden Lipoproteingemisch gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Lipoproteingemisch ist dabei rein beispielhaft wie oben genannt eine Blutplasma-Probe. Dabei wird in einem mit 10 gekennzeichneten Verfahrensschritt A eine Mehrzahl von N > 1 Messspektren aufgenommen. Dazu werden entsprechend der im allgemeinen Teil beschriebenen NMR-Technik FID-Spektren aufgenommen, mittels eines Analog-zu-Digital-Konverters (ADC) digitalisiert und mittels einer diskreten Fourier-Transformation in Messspektren im Frequenzraum, wie beispielhaft in 1 gezeigt, transformiert. Jedes der N Messspektren weist dabei M Messpunkte auf, die sich aus der Auflösung des ADC-Konverters sowie aus den Randbedingungen der Fourier-Transformation ergeben. Eine typische Anzahl M von Messpunkten kann 32768 sein bei einer Auflösung von 0,37 Hz/Messpunkt. Die Anzahl N der derart aufgenommenen Messspektren entspricht mindestens der Anzahl der zu bestimmenden Lipoproteinkomponenten und/oder Nicht-Lipoprotein-Komponenten im Lipoproteingemisch. 2 shows a schematic representation of a method for the determination of lipoprotein components in a lipoprotein mixture to be analyzed according to an embodiment. The lipoprotein mixture is purely exemplary, as mentioned above, a blood plasma sample. It is in a with 10 labeled method step A a plurality of N> 1 measurement spectra recorded. For this purpose, FID spectra are recorded according to the NMR technique described in the general part, digitized by means of an analog-to-digital converter (ADC) and by means of a discrete Fourier transform in measurement spectra in the frequency domain, as exemplified in 1 shown, transformed. Each of the N measurement spectra has M measurement points resulting from the resolution of the ADC converter and from the boundary conditions of the Fourier transformation. A typical number M of measurement points may be 32768 at a resolution of 0.37 Hz / measurement point. The number N of the measurement spectra recorded in this way corresponds at least to the number of lipoprotein components to be determined and / or non-lipoprotein components in the lipoprotein mixture.

In einem weiteren, in 2 mit 20 bezeichneten Verfahrensschritt B wird eine Messspektrenmatrix X mit N×M Matrixelementen bereitgestellt, bei der jeder der N Zeilenvektoren der Messspektrenmatrix X durch jeweils eines der N Messspektren mit jeweils M Messpunkten gebildet wird. Weiterhin wird im Verfahrensschritt B eine Quellspektrenmatrix H mit L Quellspektren als Zeilenvektoren bereitgestellt, wobei die L Quellspektren jeweils M zufällige, nicht-negative Quellspektrumspunkte aufweisen. Weiterhin wird eine Mischmatrix W mit N×L zufälligen, nicht-negativen Mischparametern bereitgestellt. Die Anzahl L der Quellspektren entspricht dabei der Anzahl der zu bestimmenden Lipoproteinkomponenten und Nicht-Lipoprotein-Komponenten in dem Lipoproteingemisch, wobei L kleiner oder gleich N ist.In another, in 2 With 20 designated method step B, a measurement spectra matrix X with N × M matrix elements is provided in which each of the N row vectors of the measurement spectra matrix X by in each case one of the N measurement spectra is formed with in each case M measurement points. Furthermore, in method step B, a source spectrum matrix H with L source spectra is provided as row vectors, the L source spectra each having M random, non-negative source spectral points. Furthermore, a mixed matrix W with N × L random, non-negative mixing parameters is provided. The number L of the source spectra corresponds to the number of lipoprotein components to be determined and non-lipoprotein components in the lipoprotein mixture, where L is less than or equal to N.

In einem weiteren, in der 2 mit 30 bezeichneten Verfahrensschritt C werden die L Quellspektren dadurch bestimmt, dass das Matrixprodukt aus W und H an die Messspektrenmatrix X mittels eines nicht-negativen Matrixfaktorisierungsverfahrens (NMF-Verfahren) angenähert wird. Dabei können die L Spaltenvektoren der Mischmatrix W als Basisvektoren eines Basissystems interpretiert werden und die L Zeilenvektoren von H entsprechend die Entwicklungskoeffizienten in der durch W angenommenen Basis. Das NMF-Verfahren ist dabei ein Optimierungsverfahren, das unter der zusätzlichen Randbedingung gelöst wird, dass die L Quellspektren, also die L Zeilenvektoren der Matrix H sparsam kodiert sind. Die Sparsamkeit ergibt sich dabei aus Gleichung (1).In another, in the 2 With 30 method step C, the L source spectra are determined by approximating the matrix product of W and H to the measurement spectra matrix X by means of a non-negative matrix factorization method (NMF method). In this case, the L column vectors of the mixed matrix W can be interpreted as basis vectors of a basic system and the L row vectors of H correspondingly the development coefficients in the base assumed by W. The NMF method is an optimization method which is solved under the additional boundary condition that the L source spectra, that is to say the L row vectors of the matrix H, are economically coded. The economy results from equation (1).

