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Studenten im Sommer auf dem Campus Nord, rote Zahnräder im Hintergrund © Roland Baege​/​TU Dortmund

Projektbereiche C: Bio- und technometrie

Teilprojekte der letzten Förderphase

C4 : Zeitreihenanalytische Methoden zur Behandlung von Online-Monitoring-Daten aus der Intensivmedizin

Projektleitung: Prof. Dr. Ursula Gather, PD Dr. Michael Imhoff

Kurzbeschreibung

Ziel des Teilprojekts bleibt die Bereitstellung statistischer Methodik für die Entwicklung intelligenter Alarm- und Analysesysteme zur bettseitigen Überwachung des Patientenzustandes. Die Grundlage hierfür liefert die automatische Online-Erfassung von Vitalparametern, Laborwerten, Medikamentengaben und therapeutischen Maßnahmen durch das klinische Informationssystem der Chirurgischen Intensivstation des Klinikums Dortmund. Zudem wird in Zukunft ein annotierter Referenzdatensatz von sekündlich erhobenen Vitalparametern aus einer mit dem Universitätsklinikum Regensburg gemeinsam durchgeführten klinischen Studie zur Verfügung stehen.
Ein klinisches Analyse- und Alarmsystem für den Echtzeit-Einsatz in der Intensivmedizin muss in der Lage sein, Strukturbrüche wie Niveauänderungen, Trends und Ausreißer in physiologischen Zeitreihen zu erkennen sowie Therapieeffekte aufzudecken. Datengestützte Erkenntnisse sind mit medizinischer Expertise abzugleichen und statistische Methoden sind für den klinischen Online-Monitoring Einsatz zu adaptieren und zu robustifizieren. Die zu entwickelnden statistischen Methoden sind im Bereich der multivariaten Zeitreihenanalyse sowie der multivariaten Prozesskontrolle angesiedelt. Zur Verfolgung der genannten Ziele werden insbesondere die folgenden Aufgaben bearbeitet:

  • Methodische Weiterentwicklung der automatischen Echtzeit-Extraktion von klinisch relevanten Strukturen und Signalen aus einer multivariaten Zeitreihe,
  • Online-Gewinnung klinisch relevanter Informationen durch Reduktion multivariater Zeitreihen auf eine überschaubare Anzahl analysierbarer Komponenten in Echtzeit und
  • Planung und Durchführung einer klinischen Studie zur Validierung der entwickelten univariaten Alarm-Algorithmen.

Basierend auf den bislang entwickelten Methoden zur univariaten Kontrolle physiologischer Prozesse, den gewonnenen Erkenntnissen über die Zusammenhänge zwischen den hämodynamischen Variablen und den erarbeiteten Weiterentwicklungen dimensionsreduzierender Verfahren wird das Augenmerk schließlich stärker auf die Kontrolle des multivariaten Prozesses gerichtet. Multivariate statistische Kontroll-Prozeduren sollen extrahierte klinische Informationen bezüglich ihrer Relevanz bewerten und so die frühzeitige Erkennung kritischer Zustände ermöglichen. Zur Prozesskontrolle scheint die Anwendung univariater oder bivariater Mustererkennungsregeln auf zu extrahierende schwach korrelierte Signale angebracht. Insgesamt sind Echtzeit-fähige Algorithmen zu erarbeiten, die nicht nur Aussagen über mögliche Zustandsänderungen im Sinne reiner Strukturbrucherkennung erlauben, sondern auch qualitative und quantitative Feststellungen über die Art und Stabilität des Patientenzustands treffen können.
Zur Vorbereitung des langfristig angestrebten klinischen Einsatzes in Monitoring-Systemen sind die bereits entwickelten univariaten Mustererkennungsmethoden in Vergleichsstudien an Patientendaten zu validieren. Dies erfolgt anhand eines annotierten Referenzdatensatzes von sekündlich erhobenen Vitalparametern, der im Rahmen einer klinischen Studie gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Regensburg entsteht. Die genannten Aufgaben werden in Kooperation mit den Teilprojekten A1, A4 und A5 bearbeitet.

Arbeitspakete

  • Robuste Signalextraktion
  • Dimensionsreduktion für Zeitreihen
  • Multivariate Kontrollkarten
  • Vergleichsstudien für die univariate Mustererkennung

Die theoretischen Ergebnisse dieser Arbeitspakete sollen stets parallel an Patientendaten getestet werden, um frühzeitige Fehlentwicklungen zu vermeiden. Dies schließt eine programmtechnische Umsetzung der entsprechenden Verfahren ein, die in Zusammenarbeit mit Teilprojekt A5 geleistet werden soll.

Veröffentlichungen

2009

  • Borowski, M., Schettlinger, K., Gather, U. (2009) "Multivariate Real Time Signal Processing by a Robust Adaptive Regression Filter", Communications in Statistics – Simulation and Computation 38, 426-440.
  • Gelper, S., Schettlinger, K., Croux, C., Gather, U. (2009) "Robust Online Scale Estimation in Time Series: A Model-Free Approach", Journal of Statistical Planning and Inference 139, 335-349.
  • Imhoff, M., Fried, R. (2009) "The Crying Wolf: Still Crying?". Anesth Analg, (editorial) to appear.
  • Imhoff, M., Kuhls, S., Gather, U., Fried, R. (2009) "Smart Alarms from Medical Devices in the OR and ICU", Best Practice & Research Clinical Anaesthesiology, to appear.
  • Nunkesser, R., Fried, R., Schettlinger, K., Gather, U. (2009) "Online Analysis of Time Series by the Qn Estimator" , Computational Statistics and Data Analysis, to appear.
  • Schettlinger, K., Fried, R., Gather, U. (2009) "Real Time Signal Processing by Adaptive Repeated Median Filters", International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, Special Issue on 'Signal Processing and Diagnosis: Biomedical Applications', to appear.
  • Siebig, S., Kuhls S., Imhoff, M., Langgartner J., Reng, M., Schölmerich, J., Gather, U., Wrede, CE. (2009) "The Collection of Annotated Data in a Clinical Validation Study for Alarm Algorithms in Intensive Care – a Methodologic Framework", Journal of Critical Care, to appear.
  • Siebig, S., Kuhls, S., Gather, U., Imhoff, M., Bein, T., Mueller, T., Trabold, B., Bele, S., Wrede, CE. (2009) "Lärm auf der Intensivstation – Unterscheiden sich die Alarme in den Fachdisziplinen", Der Anästhesist, to appear.
  • Siebig, S., Sieben, W., Kollmann, F., Imhoff, M., Brünnler, T., Rockmann F., Gather, U., Wrede, CE. (2009) "User’s opinions on ICU alarms - Results from a survey on German ICU’s", Anaesthesia and Intensive Care, to appear.

