Validierung eines Algorithmus zur automatischen Qualitätskontrolle spirometrischer Fluss-Volumen-Kurven und Messgrößen:
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2007
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 9
2. Hintergrund der Untersuchung 9
2.1. Atmungsmechanik und Lungenvolumina 9
2.2. Spirometrie •
2.2.1. Grundlagen U
2.2.2. Messmanöver 11
2.3. Ventilationsstörungen 13
2.3.1. Obstruktive Ventilationsstörung 15
2.3.2. Restriktive Ventilationsstörung 15
2.3.3. Kombinierte Ventilationsstörungen 16
2.4. Häufige Probleme bei der Durchführung der Spirometrie IV
3. Ziel der Arbeit 18
4. Methoden 20
4.1. Auswahl der Patienten 20
4.1.1. Einschlusskriterien 20
4.1.2. Ausschlusskriterien 20
4.2. Abbruchkriterien 20
4.3. Messungen 21
4.3.1. Durchführung der Messungen ohne definierte Mängel 21
4.3.2. Durchführung der Manöver mit definierten Mängeln 21
4.3.3. Verwendete Geräte 23
4.3.3.1. Experimenteller Teil 23
4.3.3.2. Messungen aus anderen Quellen 23
-6-
5. Ergebnisse 24
5.1. Charakteristika der Patienten 24
5.2. Manöverzahlen 25
5.3. Entwicklung des Algorithmus 26
5.3.1. Vorüberlegungen 26
5.3.2. Vorgehen zur Algorithmusoptimierung 34
5.3.2.1. Ermittlung von Einzelspezifitäten 36
5.3.2.2. Kombinierte Spezifitäten und Sensitivitäten 37
5.3.2.3. Identifikation der wesentlichen Kriterien 38
5.3.2.4. Optimierung der Grenzwerte 40
5.3.2.5. Robustheit 51
5.3.2.6. Einbringung der Variabilitätskriterien 54
5.4. Auswertung des optimierten, kombinierten Algorithmus 57
5.5. Anwendung des Algorithmus auf verfügbare Datensätze 60
5.5.1. Beschreibung der Datensätze 60
5.5.2. Ergebnis der Analyse der Datensätze 61
6. Diskussion 63
6.1. Aktueller Stand der Literatur 64
6.1.1. Darstellung der ATS/ERS-Kriterien 64
6.1.2. Vergleich des Algorithmus mit den Standardkriterien 67
6.1.3. Vergleich von Algorithmus und Variabilitätskriterien 71
6.2. Vergleichende Analyse anderer Datensätze 72
6.3. Kritisches Resümee 73
6.3.1. Testkollektive 73
6.3.2. Studiendesign 74
6.3.3. Hardware 75
-7-
6.3.4. Grenzen des Algorithmus 75
6.4. Ausblick 77
7. Zusammenfassung 79
8. Literaturverzeichnis 81
9. Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 85
Anhang 87
A.l. Programmentwurf. 87
A.l.l. Benutzerhandbuch 87
A.1.2. Quellcode 89
A.2. Patienteneinwilligung 111
A.3. Lebenslauf. 116
A.4. Danksagung 118
A.5. Eigenständigkeitserklärung 119
-8-
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abbildungen
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Lungenvolumina
Abbildung 2: Fluss-Zeit-Diagramm eines forcierten Exspirationsmanövers
Abbildung 3: Vergleich von Referenzwerten
Abbildung 4: Schematische Darstellung einzelner Lungenvolumina beim Gesunden bzw. Patienten
mit obstruktiver, restriktiver oder kombinierter Ventilationsstörung
Abbildung 5: Inkorrekte Fluss-Volumen-Kurven bei denen MEF75 MEF50 nicht gilt
Abbildung 6: Inkorrekte Fluss-Volumen-Kurven bei denen PEF A * MEF75 nicht gilt
Abbildung 7: Darstellung des Quotienten MEF50/MEF25
Abbildung 8: Darstellung des Quotienten PEF/TIFF
Abbildung 9: Darstellung des Quotienten PEF/FVC
Abbildung 10: Ausgangsstruktur des Algorithmus
Abbildung 11: Algorithmus nach Selektion der wesentlichen Kriterien