Diese Randbedingung kann notwendig sein, damit das Optimierungsverfahren eindeutig lösbar ist. Daher werden im Verfahrensschritt B die L Quellspektren jeweils mit einer Sparsamkeit von 0,9 bereitgestellt. Um eine große Flexibilität des NMF-Verfahrens im Verfahrensschritt C zu erreichen, können die jeweiligen Sparsamkeiten der L Quellspektren auch verschieden sein.These Boundary condition may be necessary for the optimization procedure is clearly solvable. Therefore, in the process step B provided the L source spectra, each with 0.9 economy. Around a great flexibility of the NMF method in the To achieve process step C, the respective economies The L source spectra may also be different.

In einem weiteren, in der 2 mit 40 bezeichneten Verfahrensschritt D werden die im Verfahrensschritt C bestimmten L Quellspektren bekannten Spektren von Lipoproteinkomponenten zugeordnet. Zusätzlich können auch bekannte Spektren von Nicht-Lipoprotein-Komponenten im Verfahrensschritt D herangezogen werden. Dabei können bei der Zuordnung Abweichungen bezüglich Peakpositionen, Linienformen und/oder Linienbreiten in den ermittelten Quellspektren im Vergleich zu den bekannten Spektren berücksichtigt werden, um anomale und/oder krankhafte patientenspezifische Stadien zu identifizieren. Weiterhin können aus den im oben beschriebenen Verfahren bestimmten Quellspektren und der daraus bestimmten Mischmatrix auch Informationen über die relativen Mengen der im Lipoproteingemisch enthaltenen Lipoproteinkomponenten und/oder Nicht-Lipoprotein-Komponenten gewonnen werden.In another, in the 2 With 40 designated method step D are assigned the known in step C L source spectra spectra of lipoprotein components. In addition, known spectra of non-lipoprotein components in method step D can also be used. Deviations in terms of peak positions, line shapes and / or line widths in the determined source spectra can be taken into account in the assignment in comparison to the known spectra in order to identify abnormal and / or pathological patient-specific stages. Furthermore, information about the relative amounts of the lipoprotein components and / or non-lipoprotein components contained in the lipoprotein mixture can also be obtained from the source spectra determined in the method described above and the mixing matrix determined therefrom.

Die Fourier-Transformation des Verfahrensschritts A sowie die Verfahrensschritte B und C werden dabei im gezeigten Ausführungsbeispiel in einer geeigneten digitalen Datenverarbeitungsanlage durchgeführt. Ebenso wird die Zuordnung der aus dem Schritt C erhaltenen L Quellspektren in der Datenverarbeitungsanlage durchgeführt. Alternativ kann auch für einen oder mehrere Verfahrensschritte eine oder mehrere spezifisch geeignete Datenverarbeitungsanlagen bereitgestellt werden, wobei die mehreren Datenverarbeitungsanlagen geeignet sind, untereinander Daten auszutauschen.The Fourier transformation of method step A and the method steps B and C are in the illustrated embodiment in a suitable digital data processing system performed. As well becomes the assignment of the L source spectra obtained from step C. performed in the data processing system. alternative can also for one or more process steps one or several specifically suitable data processing systems provided where the multiple data processing systems are suitable, exchange data with each other.

In den 3A und 3B sind Verfahren gemäß weiterer Ausführungsbeispiele dargestellt. Dabei entsprechen die mit 10, 20 und 40 bezeichneten Verfahrensschritte A, B und D den im vorherigen Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahrensschritten.In the 3A and 3B Methods according to further embodiments are shown. The correspond with the 10 . 20 and 40 designated method steps A, B and D the method steps described in the previous embodiment.