2008

2007

  • Bernholt, T., Nunkesser, R., Schettlinger, K. (2007) "Computing the Least Quartile Difference Estimator in the Plane", Computational Statistics and Data Analysis, 52(2), 763-772 .
    (earlier version: Technical Report 51/2005, SFB 475, TUt Dortmund)
  • Fried, R., Gather, U. (2007) "On Rank Tests for Shift Detection in Time Series", Computational Statistics and Data Analysis, Special Issue on Machine Learning and Robust Data Mining, 52, 221-233.
  • (earlier version: Technical Report 48/2006, SFB 475, TU Dortmund)
  • Fried, R., Einbeck, J., Gather, U. (2007) "Weighted Repeated Median Smoothing and Filtering", Journal of the American Statistical Association, 102, 1300-1308.
    (earlier version: Technical Report 33/2005, SFB 475, TU Dortmund)
  • Gather, U., Schettlinger, K. (2007) "Robust and Adaptive Methods in Analysing Online Monitoring Data", erscheint in: Proceedings of the 56th Session of the ISI, Lisbon, Portugal, August 22-29, 2007.
  • Imhoff, M., Fried, R., Gather, U., Siebig, S., Wrede, C. (2007) "Intra- and Inter-Observer Variability of Clinical Annotations of Monitoring Data", Critical Care, 11 (Suppl. 2), 173-174.
  • Imhoff, M., Gather, U., Fried, R. (2007) "Alarm Algorithms: Recognizing True Failure", Inflamm. Res., 56 (suppl. 2), 230.
  • Imhoff, M., Kuhls, S., Gather, U., Siebig, S., Wrede, Ch. (2007) "Clinical Relevance of Alarms from Bedside Patient Monitors", Critical Care Medicine, 34 (suppl.), A62.
  • Imhoff, M., Schettlinger, K., Fried, R., Gather, U., Siebig, S., Wrede, C. (2007), "Robust Regression Methods for Intensive Care Monitoring", Critical Care, 11 (suppl. 2), 174.
  • Lanius, V., Gather, U. (2007) "Robust Online Signal Extraction from Multivariate Time Series", submitted.
    (Technical Report 38/07, SFB 475, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund)
  • Sieben, W., Gather, U. (2007) "Classifying Alarms in Intensive Care - Analogy to Hypothesis Testing", in: Springer's Lecture Notes of Computer Science Series: Artificial Intelligence in Medicine. Proceedings of the 11th Conference on Artificial Intelligence in Medicine, Vol. 4594/2007, R. Bellazzi, A. Abu-Hanna, J. Hunter (eds.), Springer , Berlin / Heidelberg, 130-138.
  • Sieben, W., Siebig, S., Wrede, C., Imhoff, M., Gather, U. (2007), “Alarm Rules in Intensive Care Monitoring – a Data Driven Approach“, Intensive Care Medicine, 33 (suppl.), 232.
  • Siebig, S., Gather, U., Imhoff, M., Kuhls, S., Langgartner, J., Wrede, C. (2007), "Validierung von neuen Alarmalgorithmen in der Intensivmedizin", Medizinische Klinik, Volume 102, Supplement 1 / April 2007.
  • Siebig, S., Kuhls, S., Gather, U., Imhoff, M., Langgartner, J., Wrede, C. (2007) “ICU Alarms – How Many Do We Need?”, Critical Care Medicine, Vol. 35, No. 12 (Suppl.); A178.

2006

  • Bernholt, T., Fried, R., Gather, U., Wegener, I. (2006) "Modified Repeated Median Filters", Statistics and Computing, 16, 177-192.
  • Fried, R., Bernholt, T., Gather, U. (2006), "Repeated Median and Hybrid Filters", Computational Statistics and Data Analysis, 50, Special Issue on 'Statistical Signal Extraction and Filtering', 2313-2338.
  • Fried, R., Kuhls, S., Molina, I. (2006) "Analyzing Associations in Multivariate Binary Time Series", in: Proceedings in Computational Statistics 2006, A. Rizzi, M. Vichi (eds.), Physica-Verlag, Heidelberg, 985-992.
  • Gather, U., Fried, R., Lanius, V. (2006) "Robust detail-preserving signal extraction", Chapter 6 in: Handbook of Time Series Analysis, B. Schelter, M. Winterhalder, J. Timmer (eds.), Wiley-VCH, Weinheim, 143-169.
  • Gather, U., Schettlinger, K., Fried, R. (2006), "Online Signal Extraction by Robust Linear Regression", Computational Statistics, 21 (1), 33-51.
  • Imhoff, M., Kuhls, S. (2006) "Alarm Algorithms in Critical Care Monitoring", Anesthesia & Analgesia, 102, 1525-1537.
  • Kuhls, S., Siebig, S., Stößel, F., Imhoff, M. (2006) "Entwicklung einer Eingabemaske für die Erfassung klinischer Annotationen", Technical Report 15/2006, SFB 475, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Schettlinger, K., Fried, R., Gather, U. (2006) "Robust Filters for Intensive Care Monitoring: Beyond the Running Median", Biomedical Engineering, 51 (2), 49-56.

