DE19702774C2

DE19702774C2 - Verfahren zur Ermittlung von Daten für eine Wissensbank und ihre Verwendung bei der Analyse von Gleichgewichtssituationen der in Wechselwirkung befindlichen Mineralien und Spurenelemente in Körperflüssigkeiten

Info

Publication number: DE19702774C2
Application number: DE1997102774
Authority: DE
Inventors: Thomas Loeser; Norman Bitterlich
Original assignee: Pe Diagnostik GmbH
Current assignee: Pe Diagnostik GmbH
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: DE19702774A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Daten für eine Wissensbank und ihre Verwendung bei der Analyse von Gleichgewichtssituationen der in Wechselwirkung befindlichen Mineralien und Spurenelemente in Körperflüssigkeiten.

Aus der DE 195 47 042 A1 ist bekannt, daß aus einer Körperflüssigkeit die Konzentrationsmeßwerte von mehreren Mineralstoffen und Spurenelementen ermittelt werden, wobei für jede Krankheit und für den Normalzustand und damit für jede Abweichung ein Merkmalsbild entsteht, das zur Klassifikation von Erkrankungen genutzt wird. Diese Klassifikation beschränkt sich im Wesentlichen auf die Auswertung von Schwellwertüberschreitungen, die unabhängig voneinander zu einer Entscheidung führen. Damit werden die in Wechselwirkung befindlichen Elementekonzentrationen von Mineralien und Spurenelementen bei der Bewertung nicht ausreichend berücksichtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ermittlung von Daten für eine Wissensbank zu finden und sie bei der Analyse von Gleichgewichtssituationen, der in Wechselwirkung befindlichen Mineralien und Spurenelemente in Körperflüssigkeiten, anzuwenden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß

a) die Spurenelemente und Mineralien bei ausgewählten Referenzbeispielen gemessen werden;
b) globale Gleichgewichtssituationen aufgrund klinischer Beobachtungsergebnisse bewertet werden;
c) durch ein Clusterverfahren signifikante Unterschiede zwischen globalen Gleichge wichts- und Ungleichgewichtssituationen bei Verwendung von partiellen Elemente kombinationen festgestellt werden;
d) eine unscharfe Beschreibung der partiellen Gleichgewichtssituationen durch Zuge hörigkeitsfunktionen nach dem Verfahren der Fuzzy Pattern Classifikation erfolgt und
e) ein Algorithmus zur Zusammenfassung der Ergebnisse mit der Fuzzy-Logik erstellt wird sowie die Verfahrensschritte c bis e nachfolgend zur Analyse von Gleichge wichtssituationen der in Wechselwirkung befindlichen Mineralien und Spurenelemente in Körperflüssigkeiten verwendet werden, wobei
f) aus einer konkreten Probe die Mineralien- und Spurenelementekonzentrationen gemes sen werden;
g) signifikante Elementekombinationen festgelegt werden, die aus dem Verfahrensschritt c) vorliegen und im Zusammenhang mit der Anforderung an die Meßaufgabe und Meßgenauigkeit festgelegt werden;
h) eine Einklassifizierung auf der Basis der diesen Gleichgewichtssituationen aus dem Verfahrensschritt d) entsprechenden Zugehörigkeitsfunktion erfolgt und anhand eines Rechenprogrammes eingeschätzt wird, in welchem Grade ein partielles Gleichgewicht eingehalten wird sowie
i) die Bewertungsergebnisse der partiellen Gleichgewichtssituationen gemäß Verfahrens schritt e) zu einem globalen Ergebnis mit einer Ausgabe der Zahl zwischen 0% und 100% zwecks Charakterisierung der Gleichgewichtssituation führt.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den besonderen Vorteil, daß die Modellierung des globalen Gleichgewichtszustandes die individuell verschiedenen parallelen Gleichge wichtszustände berücksichtigt. Durch die Reduzierung auf die partiellen Gleichgewichts zustände wird es möglich, im Einzelfall die wesentlichen Mineralien und Spurenelemente konzentrationen in ihrer Wechselwirkung auszuwerten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Verfahrensschritt a)

Messung von problemadäquaten Kennwerten bei ausgewählten Referenzbeispielen (Proben) unter Nutzung geeigneter Meßtechnik. Im Ergebnis der Messung wird jeder Probe ein Vektor von N Meßwerten der Form

(Probennr., Wert 1, Wert 2, . . ., Wert N)

zugeordnet. In Tabelle 1 werden solche Vektoren mit je 3 Meßwerten beispielhaft aufgelistet.