Das Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3A weist den mit 30 bezeichneten Verfahrensschritt C auf, der die mit 31 bis 35 bezeichneten Verfahrensschritte C1 bis C5 umfasst. Dabei wird im mit 31 bezeichneten Verfahrensschritt C1 die Quellspektrenmatrix H durch eine Matrix ersetzt, die sich aus der folgenden Zuordnungsanweisung ergibt: H ← H-μSWT(WH-X), (8)wobei WT die transponierte Matrix von W ist. Der Parameter μS ist ein Maß für die Schrittweite in diesem Rechenschritt und weist einen Wert kleiner oder gleich 10–2 und größer oder gleich 10–5 auf. Die Wahl der Größe des Parameters μS kann als Dämpfungsfaktor im Verfahrensschritt C verstanden werden, der sicherstellt, dass das Matrixprodukt WH durch das im Schritt C durchgeführte Annäherungsverfahren des Matrixprodukts WH an die Messspektrenmatrix X nicht zu oszillieren beginnt sondern asymptotisch gegen X konvergiert. Dabei kann μS im angegebenen Bereich umso kleiner gewählt werden, je näher WH an X liegt. Durch die oben genannte Zuordnungsanweisung kann außerdem sichergestellt werden, dass H und W im weiteren Verfahren positiv semidefinit bleiben.The method according to the embodiment in 3A has the with 30 designated method step C, with the 31 to 35 designated method steps C1 to C5. It is in with 31 method step C1 replaces the source spectrum matrix H with a matrix resulting from the following assignment statement: H ← H-μ S W T (WH-X), (8) where W T is the transposed matrix of W. The parameter μ S is a measure of the step size in this calculation step and has a value less than or equal to 10 -2 and greater than or equal to 10 -5 . The choice of the size of the parameter μ S can be understood as attenuation factor in method step C, which ensures that the matrix product WH does not begin to oscillate due to the approximation method of the matrix product WH performed in step C, but converges asymptotically to X. Here, μ S may be chosen smaller in the specified range, the closer to X WH. The above-mentioned assignment statement can also ensure that H and W remain positively semidefinite in the further process.

Im weiteren, mit 32 bezeichneten Verfahrensschritt C2 wird die Sparsamkeit gemäß Gleichung (1) jedes aus dem Schritt C1 erhaltenen Zeilenvektors bestimmt. Die Zeilenvektoren werden dann nach ihrer jeweiligen Sparsamkeit in der Matrix H permutiert, so dass die L Quellspektren nach der Permutation entsprechend ihrer Sparsamkeiten geordnet sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die L Zeilenvektoren bzw. Quellspektren aufsteigend nach ihrer Sparsamkeit geordnet, so dass nach der Permutation der erste Zeilenvektor die geringste und der L-te Zeilenvektor die größte Sparsamkeit aufweist.In the further, with 32 designated method step C2, the economy according to equation (1) is determined each of the row vector obtained from step C1. The row vectors are then rewritten after their jewei permutated in the matrix H so that the L source spectra are sorted according to their economy after the permutation. In the exemplary embodiment shown, the L row vectors or source spectra are arranged in ascending order according to their economy, so that after the permutation the first row vector has the lowest and the Lth row vector has the greatest economy.

Im weiteren, mit 33 bezeichneten Verfahrensschritt C3 wird die Mischmatrix W durch eine Matrix ersetzt, die sich aus der folgenden Zuordnungsanweisung ergibt: W ← W ⊗ (XHT) ⌀ (WHHT), (9)wobei HT die transponierte Matrix von H ist und ⊗ eine elementweise Multiplikation und ⌀ eine elementweise Division bedeuten.In the further, with 33 designated method step C3, the mixed matrix W is replaced by a matrix, which results from the following assignment statement: W ← W ⊗ (XH T ) ⌀ (WHH T ), (9) where H T is the transposed matrix of H and ⊗ is an element-wise multiplication and ⌀ is an element-wise division.

In dem folgenden, mit 34 bezeichneten Verfahrensschritt C4 wird eine Kostenfunktion K berechnet, die das Maß für den Grad der Annäherung des Matrixprodukts WH an die Messspektrenmatrix X angibt. Die Kostenfunktion K im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dabei die L2-Norm der Differenz aus WH und X, also K = ||WH – X||2.In the following, with 34 designated method step C4, a cost function K is calculated, which indicates the degree of the degree of approximation of the matrix product WH to the measurement spectra matrix X. The cost function K in the exemplary embodiment shown here is the L 2 -norm of the difference between WH and X, that is K = || WH - X || 2 .

In dem weiteren, mit 35 bezeichneten Verfahrensschritt C5 wird die im Schritt C4 berechnete Kostenfunktion K mit einer vorab gewählten Schranke ε verglichen, wobei ε kleiner oder gleich 10–4 ist und größer oder gleich 10–6. Wenn K > ε, werden die Verfahrensschritte C1 bis C4 ein weiteres Mal durchlaufen. Für K ≤ ε wird dagegen angenommen, dass das Matrixprodukt WH an die Messspektrenmatrix X konvergiert ist, also ausreichend genau an die Messspektrenmatrix X angenährt ist, so dass im Verfahrensschritt D die Zuordnung der nun aus der Quellspektrenmatrix H zu entnehmenden L Quellspektren möglich ist. Die Verfahrensschritte C4 und C5 können auch vor dem Schritt C1 durchgeführt werden.In the further, with 35 designated method step C5, the cost function K calculated in step C4 is compared with a preselected barrier ε, where ε is less than or equal to 10 -4 and greater than or equal to 10 -6 . If K> ε, the process steps C1 to C4 are repeated one more time. For K ≤ ε, on the other hand, it is assumed that the matrix product WH has converged to the measurement spectra matrix X, ie is approached sufficiently accurately to the measurement spectra matrix X, so that in method step D the assignment of the L source spectra now to be taken from the source spectrum matrix H is possible. The method steps C4 and C5 can also be carried out before the step C1.