Abbildung 12: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten
MEF50/MEF25 bei Manövern mit TIFF 0,745
Abbildung 13: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten
PEF/MEF75 bei Manövern mit TIFF 0,745
Abbildung 14: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten PEF/TIFF
bei Manövern mit TIFF 0,745
Abbildung 15: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten
MEF50/MEF25 bei Manövern mit TIFF 0,745
Abbildung 16: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten
PEF/MEF75 bei Manövern mit TIFF 0,745
Abbildung 17: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten PEFATIFF
bei Manövern mit TIFF 0,745
Abbildung 18: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten PEF/FVC
bei Manövern mit TIFF 0,745
Abbildung 19: ROC-Kurven des Quotienten MEF50/MEF25
Abbildung 20: ROC-Kurven des Quotienten PEF/MEF75
Abbildung 21: ROC-Kurven des Quotienten PEF/TIFF
Abbildung 22: ROC-Kurven des Quotienten PEF/FVC
Abbildung 23: ROC-Kurve des gesamten Algorithmus bei Schwankung der Grenzwerte um das
gefundene Optimum
-85-
Abbildung 24: Robustheitsdiagramm für Messdaten mit TIFF 74,5%
Abbildung 25: Robustheitsdiagramm für Messdaten mit TIFF 74,5%
Abbildung 26: Optimierter Algorithmus
Abbildung 27: Mögliche Verwendung des Algorithmus
Abbildung 28: Ausblick
Tabellen
Tabelle 1: Vergleich von Referenzwerten
Tabelle 2: Anthropometrische Kenngrößen
Tabelle 3: Manöverzahlen der 45 Teilnehmer, die die gesamte Messreihe begannen
Tabelle 4: Manöverzahlen der Probanden, welche nur Einzelmessungen ablieferten
Tabelle 5: Manöverzahlen des Gesamtkollektivs
Tabelle 6: Kritische Werte für die in der linken Spalte angegebenen Quotienten im Verhältnis zur
geforderten Spezifität. Die Werte in Klammern geben die tatsächlich mittels des
jeweiligen Quotienten erreichte Spezifität an.
Tabelle 7: Spezifitäten und Sensitivitäten bei der Kombination von Kriterien bei Atemmanövem
mit TIFF 74,5% gemäß den oben genannten Vorgaben VI - V4
Tabelle 8: Spezifitäten und Sensitivitäten bei der Kombination von Kriterien bei Atemmanövem
mit TIFF 74,5% gemäß den oben genannten Vorgaben VI - V4
Tabelle 9: Variationsgrenzen einzelner Parameter zur Robustheitsprüfung
Tabelle 10: Kategorieeinteilung der gesunden Patienten nach dem optimierten, um die Variabilität
erweiterten Algorithmus
Tabelle 11: Kategorieeinteilung der Asthmatiker nach dem optimierten, um die Variabilität
erweiterten Algorithmus
Tabelle 12: Kategorieeinteilung der Patienten mit CF nach dem optimierten, um die Variabilität
erweiterten Algorithmus
Tabelle 13: Kategorieeinteilung der Patienten mit COPD nach dem optimierten, um die Varia¬
bilität erweiterten Algorithmus
Tabelle 14: Kategorieeinteilung aller Atemwegsobstruktiven nach dem optimierten, um die Varia¬
bilität erweiterten Algorithmus
Tabelle 15: Spezifität und Sensitivität des optimierten, um die Variabilität erweiterten Algo¬
rithmus
Tabelle 16: Variabilität und Akzeptabilität der Datensätze mit ungenügender Inspiration
Tabelle 17: Variabilität und Akzeptabilität der Datensätze mit selektiv ungenügender Exspiration
Tabelle 18: Variabilität und Akzeptabilität der Datensätze mit insgesamt ungenügender Mitarbeit
Tabelle 19: Empfehlungen und Messungen von Variabilitäten einzelner Parameter der Spirometrie