2005

2004

  • Davies, P. L., Fried, R., Gather, U. (2004) "Robust Signal Extraction for On-Line Monitoring Data", Journal of Statistical Planning and Inference, 122, Special Issue: Contemporary Data Analysis: Theory and Methods in Honor of John W. Tukey, (Fernholz, L.,Tyler, D. E. und Yohai, V. (eds.)) 65-78.
  • Dietrich, F., Imhoff, M., Kliemt, H. (2004) "Standardisierung in der Medizin. Qualitätssicherung oder Rationierung?", Schattauer, Stuttgart, New York.
  • Fried, R. (2004) "Robust Filtering of Time Series with Trends", in: Journal of Nonparametric Statistics, 16 (3), Special Issue on the International Conference on Recent Trends and Directions in Nonparametric Statistics, Part II, 313-328.
  • Fried, R. (2004) "Robust Extraction of Trends", in: Proceedings of the Seventh International Conference on Computer Data Analysis and Modeling, (CDAM 2004): Robustness and Computer Intensive Methods, Vol. I, S. Aivazian, P. Filzmoser and Y. Kharin (eds.), Belarusian State University, Minsk, Belarus, 23-30.
  • Fried, R., Imhoff, M. (2004) "On the Online Detection of Monotonic Trends in Time Series", Biometrical Journal, 46 (1), 90-102.
  • Gather, U., Fried, R. (2004) "Methods and Algorithms for Robust Filtering", eingeladener Artikel in: COMPSTAT 2004: Proceedings in Computational Statistics, J. Antoch (eds.), Physika-Verlag, Heidelberg, 159-170.
  • Imhoff, M. (2004) "Secondary Analysis of CIS Data", Care of the Critically Ill, 20, 127-130.
  • Imhoff, M. (2004) "Medical Process Control with Medical Informatics", Care of the Critically Ill, 20, 9-12.
  • Imhoff, M. (2004) "Datenverarbeitung in der Intensivmedizin. Gegenwärtiger Zustand und zukünftige Entwicklungen", Intensiv: Fachzeitschrift für Intensivpflege und Anästhesie, 12, 25-29.
  • Imhoff, M. (2004) "Elektronische Dokumentation – Und was dann?", Journal für Anästhesie und Intensivbehandlung, 2004 (1), 122-125.
  • Imhoff, M. (2004) "Dokumentation und Informatik – Einleitung zum Thema", Journal für Anästhesie und Intensivbehandlung, 2004 (1), 125-127.
  • Imhoff, M. (2004) "Standardisierung in der Akutmedizin", in: Dietrich, F., Imhoff, M., Kliemt, H. (eds.), "Standardisierung in der Medizin. Qualitätssicherung oder Rationierung?", Schattauer, Stuttgart, New York, 108-131.
  • Imhoff, M., Gather, U. (2004) "Time Series Analysis for the Alarm Detection in Intensive Care Monitoring Systems", in: Biomedizinische Technik, Band 49, Ergänzungsband 2, (Beiträge zur Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik im VDE, BMT 2004, Boenick, U., Bolz, A. (eds.), 336-337.
  • Martich, G. D., Waldmann, C. S., Imhoff, M. (2004) "Clinical Informatics in Critical Care", Journal of Intensive Care Medicine, 19, 154-163.

2003

  • Bernholt, T., Fried, R. (2003) "Computing the Update of the Repeated Median Regression Line in Linear Time", Information Processing Letters, 88(3), 111-117.
  • Fried, R., Didelez, V. (2003) "Decomposability and Selection of Graphical Models for Multivariate Time Series", Biometrika, 90 (1), 251-267.
  • Fried, R., Gather, U., Imhoff, M. (2003) "Extraction of a Local Linear Trend from a Physiological Time Series", in: Proceedings of the Annual Symposium of the American Medical Informatics Association AMIA 2003, 845.
  • Gather, U., Fried, R. (2003) "Robust Estimation of Scale for Local Linear Temporal Trends", Tatra Mountains Mathematical Publications, 26, 87-101.
  • Imhoff, M. (2003) "Gegenwärtige und zukünftige Entwicklungen der Datenverarbeitung auf der Intensivstation – eine Einleitung zum Thema", Journal für Anästhesie und Intensivbehandlung, 2003 (1), 129-131.
  • Imhoff, M. (2003) "Medizinische Praktiken als Prozesse", in: Dietrich, F., Imhoff, M., Kliemt, H. (eds.), "Mikroallokation medizinischer Ressourcen. Medizinische, medizinethische und gesundheitsökonomische Aspekte der Knappheit medizinischer Ressourcen.", Schattauer, Stuttgart, New York, 115-129.
  • Imhoff, M., Fried, R., Gather, U., Lanius, V. (2003) "Dimension Reduction for Physiological Variables Using Graphical Modelling", in: Proceedings of the Annual Symposium of the American Medical Informatics Association AMIA 2003, 313-317.
  • Waldmann, C., Imhoff, M. (2003) "Medical Errors and How to Prevent Them", Care of the Critically Ill, 19, 39-40.