Bei dem in Verbindung mit 3B gezeigten Verfahren werden im mit 10 bezeichneten Verfahrensschritt A bei den N Messbedingungen N Spektren mit jeweils M0 Messpunkten aufgenommen. Diese können etwa den in 1 gezeigten Frequenzbereich F0 von 10,00 bis –1,00 ppm überdecken. Das in 3B gezeigte Verfahren weist im Vergleich zum vorherigen Verfahren gemäß 3A den zusätzlichen mit 11 bezeichneten Verfahrensschritt auf, in dem aus jedem der N Spektren ein Messspektrum mit M ≤ M0 Messpunkten in einem Frequenzteilbereich F1 ≤ F0 ausgewählt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden etwa aus jedem der gemessenen N Spektren mit M0 die M Messpunkte für die N Messspektren ausgewählt, die im Frequenzteilbereich F1 von 1,4 ppm bis 0,8 ppm liegen und damit den Methyl- und Methylenpeaks der im Blut vorhandenen Lipoproteinkomponenten entsprechen. Durch die Auswahl eines geeigneten Frequenzteilbereichs aus den gemessenen Spektren kann der für den Verfahrensschritt C erforderliche Rechenaufwand verringert werden. Zusätzlich kann das in 3B gezeigte Verfahren für einen oder mehrere weitere Frequenzteilbereiche der gemessenen N Spektren mit M0 Messpunkten wiederholt werden.When in conjunction with 3B shown methods are in with 10 designated method step A at the N measurement conditions N spectra recorded with each M 0 measurement points. These can be about the in 1 cover the frequency range F 0 from 10.00 to -1.00 ppm. This in 3B shown method has in comparison to the previous method according to 3A the additional with 11 designated method step, in which from each of the N spectra a measurement spectrum with M ≤ M 0 measurement points in a frequency subrange F 1 ≤ F 0 are selected. In the exemplary embodiment shown, the M measurement points for the N measurement spectra are selected from each of the measured N spectra with M 0 , which are in the frequency subrange F 1 of 1.4 ppm to 0.8 ppm and thus the methyl and methylene peaks of the present in the blood Correspond to lipoprotein components. By selecting a suitable frequency subrange from the measured spectra, the computational effort required for method step C can be reduced. In addition, the in 3B shown method for one or more other frequency sub-ranges of the measured N spectra with M 0 measuring points are repeated.

Um die Leistungsfähigkeit des hier beschriebenen Verfahrens zu demonstrieren, ist in den 4A bis 4C eine Simulation von künstlichen NMR-Datensätzen gezeigt, die mittels eines Verfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3A analysiert wurden.To demonstrate the performance of the method described herein, reference is made to FIGS 4A to 4C a simulation of artificial NMR data sets shown by means of a method according to the embodiment in 3A were analyzed.

Dazu wurde ein Lipoproteingemisch mit 15 Lipoproteinkomponenten angenommen. Dementsprechend wurde eine Matrix mit 15 Zeilenvektoren bereitgestellt, für die 15 simulierte, zufällig gewählte NMR-ähnliche Messspektren als Datensätze generiert wurden, die reale Lipoproteinkomponentenspektren in NMR-1H-Spektren von Lipoproteinkomponenten im Blutplasma simulieren. Die 15 Datensätze entsprechend den den Messspektren zugrunde liegenden unbekannten charakteristischen Spektren. Die Datensätze wurden aus der gewichteten Summe zweier absorptiver Lorentzkurven entsprechend S(ω) = r1Re{L1(ω)} + r2Re{L2(ω)} (10)berechnet, wobei ω die Frequenz auf der Abszisse angibt, Re{...} der Realteil ist, r1 und r2 Gewichtungsfaktoren sind, die Zufallszahlen aus dem Bereich [0,5;1] sind. Die Lorentzfunktionen L1 und L2 sind gegeben durch Lk(ω) = [λ(k) + i(ω – Ω(k))]–1, (11)mit k = 1, 2 und i = (–1)1/2. Dabei ist Ω(k) die Peakposition der Absorptionslinie Lk(ω) auf der Frequenzachse und λ(k) der Parameter ihre Halbwertsbreite in Frequenzeinheiten.For this purpose, a lipoprotein mixture with 15 lipoprotein components was assumed. Accordingly, a matrix of 15 line vectors was provided for which 15 simulated, randomly chosen NMR-like measurement spectra were generated as data sets that simulate real lipoprotein component spectra in NMR 1 H spectra of lipoprotein components in blood plasma. The 15 data sets corresponding to the unknown characteristic spectra on which the measurement spectra are based. The data sets were calculated from the weighted sum of two absorptive Lorentz curves S (ω) = r 1 Re {L 1 (ω)} + r 2 Re {L 2 (ω)} (10) where ω is the frequency on the abscissa, Re {...} is the real part, r 1 and r 2 are weighting factors that are random numbers in the range [0,5; 1]. The Lorentz functions L 1 and L 2 are given by L k (ω) = [λ (K) + i (ω - Ω (K) )] -1 , (11) with k = 1, 2 and i = (-1) 1/2 . In this case, Ω (k) is the peak position of the absorption line L k (ω) on the frequency axis and λ (k) of the parameters is their half-width in frequency units.