-86-
l
|
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Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 9
2. Hintergrund der Untersuchung 9
2.1. Atmungsmechanik und Lungenvolumina 9
2.2. Spirometrie '•
2.2.1. Grundlagen U
2.2.2. Messmanöver 11
2.3. Ventilationsstörungen 13
2.3.1. Obstruktive Ventilationsstörung 15
2.3.2. Restriktive Ventilationsstörung 15
2.3.3. Kombinierte Ventilationsstörungen 16
2.4. Häufige Probleme bei der Durchführung der Spirometrie IV
3. Ziel der Arbeit 18
4. Methoden 20
4.1. Auswahl der Patienten 20
4.1.1. Einschlusskriterien 20
4.1.2. Ausschlusskriterien 20
4.2. Abbruchkriterien 20
4.3. Messungen 21
4.3.1. Durchführung der Messungen ohne definierte Mängel 21
4.3.2. Durchführung der Manöver mit definierten Mängeln 21
4.3.3. Verwendete Geräte 23
4.3.3.1. Experimenteller Teil 23
4.3.3.2. Messungen aus anderen Quellen 23
-6-
5. Ergebnisse 24
5.1. Charakteristika der Patienten 24
5.2. Manöverzahlen 25
5.3. Entwicklung des Algorithmus 26
5.3.1. Vorüberlegungen 26
5.3.2. Vorgehen zur Algorithmusoptimierung 34
5.3.2.1. Ermittlung von Einzelspezifitäten 36
5.3.2.2. Kombinierte Spezifitäten und Sensitivitäten 37
5.3.2.3. Identifikation der wesentlichen Kriterien 38
5.3.2.4. Optimierung der Grenzwerte 40
5.3.2.5. Robustheit 51
5.3.2.6. Einbringung der Variabilitätskriterien 54
5.4. Auswertung des optimierten, kombinierten Algorithmus 57
5.5. Anwendung des Algorithmus auf verfügbare Datensätze 60
5.5.1. Beschreibung der Datensätze 60
5.5.2. Ergebnis der Analyse der Datensätze 61
6. Diskussion 63
6.1. Aktueller Stand der Literatur 64
6.1.1. Darstellung der ATS/ERS-Kriterien 64
6.1.2. Vergleich des Algorithmus mit den Standardkriterien 67
6.1.3. Vergleich von Algorithmus und Variabilitätskriterien 71
6.2. Vergleichende Analyse anderer Datensätze 72
6.3. Kritisches Resümee 73
6.3.1. Testkollektive 73
6.3.2. Studiendesign 74
6.3.3. Hardware 75
-7-
6.3.4. Grenzen des Algorithmus 75
6.4. Ausblick 77
7. Zusammenfassung 79
8. Literaturverzeichnis 81
9. Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 85
Anhang 87
A.l. Programmentwurf. 87
A.l.l. Benutzerhandbuch 87
A.1.2. Quellcode 89
A.2. Patienteneinwilligung 111
A.3. Lebenslauf. 116
A.4. Danksagung 118
A.5. Eigenständigkeitserklärung 119
-8-
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abbildungen
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Lungenvolumina
Abbildung 2: Fluss-Zeit-Diagramm eines forcierten Exspirationsmanövers
Abbildung 3: Vergleich von Referenzwerten
Abbildung 4: Schematische Darstellung einzelner Lungenvolumina beim Gesunden bzw. Patienten
mit obstruktiver, restriktiver oder kombinierter Ventilationsstörung
Abbildung 5: Inkorrekte Fluss-Volumen-Kurven bei denen MEF75 MEF50 nicht gilt
Abbildung 6: Inkorrekte Fluss-Volumen-Kurven bei denen PEF A * MEF75 nicht gilt
Abbildung 7: Darstellung des Quotienten MEF50/MEF25
Abbildung 8: Darstellung des Quotienten PEF/TIFF
Abbildung 9: Darstellung des Quotienten PEF/FVC
Abbildung 10: Ausgangsstruktur des Algorithmus
Abbildung 11: Algorithmus nach Selektion der wesentlichen Kriterien
Abbildung 12: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten
MEF50/MEF25 bei Manövern mit TIFF 0,745