2002

2001

  • Becker, C., Fried, R., Gather, U. (2001) "Applying Sliced Inverse Regression to Dynamical Data", in: Mathematical Statistics with Applications in Biometry, Festschrift in Honour of Prof. Dr. S. Schach, J. Kunert und G. Trenkler (eds.), Josef Eul Verlag, Lohmar, 201-214.
  • Fisseler, J. (2001) "Projektgruppe MedMiner - Implementierung eines Data Mining-Baukastens für das maschinelle Lernen in der Intensivmedizin", in: LLWA 01-Tagungsband der GI-Workshop-Woche Lernen-Lehren-Wissen-Adaptivität, Klinkenberg, R., Rüping, S., Fick, A., Henze, N., Herzog, C., Molitor, R., Schröder, O. (eds.), Forschungsberichte des Fachbereichs Informatik der Universität Dortmund, 76-83.
  • Fried, R. (2001) "Online Detection of Trends in Time Series", in: Revista de Estatistica-Statistical Review. Proceedings of the 23rd European Meeting of Statisticians, 199-202.
  • Fried, R. (2001) "Recursive Linear Mixed Models: Some Results on Shared Estimation", Journal of Statistical Computation and Simulation, 70, 135-160.
  • Fried, R., Gather, U., Imhoff, M. (2001) "Online Detection of Trends in Time Series", in: New Trends in Statistical Modelling, Proceedings of the 16th International Workshop on Statistical Modelling, B. Klein und L. Korsholm (eds.), University of Southern Denmark, 205-212.
  • Fried, R., Gather, U., Imhoff, M. (2001) "Online Pattern Recognition in Intensive Care Medicine", Journal of the American Medical Informatics Association, Supplement, 184-188.
  • Fried, R., Gather, U., Imhoff, M., Lanius, V. (2001) "Online Monitoring of High-dimensional Physiological Time Series", in: Revista de Estatistica - Statistical Review. Proceedings of the 23rd European Meeting of Statisticians, 157-158.
  • Gather, U., Fried, R., Lanius, V., Imhoff, M. (2001) "Online Monitoring of High Dimensional Physiological Time Series – A Case Study", Estadistica (Revista del instituto interamericano de estadistica), 53, 259-298.
  • Imhoff, M., Webb, A., Goldschmidt, A., on behalf of the ESICM (2001) "Health Informatics", Intensive Care Medcine, 27, 179-186.
  • Imhoff, M., Fried, R., Gather, U. (2001) "Relations of Time and Effect of Medical Interventions", in: Journal of the American Medical Informatics Association, Supplement: Proceedings of the Annual Symposium of the American Medical Informatics Association, 932.
  • Imhoff, M., Gather, U., Morik, K. (2001) "Development of Decision Support Algorithms for Intensive Care Medicine: A Hybrid System of Time Series Analysis and a Knowledge Base System", in: Journal of the American Medical Informatics Association, Supplement: Proceedings of the Annual Symposium of the American Medical Informatics Association, 931.

2000

  • Bauer, M., Fried, R., Gather, U., Imhoff, M. (2000) "Dimension Reduction for High Dimensional Online-monitoring Data in Intensive Care", in: Medical Infobahn for Europe. Proceedings of MIE2000 and GMDS2000, A. Hasman, B. Blobel, J. Dudeck, R. Engelbrecht, G. Gell und H.-U. Prokosch (eds.), IOS-Press, Amsterdam, 767-771.
  • Fried, R. (2000) "Graphical and Phase Space Models for Univariate Time Series", in: Proceedings in Computational Statistics, J. G. Bethlehem und P. G. M. van der Heijden (eds.), Physica-Verlag, Heidelberg, 307-312.
  • Fried, R., Gather, U., Imhoff, M., Bauer, M. (2000) "Some Statistical Methods in Intensive Care Online-monitoring - A Review", in: Medical Data Analysis, R. W. Brause und E. Hanisch (eds.), Lecture Notes in Computer Science, Springer, Berlin, 67-77.
  • Gather, U., Fried, R., Imhoff, M. (2000) "Online Classification of States in Intensive Care", in: Data Analysis. Scientific Modeling and Practical Application, Festschrift für Hans-Herman Bock, W. Gaul, O. Opitz und M. Schader (eds.), Springer, Berlin, 413-428.
  • Imhoff, M. (2000) "Health Informatics", in: Evaluating Critical Care: Using Health Services Research to improve Quality Update in Intensive Care and Emergency Medicine, W. Sibbald und J. Bion (eds.), Springer, Heidelberg, 255-269.
  • Imhoff, M. (2000) "Clinical Pathways as a Tool for "Intelligent" Rationing in Intensive Care", in: Yearbook of Intensive Care and Emergency Medicine 2000, J. L. Vincent (ed.), Springer, Heidelberg, 781-792.
  • Imhoff, M., Morik, K., Gather, U., (2000) "Dynamic Knowledge Discovery and Validation for Medical Decision Support", in: Healthcare Information and Managements System Society 2000.  
  • Keller, M. (2000) "Hauptkomponentenanalyse für intensivmedizinische Zeitreihen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund. Morik, K., Imhoff, M., Brockhausen, P., Joachims, T., Gather, U. (2000), "Knowledge Discovery and Knowledge Validation in Intensive Care", Artificial Intelligence in Medicine, 19, 225-249.
  • Morik, K., Imhoff, M., Brockhausen, P., Joachims, T., Gather, U. (2000) "Knowledge Discovery and Knowledge Validation in Intensive Care", Artificial Intelligence in Medicine, 19, 225-249.

1999

1998 

1997

  • Bauer, M. (1997) "Simultane Ausreißer- und Interventionsidentifikation in Online-Monitoring-Daten", Dissertation, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Imhoff, M. (1997) "Implementation of a Clinical Information System: Expense in Manpower, Time, and Money", Journal für Anästhesie und Intensivmedizin, 3, 53-55.
  • Imhoff, M., Bauer, M., Gather, U., Löhlein, D. (1997a) "Time Series Analysis in Intensive Care Medicine", Applied Cardiopulmonary Pathophysiology, 6, 263-281.