Die auf diese Weise berechneten 15 NMR-ähnlichen Spektren S(ω) bilden in Form von diskreten Wertepaaren die 15 Zeilenvektoren einer Matrix S. Die 15 NMR-ähnlichen Spektren S(ω) sind in 4A gezeigt.The 15 NMR-like spectra S (ω) calculated in this way form the 15 row vectors of a matrix S in the form of discrete value pairs. The 15 NMR-like spectra S (ω) are in 4A shown.

Weiterhin wurde eine Mischmatrix A mit den Matrixelementen ank bereitgestellt mitFurthermore, a mixed matrix A with the matrix elements a nk was provided with

Figure 00220001
Figure 00220001

Dabei ist t →(n) = (t0, ..., t14)T ein Vektor mit den Vektorkomponenten tn = 0 + n·0,05, n = 0, ..., 14, und b →(k) = (b0, ..., b14) ein Vektor mit den zufälligen Vektorkomponenten bk, k = 0, ..., 14, aus dem Intervall [0;1].T → (n) = (t 0 , ..., t 14 ) T is a vector with the vector components t n = 0 + n × 0.05, n = 0,..., 14, and b → ( k) = (b 0 , ..., b 14 ) a vector with the random vector components b k , k = 0, ..., 14, from the interval [0; 1].

Die simulierte Messspektrenmatrix X wurde gemäß X = AS erhalten, wobei alle Matrixelemente, die kleiner als eine vorgegebene Schwelle waren, gleich 0 gesetzt wurden. Dies ist notwendig, um ein allgegenwärtiges Rauschen auf den gemessenen Daten zu unterdrücken und eine sparsame Kodierung zu gewährleisten. Die so erhaltenen 15 Zeilenvektoren von X, die die 15 simulierten Messspektren repräsentieren, sind in 4B gezeigt.The simulated measurement spectra matrix X was obtained according to X = AS, with all matrix elements that were smaller than a predetermined threshold being set equal to zero. This is necessary to suppress ubiquitous noise on the measured data and to ensure economical coding. The 15 line vectors of X thus obtained, which represent the 15 simulated measurement spectra, are in 4B shown.

Gemäß der mit 20 und 30 bezeichneten Verfahrensschritte B und C des in 3A gezeigten Verfahrens wurden die im Schritt B bereitgestellten Matrizen W und H an die simulierte Messspektrenmatrix X angenähert, wobei die Quellspektrenmatrix H mit 15 Zeilenvektoren bereitgestellt wurde. Dabei wurde die inverse bzw. pseudo-inverse Mischmatrix W mit einer projektiven Version der dem Fachmann bekannten k-meansclustering-Methode berechnet. Bildlich gesprochen werden dabei die Datenpunkte auf die Einheitsmatrix projiziert. Die aus dem Schritt C erhaltenen 15 Quellspektren sind in 4C gezeigt. Diese können den in 4A gezeigten zugrunde liegenden Spektren mittels Vergleichen von Peakpositionen und relativen Amplituden zugeordnet werden. Enthält eines der Messspektren einen Referenzpeak mit bekannter Konzentration der zugehörigen Lipoproteinkomponente, so kann durch Normierung der Zeilenvektoren der Quellspektrenmatrix erreicht werden, dass die Einträge der Mischmatrix W als Konzentrationen interpretiert werden können.According to the with 20 and 30 designated method steps B and C of in 3A As shown, the matrices W and H provided in step B were approximated to the simulated measurement spectra matrix X, providing the source spectrum matrix H with 15 line vectors. In this case, the inverse or pseudo-inverse mixed matrix W was calculated using a projective version of the k-means clustering method known to the person skilled in the art. Figuratively speaking, the data points are projected onto the unit matrix. The 15 source spectra obtained from step C are in 4C shown. These can be the in 4A underlying spectra are assigned by comparing peak positions and relative amplitudes. If one of the measurement spectra contains a reference peak with a known concentration of the associated lipoprotein component, it can be achieved by normalization of the row vectors of the source spectrum matrix that the entries of the mixed matrix W can be interpreted as concentrations.