Tabelle 1

Probenmeßwerte

Verfahrensschritt b)

Die Proben werden hinsichtlich des Klassifizierungszieles extern dahingehend bewertet, ob die Aussage "Eigenschaft trifft zu" erfüllt oder nicht erfüllt ist. Diese Entscheidung ist eindeutig vorzunehmen. Dabei können auch Wissen und Erkenntnisse genutzt werden, welche nicht offensichtlich aus den Meßwerten ablesbar sind (z. B. subjektive Erfahrungen) oder im Anwendungsfall praktisch nicht unmittelbar zugänglich sind (z. B. Vergleichsmessungen mit aufwendigeren Verfahren oder retrospektive Einschätzung). Das Ergebnis der externen Bewertung wird dem Meßwertvektor jeder Probe angefügt (Tabelle 2), indem für "Eigenschaft trifft zu" eine "1", andernfalls eine "0" eingetragen wird.

Tabelle 2

Externe Bewertung der Probenmeßwerte

Verfahrensschritt c)

Für jede mögliche Auswahl von Komponenten des Meßwertvektors wird ein Clusterverfahren angewandt, um unter den mit "0" markierten Proben solche herauszufinden, die durch ihre Meßwertähnlichkeit zu Gruppen zusammengefaßt werden können. Im Ergebnis werden die derart ausgewählten Proben mit der Clusternummer versehen, wenn das entsprechende Cluster aufgrund seiner Mächtigkeit eine hohe Relevanz für die Klassifikationsaufgabe erkennen läßt. Diese so aufbereiteten Referenzbeispiele dienen als Grundlage für den

Verfahrensschritt d)

Mit dem Verfahren der Fuzzy Pattern Classification [s. Bocklisch, S. F.: Prozeßanalyse mit unscharfen Verfahren. Verlag Technik, Berlin 1987] kann jedes Cluster im entsprechenden Meßwertraum mittels einer parametrischen Zugehörigkeitsfunktion µ der Form

unscharf (fuzzy) modelliert werden. Für jedes Cluster und für jeden Meßwert sind dafür ans den gegebenen Probenwerten die Parameter f, s und d zu berechnen. Zur Erhöhung der Anpassungsfähigkeit können die Faktoren f und Exponenten d links und rechts vom Schwerpunkt s gesondert bestimmt werden. Bei Festlegung eines einheitlichen Wertes der Exponenten, d = 2.00 findet man beispielsweise für die Meßwertkombinationen M1- M2 bzw. M1-M2-M3 folgende Parameter für die Zugehörigkeitsfunktionen (Tabelle 3):

Tabelle 3

Parameter der geeigneter Zugehörigkeitsfunktionen für die Merkmalskombinationen M!-M2 bzw. M1-M2-M3

Im Ergebnis der Berechnung der Zugehörigkeitswerte für die Proben aus Tabelle 1 erhält man Zugehörigkeits-Wertepaare für die Aussage "Eigenschaft trifft zu" bzw. "Eigenschaft trifft nicht zu". Normiert man jedes Paar so, daß ihre Stimme den Wert 1 annimmt, findet man für jede Probe eine Graduierung des Wahrheitsgehalt der Aussage "Eigenschaft trifft nicht zu" (Tabelle 4).

Tabelle 4

Klassifizierungsergebnisse für partielle Gleichgewichte

Verfahrensschritt e)

Um die Einzelergebnisse der Spalten aus Tabelle 4 zusammenfassend auszuwerten, ist ein Fuzzy Entscheidungssystem auf der Basis von Regeln zu nutzen. Die Ergebnisse aus Tabelle 4 lassen sich in einfacher Weise durch die Maximumbildung zusammenfassen. Dieses Entscheidungsergebnis charakterisiert für jede Probe die Erfüllung des Gleichgewichtszustandes auf der Basis der untersuchten Meßwertkombinationen. Demnach erfüllen die Proben 4 und 5 den Gleichgewichtszustand zu 56% bzw. zu 92%, während für die anderen Proben der Gleichgewichtszustand eher nicht erfüllt ist (unter 50%).