1996

  • Imhoff, M., Bauer, M. (1996) "Time Series Analysis in Critical Care Monitoring",New Horizons, 4, 519-531.

1995

  • Imhoff, M. (1995) "A Clinical Information System (CIS) in Intensive Care: How to make it work?" in: 8th European Congress on Intensive Care Medicine, Ch. Roussos et al. (eds.), Monduzi Editore, Bologna, 399-403.
  • Imhoff, M., Mork, Ch., Lehner, J. H., Löhlein, D. (1995)  "Monitoring of Hepatic Venous Oxygen Saturation after Liver Resection: Clinical Practicability and Clinical Value", in: 8th European Congress on Intensive Care Medicine, Ch. Roussos et al. (eds.), Monduzi Editore, Bologna, 905-908.
  • Imhoff, M., Mork, Ch., Lehner, J. H., Löhlein, D. (1995)  "Effect of Prostacyclin on Hepatic Venous Oxygen Saturation after Liver Resection", in: 8th European Congress on Intensive Care Medicine, Ch. Roussos et al. (eds.), Monduzi Editore.

1994

  • Imhoff, M., Lehner, J. H., Löhlein, D. (1994) "2 Years Clinical Experience with a Clinical Information System on a Surgical ICU", in: 7th European Congress on Intensive Care Medicine, Ch. Roussos et al. (eds.), Monduzi Editore, Bologna, 163-166.

1993

  • Imhoff, M. (1993) "One Year Experience with a UNIX-based Clinical Information System (CIS) on an SICU", in: Patient Data Management in Intensive Care, K. Lenz und P. G. H. Metnitz (eds.), Springer, Wien, 107-114.
  • Imhoff, M. (1993) "Ein Unix-basiertes Klinisches Informationssystem in der Intensivmedizin", in: Jahrbuch der Anästhesie und Intensivmedizin 1993, Biermann, 171-175.

1992

  • Imhoff, M. (1992) "Acquisition of ICU data: Concepts and demands", International Journal of Clinical Monitoring and Computing, 9, 229-237.
  • Imhoff, M. (1992) "Klinischer Einsatz eines UNIX-basierten Klinischen Informationssystems (CIS) für die Intensivmedizin", Biomedical Journal, 34, 8-12.

Dissertationen

  • Bauer, M. (1997) "Simultane Ausreißer- und Interventionsidentifikation in Online-Monitoring-Daten", Dissertation, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Kuhls, S. (2008) "Planung, Durchführung und Analyse einer klinischen Studie zur Bewertung und zum Vergleich von Alarmsystemen in der Intensivmedizin", Dissertation, Fakultät Statistik, Technische Universität Dortmund.
  • Lanius, Vivian (2004) "Statistische Extraktion relevanter Information aus multivariaten Online-Monitoring-Daten der Intensivmedizin", Dissertation, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Sarishvili, A. (2001) "Neuronale Netze zur Modellierung multivariater intensivmedizinischer Zeitreihen", Dissertation, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.

Diplomarbeiten

  • Borowski, M. (2007) "Robuste Online-Signalextraktion mit adaptiven Fensterbreiten für multivariate Zeitreihen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Brinschwitz, H. (2007) "Statistische Analyse der klinischen Relevanz von intensivmedizinischen Schwellwertalarmen auf Basis von ausgewählten Alarmcharakteristika", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Albrecht, S. (2004) "Vergleich von Hauptkomponentenanalyseverfahren für Zeitreihen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Eustermann, H. (2003) "Modelwahl bei partiellen Korrelationsgraphen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Felsner, F. (2003) "Methoden der Prozesskontrolle im Online Monitoring", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Haumann, K. (1999) "Diskriminanzanalyse multivariater Zeitreihen in der Intensivmedizin", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Heiß, V. (1999) "Transferfunktionsmodelle zur Interventionsanalyse bei multivariaten Intensivmedizinischen Zeitreihen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Keller, M. (2000) "Hauptkomponentenanalyse für intensivmedizinische Zeitreihen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Keller, B. (2003) "Modellierung und Erkennung von Ausreißern in Zeitreihen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Ludwig, M. (2001) "Online Trenderkennung in Zeitreihen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Mathioschek, C. (1997) "Kalman-Filter-Methoden zur Modellierung bivariater intensivmedizinischer Zeitreihen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Mengesdorf, C. (1999) "Bayes'sche Netzwerke für intensivmedizinische Zeitreihen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Mitropoulou, E. (2003) "Filterverfahren für Zeitreihen mit Anwendung auf Daten aus der Intensivmedizin", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Mummenhoff, A. (2004) "Anwendung von Reduced-Rank autoregressiven Modellen auf intensivmedizinischen Zeitreihen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Nachtwey, K. (1998) "Ansätze der Modellbildung und Datenanalyse für intensivmedizinische Zeitreihen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Sarigiannis, C. (1997) "Graphische Modelle zur Untersuchung von Abhängigkeitsstrukturen zwischen intensivmedizinischen Variablen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Pivovara, A. (2004) "Splineglättung von intensivmedizinischen Zeitreihen", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Schettlinger, K. (2004) "Robust Methods for Signal Extraction from Time Series", Diplomarbeit, Fachbereich Statistik, Universität Dortmund.
  • Scholz, M. (2001) "Modellierung eines intensivmedizinischen Behandlungsprotokolls zur Validierung anhand realer Patientendaten", Diplomarbeit, Fachbereich Informatik, Universität Dortmund.

