Wprowadzenie do teorii zbiorow przyblizonych (czesc II)

Odkrywanie wiedzy z danych przy
użyciu zbiorów przybliżonych
Wykład 3
Tablice decyzyjne
Spójnośd tablicy decyzyjnej
Niespójna tablica decyzyjna
Spójnośd tablicy decyzyjnej - formalnie
Spójnośd TD a uogólniony atrybut
decyzyjny
Spójnośd TD a uogólniony atrybut
decyzyjny
Reguły minimalne
Od tablicy do reguł
Reguły minimalne „grypa”
Przykład 2
Tablica jest niespójna !!!!
Wprowadzamy uogólniony atrybut decyzyjny A
Teraz w tablicy występują powielone obiekty
Eliminujemy powielone obiekty
Tworzymy macierz nierozróżnialności
Źródło: Roman Siminski
Generowanie reguł minimalnych – przypomnienie działao w algebrze Boola
Zbiory przybliżone w praktyce
Zbiory przybliżone w praktyce
Diagnozowanie encefalomiopatii
mitochondrialnych
Rozprawa doktorska, grant badawczy
KBN (autor: dr Piotr Paszek), ŚAM
Diagnozowanie to jest:
•
procesem długotrwałym, skomplikowanym, kosztownym i co najważniejsze
nieobojętnym dla pacjenta.
•
Proponowane procedury diagnostyczne, w kolejnych etapach postępowania,
zmierzają
do
zróżnicowania
między
wieloma
wrodzonymi
schorzeniami
metabolicznymi a MEM
•
Postawienie ostatecznej diagnozy – określenie konkretnej jednostki chorobowej
(klasyfikacja) – wymaga wykonania wielu badao, określenia wartości wielu
parametrów (objawów klinicznych, poziomów kwasów, zmian biochemicznych w
mózgu, poziomu enzymów w tkankach) i związków między nimi.
Badania inwazyjne i nieinwazyjne
•
Badania prowadzące do wykrycia konkretnej jednostki chorobowej można
podzielid – ze względu na sposób przeprowadzenia badania – na badania
nieinwazyjne i inwazyjne.
•
Jednym z badao nieinwazyjnych jest tomografia rezonansu magnetycznego, która
dostarcza informacji o zmianach w mózgu pacjenta. Nie jest to jednak badanie
rozstrzygające.
•
Spektroskopia rezonansu magnetycznego to kolejne badanie nieinwazyjne, które
znalazło zastosowanie w diagnozowaniu MEM. Dzięki MRS można zaobserwowad
zmiany biochemiczne w mózgu. W wyniku zastosowania MRS nie można jednak
stwierdzid jaka jednostka chorobowa wywołała MEM.
Badania inwazyjne
•
pobranie próbek krwi i płynu mózgowo–rdzeniowego w celu określenia
poziomów stężeo kwasów mlekowego i pirogronowego w tych
środowiskach. Wyniki tych pomiarów są podstawą do dalszej diagnozy. Nie
dają one jednak koocowego rozpoznania jednostki chorobowej
•
pobieranie próbek mięśni i nerwów. Na tych próbkach dokonywany są
różnego typu badania np. pomiar poziomu enzymów oksydazy C,
wykrywanie
mutacji
mtDNA,
określenie
zmian
w
strukturze
mitochondriów. Wyniki tych badao dają ostateczną diagnozę –
stwierdzenie lub wykluczenie choroby z grupy MEM
W tradycyjnej metodzie diagnostycznej
lekarze dokonywali wstępnej selekcji pacjentów na podstawie objawów klinicznych
podział pacjentów na dwie grupy
grupa dzieci podejrzanych o MEM
grupa pacjentów u których nie
występują encefalomiopatie
mitochondrialne
Kierowani do dalszych badao
dzieci zdrowe lub z innymi wrodzonymi
schorzeniami metabolicznymi), które nie
będą poddane dalszym badaniom
inwazyjnym
Możliwy schemat postępowania
Podział pacjentów na 2 grupy
wygenerowad reguły, które klasyfikują nowe przypadki do
odpowiedniej grupy. Jest to pierwszy etap diagnozy.
grupa dzieci podejrzanych o MEM
I etap
grupa pacjentów u których nie występują encefalomiopatie
mitochondrialne
II etap
Kierowani do dalszych badao
dzieci zdrowe lub z innymi wrodzonymi schorzeniami
metabolicznymi), które nie będą poddane dalszym
badaniom inwazyjnym
Ważne
Aby można było stworzyd reguły klasyfikacji dokonanych
w pierwszym i drugim etapie, należy określid atrybuty,
które będą brane pod uwagę w systemie i ich
wartości!!!
W trzecim etapie w poprzednio wyselekcjonowanej
grupie chorych zostaną pobrane wycinki mięśni lub
nerwów do oceny aktywności enzymatycznej – badania
poziomu enzymów – w tych tkankach. Najczęściej
pobierany jest wycinek mięśnia szkieletowego, który
charakteryzuje się dużą liczbą mitochondriów, jak i
wysoką aktywnością metabolizmu energetycznego
Jak to było w praktyce…
Na podstawie danych otrzymanych z II Kliniki i
Katedry Śląskiej Akademii Medycznej, oraz po
konsultacjach z zespołem neurologów
dziecięcych ustalono zestaw objawów
klinicznych –atrybutów – branych pod uwagę
przy
diagnozie
encefalomiopatii
mitochondrialnych.