Abbildung 13: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten
PEF/MEF75 bei Manövern mit TIFF 0,745
Abbildung 14: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten PEF/TIFF
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Abbildung 15: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten
MEF50/MEF25 bei Manövern mit TIFF 0,745
Abbildung 16: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten
PEF/MEF75 bei Manövern mit TIFF 0,745
Abbildung 17: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten PEFATIFF
bei Manövern mit TIFF 0,745
Abbildung 18: Spezifität, Sensitivität und deren Summe in Abhängigkeit vom Quotienten PEF/FVC
bei Manövern mit TIFF 0,745
Abbildung 19: ROC-Kurven des Quotienten MEF50/MEF25
Abbildung 20: ROC-Kurven des Quotienten PEF/MEF75
Abbildung 21: ROC-Kurven des Quotienten PEF/TIFF
Abbildung 22: ROC-Kurven des Quotienten PEF/FVC
Abbildung 23: ROC-Kurve des gesamten Algorithmus bei Schwankung der Grenzwerte um das
gefundene Optimum
-85-
Abbildung 24: Robustheitsdiagramm für Messdaten mit TIFF 74,5%
Abbildung 25: Robustheitsdiagramm für Messdaten mit TIFF 74,5%
Abbildung 26: Optimierter Algorithmus
Abbildung 27: Mögliche Verwendung des Algorithmus
Abbildung 28: Ausblick
Tabellen
Tabelle 1: Vergleich von Referenzwerten
Tabelle 2: Anthropometrische Kenngrößen
Tabelle 3: Manöverzahlen der 45 Teilnehmer, die die gesamte Messreihe begannen
Tabelle 4: Manöverzahlen der Probanden, welche nur Einzelmessungen ablieferten
Tabelle 5: Manöverzahlen des Gesamtkollektivs
Tabelle 6: Kritische Werte für die in der linken Spalte angegebenen Quotienten im Verhältnis zur
geforderten Spezifität. Die Werte in Klammern geben die tatsächlich mittels des
jeweiligen Quotienten erreichte Spezifität an.
Tabelle 7: Spezifitäten und Sensitivitäten bei der Kombination von Kriterien bei Atemmanövem
mit TIFF 74,5% gemäß den oben genannten Vorgaben VI - V4
Tabelle 8: Spezifitäten und Sensitivitäten bei der Kombination von Kriterien bei Atemmanövem
mit TIFF 74,5% gemäß den oben genannten Vorgaben VI - V4
Tabelle 9: Variationsgrenzen einzelner Parameter zur Robustheitsprüfung
Tabelle 10: Kategorieeinteilung der gesunden Patienten nach dem optimierten, um die Variabilität
erweiterten Algorithmus
Tabelle 11: Kategorieeinteilung der Asthmatiker nach dem optimierten, um die Variabilität
erweiterten Algorithmus
Tabelle 12: Kategorieeinteilung der Patienten mit CF nach dem optimierten, um die Variabilität
erweiterten Algorithmus
Tabelle 13: Kategorieeinteilung der Patienten mit COPD nach dem optimierten, um die Varia¬
bilität erweiterten Algorithmus
Tabelle 14: Kategorieeinteilung aller Atemwegsobstruktiven nach dem optimierten, um die Varia¬
bilität erweiterten Algorithmus
Tabelle 15: Spezifität und Sensitivität des optimierten, um die Variabilität erweiterten Algo¬
rithmus
Tabelle 16: Variabilität und Akzeptabilität der Datensätze mit ungenügender Inspiration
Tabelle 17: Variabilität und Akzeptabilität der Datensätze mit selektiv ungenügender Exspiration
Tabelle 18: Variabilität und Akzeptabilität der Datensätze mit insgesamt ungenügender Mitarbeit
Tabelle 19: Empfehlungen und Messungen von Variabilitäten einzelner Parameter der Spirometrie
-86-
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