C7 : Statistische Komplexitätsreduktion in der molekularen Epidemiologie

Projektleitung: Prof. Dr. Dr. Hermann Bolt, Prof. Dr. Katja Ickstadt

Kurzbeschreibung

Zur Untersuchung chronischer Erkrankungen durch multifaktorielle Gen-Umwelt-Interaktionen tragen die Fächer Toxikologie, Molekulargenetik und Epidemiologie unter Mitarbeit klinischer Disziplinen wesentlich bei. Die große Variabilität der Sequenz des Humangenoms und moderne Technologien, die diese Sequenzvarianten mit einem hohen Durchsatz bestimmen lassen, führen in Studien über solche Gen-Umwelt-Interaktionen zu einem Aufkommen von Datenmengen, das eine Herausforderung an die Statistik in Zusammenarbeit mit den vorgenannten Disziplinen darstellt. Der Stand der Forschung auf dem Gebiet der individuell unterschiedlichen genetischen Suszeptibilität im Hinblick auf toxische Umweltbelastungen wurde im Jahre 2000 durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft in einem Rundtischgespräch ausführlich diskutiert. Im vorliegenden Teilprojekt wird als Beispieldatensatz zur Untersuchung von Gen-Umwelt-Interaktionen eine molekular-epidemiologische Studie zu Risikofaktoren bei der Entstehung von Brustkrebs genutzt. Diese Studie läuft in dem multidisziplinären Projektverbund "GENICA" im Rahmen des Deutschen Humangenomprojekts (DHGP). Hierbei handelt es sich um eine bevölkerungsbasierte Fall-Kontroll-Studie, in der der Einfluss genetischer Polymorphismen fremdstoffmetabolisierender Enzyme und weiterer für den Brustkrebs relevanter Faktoren auf die Entstehung und Prognose des Mammakarzinoms geprüft wird. Dabei werden mehr als 100 Sequenzvarianten in rund 50 Genen untersucht. Die Rekrutierung von 600 Fällen und 600 Kontrollen aus der Region Bonn lief zunächst bis Mitte 2002. Eine Verlängerung des GENICA-Projekts bis Mitte 2004 erlaubt jetzt die Einbeziehung von insgesamt 1000 Fällen und 1000 Kontrollen. Bei ca. 100 untersuchten genetischen Varianten ergibt sich somit aus dieser Studie ein Datenaufkommen von 200.000 untersuchten genetischen Einzelmerkmalen sowie dazu gehörende klinische und anamnestische Daten. Im Rahmen der GENICA-Studie ist lediglich eine deskriptive Analyse, aber keine weiterführende statistische Auswertung vorgesehen. Diese, verknüpft mit entsprechender Methodenentwicklung, wird innerhalb dieses Teilprojekts geleistet. Die Untersuchung von genetischen Varianten bildet dabei innerhalb der Statistik momentan ein wachsendes und aktives Forschungsgebiet. Auf diesem Hintergrund werden in diesem Teilprojekt statistische Verfahren zur Komplexitätsreduktion adaptiert und entwickelt, um die für die Entstehung von Brustkrebs relevanten Einflussfaktoren und Gen-Umwelt-Interaktionen aus der potentiell sehr großen Zahl von Faktoren und Faktorkombinationen zu bestimmen. Im Vordergrund stehen dabei clusteranalytische Methoden und Klassifikationsverfahren. Ziel bei der Weiterentwicklung der clusteranalytischen Methoden ist es, in den genetischen Varianten bzw. deren Kombinationen Muster zu finden. Bei der Adaption von Klassifikationsverfahren (z.B. Logic Regression, Multifactor Dimensionality Reduction, CART) liegt das Hauptaugenmerk darauf, bestmöglich zwischen Fällen und Kontrollen zu unterscheiden.

Arbeitspakete

  • Clusterfindung
  • Inter- und Intra-Cluster-Interaktionen
  • Klassifikation
  • Gen-Umwelt-Interaktionen
  • Haplotyping