Die Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele zu den hier beschriebenen Verfahren sind nicht beschränkt auf die hier beschriebene Bestimmung von Lipoproteinkomponenten in einem Lipoproteingemisch, sondern können auch auf andere chemische Substanzen, die in der medizinischen, biologischen, chemischen und pharmazeutischen Analytik und Industrie angewandt werden übertragen und angewandt werden. Insbesondere kann dies für Analysen gelten, bei denen sparsam kodierte Spektren in einem oder mehreren Multikomponentenspektren überlagert messbar sind, da das hier beschriebene Verfahren lediglich die sparsame Kodierung der Quellspektren als Randbedingung verwendet und ansonsten keine weiteren Vorabinformationen über die zu bestimmenden Quellspektren heranzuziehen sind. Daher kann das hier beschriebene Verfahren beispielsweise auch für Analysen allgemein in Magnetresonanz- und/oder optischer Spektroskopie sowie der Massenspektrometrie anwendbar sein. Der Vorteil kann auch hierbei eine erhebliche Informationsausbeute bei gleichzeitig geringem Zeitaufwand bei der Analyse sein, ohne dass vorab beispielsweise Peakpositionen, Linienbreiten und/oder Linienformen bekannt sein müssen. Der Begriff „Spektrum” ist dabei breit auszulegen und nicht nur auf die vorab aus spektroskopischen Anwendungen und Verfahren bekannten Formen beschränkt. Vielmehr kann es möglich sein, dass mit dem hier beschriebenen Verfahren eine unbekannte Überlagerungen von Informationen hinsichtlich ihrer zugrunde liegenden Informationen, also hinsichtlich der Quell-Informationen, analysieren lassen, wenn nur die Überlagerungen von Informationen sowie die Quell-Informationen in einer Matrix-Schreibweise darstellbar sind und die Quell-Informationen sparsam kodiert sind.The Embodiments and embodiments to the methods described herein are not limited to the determination of lipoprotein components described herein in a lipoprotein mixture, but can also affect others chemical substances used in the medical, biological, and chemical applied to pharmaceutical analysis and industry and applied. In particular, this may be for analysis apply where sparingly encoded spectra in one or more Multicomponent spectra overlaid are measurable, as the Here described method only the economical coding of Source spectra used as boundary condition and otherwise no further Preliminary information about the source spectra to be determined are to be used. Therefore, the method described here, for example also for analyzes in general magnetic resonance and / or optical spectroscopy and mass spectrometry applicable be. The advantage here too can be a considerable information yield at the same time be a little time spent in the analysis without that in advance, for example, peak positions, line widths and / or line shapes must be known. The term "spectrum" is to be interpreted broadly and not only to the advance from spectroscopic Applications and methods limited to known forms. Rather, it may be possible that with the one described here Process an unknown overlay of information in terms of their underlying information, ie in terms of the source information, let analyze, if only the overlays of information as well as the source information in a matrix notation can be displayed and the source information is coded sparingly.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The The invention is not by the description based on the embodiments limited to these. Rather, the invention comprises each new feature as well as any combination of features, which in particular any combination of features in the claims includes, even if this feature or this combination itself not explicitly in the patent claims or embodiments is specified.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102004026903 [0003, 0016] - DE 102004026903 [0003, 0016]

Claims (21)