Für die konkrete Anwendungsaufgabe "Erkennen vom postoperativen Komplikationen" läßt sich aus der Konzentration von Magnesium (Mg), Calzium (Ca) und Eisen (Fe) ein partielles Ungleichgewicht, das durch auftretende Komplikationen hervortritt, erkennen.

Verfahrensschritt f)

Bei der Meßwertaufnahme werden in Analogie zur Tabelle 1 für Proben ohne externe Bewertung die Konzentrationen der Elemente Mg, Ca und Fe mit branchenüblicher Meßtechnik gemessen (Tabelle 5).

Tabelle 5

Meßwerte für Proben unbekannter Zustände

Verfahrensschritt g)

Die Anwendung der Klassifikatoren aus Tabelle 3 führen zu folgenden Klassifikationsergebnissen der partiellen Gleichgewichtszuständen:

Tabelle 6

Klassifizierungsergebnisse für partielle Gleichgewichte

Verfahrensschritt h)

Wird das maximale Klassifikationsergebnis der partiellen Gleichgewichtszustände als zusammenfassendes Ergebnis der globalen Bewertung gewählt, so läßt sich das Analyseergebnis wie folgt formulieren:
Probe A1: Die Meßwette für Mg, Ca und Fe befinden sich mit hoher Sicherheit (84%) im Gleichgewicht, es werden keine postoperative Komplikation auftreten.
Probe A2: Die Meßwerte für Mg und Ca befinden sich mit hoher Sicherheit (89%) im Gleichgewicht, es werden keine postoperative Komplikation auftreten.
Probe A3: Die Meßwerte für Mg und Ca befinden sich im unsicheren Bereich zwischen Gleichgewicht (51%) und Ungleichgewicht, postoperative Komplikationen können nicht ausgeschlossen werden.
Probe A4: In jeder der untersuchten Meßwertkombinationen zeigen die Meßwerte Ungleichgewichtssituationen an, sind keine weiteren Informationen bekannt, muß mit postoperativen Komplikationen gerechnet werden.

Claims

Verfahren zur Ermittlung von Daten für eine Wissensbank und ihre Verwendung bei der Analyse von Gleichgewichtssituationen der in Wechselwirkung befindlichen Mineralien und Spurenelemente in Körperflüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Spurenelemente und Mineralien bei ausgewählten Referenzbeispielen gemessen werden;
- b) globale Gleichgewichtssituationen aufgrund klinischer Beobachtungsergebnisse bewertet werden;
- c) durch ein Clusterverfahren signifikante Unterschiede zwischen globalen Gleichge wichts- und Ungleichgewichtssituationen bei Verwendung von partiellen Elemente kombinationen festgestellt werden;
- d) eine unscharfe Beschreibung der partiellen Gleichgewichtssituationen durch Zuge hörigkeitsfunktionen nach dem Verfahren der Fuzzy Pattern Classifikation erfolgt und
- e) ein Algorithmus zur Zusammenfassung der Ergebnisse mit der Fuzzy-Logik erstellt wird sowie die Verfahrensschritte c bis e nachfolgend zur Analyse von Gleichge wichtssituationen der in Wechselwirkung befindlichen Mineralien und Spurenelemente in Körperflüssigkeiten verwendet werden, wobei
- f) aus einer konkreten Probe die Mineralien- und Spurenelementekonzentrationen gemes sen werden;
- g) signifikante Elementekombinationen festgelegt werden, die aus dem Verfahrensschritt c) vorliegen und im Zusammenhang mit der Anforderung an die Meßaufgabe und Meßgenauigkeit festgelegt werden;
- h) eine Einklassifizierung auf der Basis der diesen Gleichgewichtssituationen aus dem Verfahrensschritt d) entsprechenden Zugehörigkeitsfunktion erfolgt und anhand eines Rechenprogrammes eingeschätzt wird, in welchem Grade ein partielles Gleichgewicht eingehalten wird sowie
- i) die Bewertungsergebnisse der partiellen Gleichgewichtssituationen gemäß Verfahrens schritt e) zu einem globalen Ergebnis mit einer Ausgabe der Zahl zwischen 0% und 100% zwecks Charakterisierung der Gleichgewichtssituation führt.