Veröffentlichungen

  • Haas, S., Pierl, C., Harth, V., Pesch, B., Rabstein, S., Brüning, T., Ko, Y. D., Hamann, U., Justenhoven, C., Brauch, H., Fischer, H.-P. (2006), "Expression of Xenobiotics and Steroid Hormone Metabolizing Enzymes in Human Breast Carcinomas", erscheint in: International Journal of Cancer.
  • Ickstadt, K., Müller, T., Schwender, H. (2006), "Clustering and Discrimination Methods for Single Nucleotide Polymorphism Data", eingeladenes Paper. Erscheint in: Chance.
  • Rabstein, S., Unfried, K., Ranft, U., Illig, T., Kolz, M., Rihs, H.-P., Mambetova, C., Vlad, M., Brüning, T., Pesch, B. (2006), "Variation of the N-Acetyltransferase 2 Gene in a Romanian and a Kyrgyz Population", erscheint in: Cancer Epidemiology, Biomarkers and Prevention.
  • Schwender, H., Rabstein, S., Ickstadt, K. (2006). "Do you speak Genomish?", eingeladenes Paper. Erscheint in: Chance.
  • Abraham, B. K., Justenhoven, C., Pesch, B., Harth, V., Weirich, G., Baisch, C., Rabstein, S., Ko, Y. D., Brüning, T., Fischer, H. P., Haas, S., Brod, S., Oberkanins, C., Hamann, U., Brauch, H. (GENICA Network) (2005), "Investigation of Genetic Variants of Genes of the Hemochromatosis Pathway and their Role in Breast Cancer", Cancer Epidemiology, Biomarkers and Prevention, 14, 1102 – 1107.
  • Bolt, H. M., Selinski, S., Dannapel, D., Blaszkewicz, M., Golka, K. (2005), "Re-investigation of the Concordance of Human NAT2 Phenotypes and Genotypes", Archives of Toxicology, 79, 196 – 200.
  • Pesch, B., Ko, Y. D., Brauch, H., Hamann, U., Harth, V., Rabstein, S., Pierl, C., Fischer, H. P., Baisch, C., Justenhoven, C., Ranft, U., Brüning, T. (2005), "Factors Modifying the Association between Hormone-Replacement Therapy and Breast Cancer Risk", European Journal of Epidemiology, 20, 699 – 711.
  • Roos, P. H., Bolt, H. M. (2005), "Cytochrome P450 Interactions in Human Cancers: New Aspects Considering CYP1B1", Expert Opinion, 1, 187-202.
  • Schwender, H. (2005), "Modifying Microarray Analysis Methods for Categorical Data – SAM and PAM for SNPs", in: Classification – the Ubiquitous Challenge, C. Weihs und W. Gaul (Hrsg.), Springer, Heidelberg, 370 – 377.
  • Bolt, H. M., Brüning, T., Harth, V., Ko, Y. D., Leng, G., Lewalter, J., Pesch, B., Thier, R. (2004), "Evaluation of Susceptibility Parameters in Occupational and Environmental Medicine", in: DFG, Analyses of Hazardous Substances in Biological Materials, Volume 9, Special Issue: Markers of Susceptibility, 315 – 321, Wiley-VCH.
  • Bolt, H. M., Degen, G. H. (2004) "Human carcinogenic risk evaluation, part II: contributions of the EUROTOX specialty section for carcinogenesis", Toxicological Sciences, 81, 3 – 8.
  • Bolt, H. M., Foth, H., Hengstler, J. G., Degen, G. H. (2004), "Carcinogenicity Categorization of Chemicals – New Aspects to be Considered in a European Perspective", Toxicology Letters, 151(1), 29 – 41.
  • Bolt, H. M., Golka, K. (2004), "1,3-Propane Sultone, an Extremely Potent Experimental Carcinogen: What should be Expected in Humans?", Toxicology Letters, 151(1), 251 – 254.
  • Bolt, H. M., Lammert, M., Selinski, S., Brüning, T. (2004), "Urinary Alpha1-microglobulin Excretion as Biomarker of Renal Toxicity in Trichloroethylene-exposed Persons", International Archives of Occupational and Environmental Health, 77(3), 186 – 190.
  • Bonacker, D., Stoiber, T., Böhm, K. J., Unger, E., Degen, G. H., Thier, R., Bolt H. M. (2004), "Chromosomal Genotoxicity of Nitrobenzene and Benzonitrile", Archives of Toxicology, 78, 49 – 57.
  • Brauch, H., Weirich, G., Klein, B., Rabstein, S., Bolt, H. M., Brüning, T., Brauch, H. (2004), "VHL Mutations in Renal Cell Cancer: Does Occupational Exposure to Trichloroethylene Make a Difference?", Toxicology Letters, 151(1), 301 – 310.
  • Golka, K., Wiese, A., Assenato, G., Bolt, H. M. (2004), "Occupational Exposure and Urological Cancer", World Journal of Urology, 21, 382 – 391.
  • Justenhoven, C., Hamann, U., Pesch, B., Harth, V., Rabstein, S., Baisch, C., Vollmert, C., Illig, T., Ko, Y. D., Brüning, T., Brauch, H. (2004), "ERCC2 Genotypes and a Corresponding Haplotype are Linked with Breast Cancer Risk in a German Population", Cancer Epidemiology, Biomarkers and Prevention, 13, 2059 – 2064.
  • Moors, S., Selinski, S., Degen, G. H. (2004), "Toxicokinetics of the Xenoestrogen Bisphenol A in Pregnant and Non-pregnant DA/Han Rats", Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology, 369, Supplement 1, R109 (#434).
  • Neuhaus, T., Geisen, G., Bolt, H. M., Janzen, V., Kraemer, A., Vetter, H., Ko, Y. D. (2004) "Reliability of Non-invasively Acquired Human Genomic DNA as a Substrate for Real-time PCR-assisted Analysis of Genetic Polymorphisms", Archives of Toxicology, 78, 390 – 396.
  • Neuhaus, T., Ko, Y. D., Lorenzen, K., Fronhoffs, S., Harth, V., Bröde, P., Vetter, H., Bolt, H. M., Pesch, B., Brüning, T. (2004), "Association of Cytochrome P450 2E1 Polymorphisms and Head and Neck Squamous Cell Cancer", Toxicology Letters, 151(1), 273 – 282.
  • Pesch, B., Brüning, T., Frentzel-Beyme, R., Johnen, G., Harth, V., Hoffmann, W., Ko, Y. D., Ranft, U., Traugott, U. G., Thier, R., Taeger, D., Bolt, H. M. (2004), "Challenges to Environmental Toxicology and Epidemiology: Where Do We Stand and Which Way Do We Go?", Toxicology Letters, 151(1), 255 – 266.
  • Schwender, H., Zucknick, M., Ickstadt, K., Bolt, H. M. (2004), "A Pilot Study on the Application of Statistical Classification Procedures to Molecular Epidemiological Data", Toxicology Letters, 151(1), 291 – 299.
  • Thier, R., Brüning, T., Roos, P. H., Rihs, H.-P., Golka, K., Ko, Y. D., Bolt, H. M. (2003), "Markers of Genetic Susceptibility in Human Environmental Hygiene and Toxicology: The Role of Selected CYP, NAT and GST Enzymes", International Journal of Hygiene and Environmental Health, 206, 149 – 171.