Verfahren zur Bestimmung von Lipoproteinkomponenten in einem zu analysierenden Lipoproteingemisch, umfassend die Schritte: A) Aufnahme von N > 1 Messspektren des zu analysierenden Lipoproteingemischs bei N verschiedenen Messbedingungen, wobei jedes der N Messspektren jeweils M Messpunkte aufweist, B) Bereitstellen einer Mischmatrix W mit N mal L zufällig gewählten, nicht-negativen Mischparametern, einer Quellspektrenmatrix H mit L Quellspektren mit jeweils M zufällig gewählten, nicht-negativen Quellspektrumspunkten und einer Messspektrenmatrix X, die gebildet wird durch die N Messspektren, C) Modifizieren der jeweils M Quellspektrumspunkte der L Quellspektren durch Annäherung des Matrixprodukts der Mischmatrix W und der Quellspektrenmatrix H an die Messspektrenmatrix X mittels einer nicht-negativen Matrixfaktorisierung unter der Randbedingung, dass die L Quellspektren sparsam kodiert sind, D) Zuordnen der aus dem Schritt C durch die Modifizierung erhaltenen L Quellspektren zu bekannten Spektren von Lipoproteinkomponenten.Method for the determination of lipoprotein components in a lipoprotein mixture to be analyzed, comprising the steps: A) Inclusion of N> 1 Measuring spectra of the lipoprotein mixture to be analyzed at N different Measurement conditions, each of the N measurement spectra each M measurement points having, B) Provide a mixed matrix W with N times L randomly selected, non-negative mixing parameters, a source spectral matrix H with L source spectra, each with M random selected, non-negative source spectral points and a Measurement spectra matrix X, which is formed by the N measurement spectra, C) Modify the respective M source spectrum points of the L source spectra by approximation of the matrix product of the mixed matrix W and the source spectrum matrix H to the measurement spectra matrix X by means of a non-negative matrix factorization under the constraint that the L source spectra are economically coded, D) Assign the the step C obtained by the modification L source spectra to known spectra of lipoprotein components. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – jede der Lipoproteinkomponenten ein charakteristisches Spektrum aufweist.The method of claim 1, wherein - each the lipoprotein components have a characteristic spectrum. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem – die N Messspektren jeweils Überlagerungen der charakteristischen Spektren der Lipoproteinkomponenten des Lipoproteingemisches aufweisen.The method of claim 2, wherein - the N measurement spectra respectively superimpositions of the characteristic Have spectra of the lipoprotein components of the lipoprotein mixture. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die N Messspektren Magnetresonanzspektren sind.Method according to one of the preceding claims, in which - the N measurement spectra Magnetic resonance spectra are. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – das Lipoproteingemisch eine Körperflüssigkeit ist.Method according to one of the preceding claims, in which - The lipoprotein mixture a body fluid is. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die N verschiedenen Messbedingungen durch N Variationen zumindest eines Messparameters eingestellt werden und – der zumindest eine Messparameter aus einer Gruppe ausgewählt ist, die gebildet wird durch: eine Magnetfeldstärke und/oder einen Magnetfeldgradienten eines konstanten Magnetfeldes, eine Magnetfeldstärke und/oder ein Magnetfeldgradient eines oszillierenden Magnetfeldes, eine Oszillationsfrequenz eines oszillierenden Magnetfeldes, eine Dauer eines oszillierenden Magnetfeldpulses, eine Temperatur, eine Konzentration eines Bestandteils des Lipoproteingemisches.Method according to one of the preceding claims, in which - the N different measurement conditions N variations of at least one measurement parameter can be set and - The at least one measurement parameter from a group is selected, which is formed by: a magnetic field strength and / or a magnetic field gradient of a constant magnetic field, a magnetic field strength and / or a magnetic field gradient of a oscillating magnetic field, an oscillation frequency of an oscillating Magnetic field, a duration of an oscillating magnetic field pulse, a temperature, a concentration of a component of the lipoprotein mixture. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem – ausschließlich ein Magnetfeldgradient eines konstanten Magnetfeldes zur Einstellung der N verschiedenen Messbedingungen variiert wird.Method according to the previous claim, in which - exclusively a magnetic field gradient of a constant magnetic field for adjustment the N different measuring conditions is varied. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – im Verfahrensschritt A) bei den N Messbedingungen N Spektren mit jeweils M0 Messpunkten in einem Frequenzbereich F0 aufgenommen werden und – aus jedem der N Spektren jeweils ein Teilspektrum ausgewählt wird mit M ≤ M0 Messpunkten in jeweils demselben Frequenzteilbereich F1 ≤ F0 und – die Verfahrenschritte B) bis C) mit den Teilspektren als den N Messspektren durchgeführt werden.Method according to one of the preceding claims, in which - N spectra in the N measurement conditions are recorded with M 0 measuring points in a frequency range F 0 in method step A, and - a sub-spectrum is selected from each of the N spectra with M ≤ M 0 measuring points in each case the same frequency subrange F 1 ≦ F 0 and - the method steps B) to C) are performed with the sub spectra as the N measurement spectra. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – im Schritt B die Anzahl L der Quellspektren mit L < N oder L = N gewählt wird.Method according to one of the preceding claims, in which - In step B, the number L of the source spectra with L <N or L = N is selected. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – im Schritt B die L Quellspektren der Matrix H mit jeweils einer Sparsamkeit von größer oder gleich 0,9 bereitgestellt werden.Method according to one of the preceding claims, in which In step B, the L source spectra of the matrix H each with a thrift of greater or equal to 0.9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die Sparsamkeiten der L Quellspektren der Matrix H jeweils gleich sind.Method according to one of the preceding claims, in which The economy of the L source spectra of Matrix H are the same. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Verfahrensschritt C die folgenden Schritte umfasst: C1) Ersetzen der Matrix H durch eine Matrix, die sich aus dem Rechenschritt H-μS WT (WH-X) ergibt, wobei WT die transponierte Matrix von W ist und für μS ein Wert kleiner oder gleich 10–2 und größer oder gleich 10–5 gewählt wird, C2) Bestimmen der Sparsamkeit jeder der L Quellspektren der aus dem Schritt C1 gewonnenen Matrix H und Ordnen der L Quellspektren innerhalb der Matrix H nach ihrer Sparsamkeit, C3) Ersetzen der Matrix W durch eine Matrix, die sich aus dem Rechenschritt W (XHT) ⌀ (WHHT) ergibt, wobei HT die transponierte Matrix von H ist und ⊗ eine elementweise Multiplikation und ⌀ eine elementweise Division bedeuten, C4) Berechnen einer Kostenfunktion K als Maß für einen Grad der Annäherung des Matrixprodukts aus W und H an die Messspektren-Matrix X, C5) Wiederholen der Schritte C1 bis C4 bis K ≤ ε, wobei ε kleiner oder gleich 10–4 und größer oder gleich 10–6 ist.Method according to one of the preceding claims, in which method step C comprises the following steps: C1) replacing the matrix H by a matrix resulting from the calculation step H-μ S W T (WH-X), where W T is the transposed matrix of W and for μ S a value less than or equal to 10 -2 and greater than or equal to 10 -5 , C2) determining the economy of each of the L source spectra of the matrix H obtained from step C1 and ordering the L source spectra within the matrix H according to their economy, C3) replacing the matrix W with a matrix, is given by the calculation step W (XH T ) ⌀ (WHH T ), where H T is the transposed matrix of H and ⊗ is an element-wise multiplication and ⌀ is an element-by-element division, C4) a cost function K is calculated as a measure of a degree of approximation of the matrix product from W and H to the measurement spectra matrix X, C5) repeating steps C1 to C4 to K ≦ ε, where ε is less than or equal to 10 -4 and greater than or equal to 10 -6 . Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem – im Schritt C2 die L Quellspektren innerhalb der Matrix H aufsteigend nach ihrer Sparsamkeit geordnet werden, so dass das erste der L Quellspektren in der Matrix H nach dem Ordnen die kleinste Sparsamkeit und das L-te der L Quellspektren die größte Sparsamkeit aufweist.Method according to the previous claim, in which - in the Step C2 ascending the L source spectra within the matrix H. be organized according to their thriftiness, so that the first of the L Source spectra in the matrix H after ordering the smallest thrift and the L-th of the L source spectra the greatest thrift having. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem – die Kostenfunktion K eine L2-Norm oder eine Kullback-Leibler-Divergenz einer Differenz aus der Messspektrenmatrix X und dem Matrixprodukt aus W und H ist.Method according to claim 12 or 13, wherein - the cost function K is an L 2 -norm or a Kullback-Leibler-divergence of a difference between the measurement spectra matrix X and the matrix product of W and H. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – im Schritt C zusätzlich die N×L Mischparameter der Matrix W bestimmt werden.Method according to one of the preceding claims, in which In addition, in step C, the N × L Mixing parameters of the matrix W are determined. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – im Schritt D zusätzlich die Konzentrationen und/oder die Zusammensetzung der in dem Lipoproteingemisch enthaltenen Lipoproteinkomponenten bestimmt werden.Method according to one of the preceding claims, in which - In step D additionally the concentrations and / or the composition of those contained in the lipoprotein mixture Lipoprotein components are determined. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – im Schritt D zusätzlich medizinisch anomale und/oder krankhafte Stadien von Lipoproteinkomponenten bestimmbar sind.Method according to one of the preceding claims, in which - In addition, medically in step D. abnormal and / or diseased stages of lipoprotein components can be determined are. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – zusätzlich zu den Lipoproteinkomponenten im Lipoproteingemisch enthaltene Nicht-Lipoprotein-Komponenten bestimmt werden.Method according to one of the preceding claims, in which In addition to the lipoprotein components in the lipoprotein mixture contained non-lipoprotein components become. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem – die Nicht-Lipoprotein-Komponenten ausgewählt sind aus einer Gruppe, die gebildet wird durch Lactate, Alkohole, Aminosäuren, Peptide, Nukleinsäuren, Fettsäuren, Kohlehydrate, Pharmazeutika und Proteine.Method according to the previous claim, in which - the Non-lipoprotein components are selected from a Group formed by lactates, alcohols, amino acids, Peptides, nucleic acids, fatty acids, carbohydrates, Pharmaceuticals and proteins. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die Lipoproteinkomponenten ausgewählt sind aus einer Gruppe, die gebildet wird durch Chylomikronen-A, Chylomikronen-B, Chylomikronen-C, Chylomikronen Remnants, VLDL-A, VLDL-B, VLDL-C, IDL, small dense LDL, LDL-A, LDL-B, LDL-C, HDL-2, HDL-3 und Lp(a).Method according to one of the preceding claims, in which - The lipoprotein components selected are from a group formed by chylomicrons A, chylomicrons B, Chylomicron C, Chylomicron Remnants, VLDL-A, VLDL-B, VLDL-C, IDL, small dense LDL, LDL-A, LDL-B, LDL-C, HDL-2, HDL-3 and Lp (a). Datenverarbeitungsanlage zur Durchführung zumindest der Verfahrensschritte B und C gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.Data processing system for implementation at least the method steps B and C according to one of previous claims.
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