Objawy kliniczne
Numer
Opis
Numer
Opis
1 –
opóźnienie i/lub regres,
2 – hipotonia mięśniowa,
3 –
padaczka,
4 – zaburzenia rozwoju somatycznego,
5 –
zanik nerwu wzrokowego,
6 – oftalmoplegia,
7 –
oczopląs i/lub opsoklonie,
8 – zaburzenia spastyczne i inne,
9 –
neuropatia obwodowa,
10 – wymioty,
11 –
ubytki słuchu,
12 – zlewne poty,
13 –
zaburzenia układu krążenia, bloki,
14 – zaburzenia rytmu serca,
15 –
dysfunkcja wątroby,
16 – wielkogłowie,
17 –
małogłowie,
18 – miopatia,
19 –
mioklonie,
20 – kardiomiopatia,
21 –
ślepota,
22 – retinitis pigmentosa,
23 –
zespół spastyczny połowiczy,
24 – zaburzenia połykania,
25 –
zaburzenia oddychania,
26 – ataksja,
27 –
ostry niedowład połowiczy.
Ponieważ objawy kliniczne – atrybuty, mogły
występowad z różnym nasileniem przyjęto
następujący zbiór wartości dla tych objawów:
• (-1)–przy braku danego objawu,
• ( 0)–przy braku informacji o występowaniu danego
objawu (brak danych),
• ( 1)–gdy dany objaw występował,
• ( 2)–w szczególnych przypadkach, gdy nasilenie objawu
było patologiczne.
• Na podstawie tych atrybutów – objawów
klinicznych – dokonywana jest pierwsza
selekcja pacjentów. Zostaje podjęta decyzja do
której grupy pacjent zostaje zakwalifikowany.
• Powstaje tablica decyzyjna, na podstawie
której zostają utworzone reguły, które
klasyfikują nowe przypadki.
Numer atrybutu
Lp.
10
1
2
3
4
5
6
7
1 -1
1
1
1 -1 -1
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Dec.
1 -1
20 -1
1 -1 -1 -1 -1
30
1
1
1
1 -1 -1 -1 -1 -1
40
1
1
1
1 -1 -1 -1 -1
50
1 -1
1
1
1 -1
1 -1
1
60 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
1 -1
1 -1 -1
1 -1
1 -1 -1
1 -1
1 -1
1 -1 -1 -1
1 -1 -1
1
1 -1 -1
1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
1 -1 -1
1
1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
1
1 -1
1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
1
1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
1
1 -1
1
1
1 -1
1 -1 -1 -1 -1
1 -1 -1 -1 -1 -1
1 -1
1 -1
1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
-1
Parametry biochemiczne brane pod uwagę
przy diagnozowaniu MEM (II etap)
Numer
Opis
1
–poziom kwasu mlekowego w surowicy krwi;
2
–poziom kwasu mlekowego w płynie mózgowo–rdzeniowym (pmr);
3
–poziom kwasu pirogronowego w surowicy krwi;
4
–poziom kwasu pirogronowego w pmr;
5
–stosunek kwasu mlekowego do pirogronowego w surowicy krwi;
6
–stosunek kwasu mlekowego do pirogronowego w pmr.
Na podstawie tych atrybutów – poziomów
kwasów – dokonywana jest kolejna
klasyfikacja pacjentów. Powstaje tablica
decyzyjna, na podstawie której zostaną
utworzone reguły, które klasyfikują nowe
przypadki.
Fragment tablicy decyzyjnej dla 6 atrybutów
warunkowych – 2 etap diagnozy
Numer atrybutu
Lp.
1
2
3
4
5
6
decyzja
1150
2.17
1.00
2.17
5.37
0.232
3.35
3
1160
0.55
0.07
7.86
1.24
0.09
13.78
2
1170
0.60
0.04
15.00
1.20
0.09
13.33
2
1190
0.87
0.48
1.81
0.91
0.24
3.79
1
III etap
• w poprzednio wyselekcjonowanej grupie chorych zostają pobrane
wycinki mięśni lub nerwów do oceny aktywności enzymatycznej.
Najczęściej pobierany jest wycinek mięśnia szkieletowego, rzadziej
wycinki nerwów
• Na tych próbkach dokonywany są różnego typu badania:
biochemiczne, morfologiczne, genetyczne. W wyniku tych badao
określony zostanie poziom enzymów oksydazy C.
• Zaburzenia tych poziomów świadczą o nieprawidłowym
funkcjonowaniu łaocucha oddechowego komórki. Ponadto badaniu
podlega a mitochondrialne DNA w celu wykrycia mutacji w mtDNA.
Bada się również zmiany w strukturze mitochondriów.
• Wyniki tych badao – w szczególności pomiar poziomu enzymów –
dają ostateczną diagnozę.
Fragment danych dotyczących
poziomu enzymów w próbkach mięśni
•
•
•
•
•
•
Lp. – numer pacjenta
A – kompleks oksydazy cytochromowej,
B – oksydaza cytochromowa,
C – dehydrogenaza bursztynianowa,
D – dehydrogenaza maleinianowa,
E – syntetaza cytrynianowa.
Lp.
A
B
C
D
E
250
66
320
108 4940 1790
300
47
428
115 3330 1870
430
57
482
110 4840 1240
440
52
433
136 4250
560
32
440
108 5820 1370
720
60
407
124 3270 1950
0
Cele systemu
• skrócenie czasu potrzebnego do postawienia
ostatecznej diagnozy;
• maksymalne ograniczenie wskazao do
inwazyjnych metod diagnostycznych (punkcje,
wycinki z mięśnia lub nerwu);
• stworzenie systemu wspomagającego decyzje
w diagnozowaniu MEM u dzieci.
Ogólny schemat uczenia maszynowego
Klasyfikacja nowych przypadków
Diagnoza
Podsumowanie
• Teoria zbiorów przybliżonych świetnie nadaje
się do reprezentacji pojęd niespójnych.
• Pozwala redukowad wiedzę do niezbędnego
minimum.
• Pozwala generowad reguły minimalne – które
skracają drogę wnioskowania.