Workshops

Statistical Methods in Molecular Epidemiology (SMiME)

Vorträge

  • Ickstadt, K. (2006), "Klassifikation und Variablenselektion für Genetische Daten", Kolloquiumsvortrag, Technische Universität Darmstadt.
  • Rabstein, S. (2006), "Haplotypisierungsverfahren in Epidemiologischen Studien", Vortrag, Statistisches Kolloquium, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf.
  • Sastry, R., Schwender, H. (2006), "Statistical Analysis of Safety Data of Selected Departments of Energy Facilities", Poster, First Annual Conference on Quantitative Methods and Statistical Applications in Defense and National Security, Santa Monica, USA.
  • Bolt, H. M. (2005), "Assessment of Risks of Endocrine Modelling Chemicals", Vortrag, Workshop Environmental Toxicology at the Indian Science Congress, Ahmedabad, Indien.
  • Bolt, H. M. (2005), "Status of Environmental Toxicology in Germany", Vortrag, Workshop Environmental Toxicology at the Indian Science Congress, Ahmedabad, Indien.
  • Ickstadt, K., (2005) "Analyzing SNP Data: Clustering and Classification", Vortrag, Fachbereich Statistik, Universidad Carlos III de Madrid, Spanien.
  • Ickstadt, K. (2005), "Classification and Variable Selection for SNP Data", eingeladener Kurzvortrag, Oberwolfach-Workshop 0542 "Statistische und Probabilistische Methoden der Modellwahl", Oberwolfach.
  • Ickstadt, K. (2005), "Analyzing SNP-Data: Clustering and Classification", eingeladener Vortrag, ISDS Duke University, Durham, NC, USA.
  • Müller, T. (2005), "Similarity Measures for SNP-Data", Vortrag, Séminair Européen de Statistique 2005, Statistics in Genetics and Molecular Biology, Warwick, England.
  • Müller, T., Selinski, S., Ickstadt, K. (2005), "A Comparison of Similarity Measures for Genetic Data (SNPs)", Poster, MCMSki, 2nd IMS-ISBA Joint Meeting, Bormio, Italien.
  • Schwender, H. (2005), "Applying Classification and Variable Selection Methods to SNP-Data", eingeladener Vortrag, Seminar 'Genombasierte Bioinformatik', Charite, Berlin.
  • Schwender, H. (2005), "Identification of SNP-Interactions using Logic Regression", Poster, Workshop on Statistics and Genetics, Estoril, Portugal.
  • Schwender, H. (2005), "Adapting Microarray Analysis Tools to Single Nucleotide Polymorphism Data", Poster, 15th Annual Meeting Mathematical and Statistical Aspects of Molecular Biology, Harpenden, England.
  • Selinski, S., Müller, T. (2005), "Similarity Measures for Detecting Interactions of Genetic Polymorphisms and Environmental Factors", Vortrag, 51. Biometrisches Kolloquium, Halle/Saale.
  • Bolt, H. M. (2004), "Aussagekraft epidemiologischer Studien aus toxikologischer Sicht: Kritische Stellungnahme zu vergestellten Studien", Vortrag, 45. Frühjahrstagung der 'Deutsche Gesellschaft für experimentelle und klinische Pharmakologie und Toxikologie' (DGPT), Mainz.
  • Bolt, H. M. (2004), "Benzene Exposure and Effects", Round Table Discussion, International Workshop Recent Advances in Benzene Toxicity, München.
  • Bolt, H. M. (2004), "Biological Monitoring and Biological Limit Values: The Strategy of the European Union", Vortrag, 6th International Symposium on Biological monitoring in Occupational and Environmental Health, Heidelberg.
  • Bolt, H. M. (2004), "CYP Interactions in the Pathophysiology of Human Smoking related Non-lung Cancer", Vortrag, 15th International Symposium on Microsomes and Drug Oxidations, Mainz.
  • Bolt, H. M., Selinski, S., Blaszkewicz, M., Golka, K. (2004), "Human Genotyping vs. Phenotyping of NAT2", Poster, 10th International Congress of Toxicology, Tampere, Finnland.
  • Harth, V., Pesch, B., Rabstein, S., Pierl, C., Baisch, C., Kauppinen, T., Brauch, H., Fischer, H. P., Hamann, U., Justenhoven, C., Ko, Y. D., Brüning, T. (2004), "The GENICA Study: First Results from a German Case-Control Study on Occupational Exposures, Hormone Replacement Therapy and Breast Cancer Risk", Poster, 45. Frühjahrstagung der 'Deutsche Gesellschaft für experimentelle und klinische Pharmakologie und Toxikologie' (DGPT), Mainz.
  • Ickstadt, K. (2004), "Statistische Analysemethoden zur Auffindung von Gen-Gen- bzw. Gen-Umwelt-Interaktionen bei sporadischem Brustkrebs", Vortrag, Statistisches Kolloquium der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf.
  • Ickstadt, K. (2004), "Statistische Analysemethoden zur Auffindung von Gen-Gen- bzw. Gen-Umwelt-Interaktionen bei sporadischem Brustkrebs", Vortrag, Institut für Medizinische Biometrie, Epidemiologie und Informatik (IMBEI), Universität Mainz.
  • Pesch, B., Rabstein, S., Kappler, M., Rihs, H.-P., Marczynski, B., Raulf-Heimsoth, M., Brüning, T. (2004), "Practical Approaches to Investigate Complex Genetic Variability", Vortrag, 1st International Conference Molecular Research in Environmental Medicine, Düsseldorf.
  • Schwender, H. (2004), "Modifying Microarray Analysis Methods for Categorical Data – SAM and PAM for SNPs", Vortrag, 28, Jahrestagung der Gesellschaft für Klassifikation, Universität Dortmund.
  • Selinski, S., Zucknick, M., Ickstadt, K., Bolt, H. M. (2004), "Strategies for Detecting Interactions of Genetic Polymorphisms and Environmental Factors", Poster, International Conference on Analysis of Genomic Data, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts, USA.
  • Selinski, S., Rabstein, S. (2004), "Similarity Measures for Clustering SNP Data", Vortrag, 28. Jahrestagung der Gesellschaft fü Klassifikation, Universität Dortmund.

Kooperationen

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