Origin w analizie danych biomedycznych
Numeryczna analiza danych z obszaru medycyny, biologii, farmakologii, biochemii czy nauk pokrewnych to jeden z dużych obszarów zastosowania programu ORIGIN.
Program został wyposażony w szeroki zestaw procedur wyznaczania parametrów statystyk opisowych wzbogacony o analizę częstości zdarzeń, możliwość wyliczania współczynników korelacji oraz prowadzenia testów normalności. Dodane wizualizację graficzne pozwalają przedstawiać parametry w formie histogramu częstości czy na przykład tzw. „skrzynek z wąsami”. Każda analiza może być indywidualnie konfigurowana przez użytkownika, który może wybierać zestaw parametrów jakie będą wyznaczone oraz rodzaj wizualizacji danych. Mocną stroną programu są jednak analizy bardziej zaawansowane. Metody, które do niedawna były domeną nauk technicznych, są z powodzeniem stosowane w naukach biomedycznych.
Nieliniowe dopasowanie krzywych
Nieliniowe dopasowanie krzywych to procedura, bez której nie mogą obecnie funkcjonować nauki biomedyczne. Program posiada wiele wbudowanych modeli krzywych dopasowania. Moduł o nazwie Fitting Function Organizer pozwala zarządzać biblioteką tych modeli. W programie zdefiniowane są dziesiątki funkcji ogólnego zastosowania, ale są też rodziny funkcji specyficznych dla określonej dziedziny, a ich przykładem niech będą funkcje stosowane w chromatografii, elektrofizjologii, farmakologii czy spektroskopii.
Zastosowanie metody nieliniowego dopasowania krzywych wiąże się jedynie z koniecznością wyboru określonego modelu krzywej. Parametry opisujące wybrany przez użytkownika model wyznaczane są automatycznie.
Funkcjonujący w środowisku programu ORIGIN system szablonów i formatów wizualizacji oraz analiz pozwala w łatwy sposób powielać raz wykonane prezentacje graficzne czy przeprowadzone analizy. Każda ostatnio przeprowadzona analiza może być powielona lub po wywołaniu jej parametrów można dokonać ich zmiany. Każda analiza o indywidualnie dobranych parametrach może być zapamiętana pod unikalną nazwą, która będzie ją identyfikować. W przyszłości wystarczy tylko zapamiętany szablon analizy zastosować do nowego zestawu danych, aby powielić analizę. Użytkownik ma pełny wpływ na format wyników analiz. Może dokonać edycji raportu, który będzie zawierał niezbędne dane i stanie się elementem szablonu analizy. Pozwala to nie tylko powielić samą analizę na innym zestawie danych, ale również format raportu wyników.
Modelowanie krzywych typu
dose-response, krzywe 4PL i 5PL
Modelowanie tego rodzaju krzywych to jeden z przypadków modelowania nieliniowego. Zjawiska opisywane terminem dose-response stały się tak powszechne, że do ich opisu została stworzona osobna grupa funkcji. Biblioteka modeli funkcji dopasowania w rodzinie krzywych o nazwie Growth/Sigmoidal zawiera modele funkcji dla tego typu krzywych. Program może dodać na wykresie tabelaryczne zestawienie z parametrami krzywej dopasowania. Stosowane przy tego typu zagadnieniach krzywe logistyczne cztero- i pięcioparametrowe (4PL i 5PL) są dostępne w bibliotece funkcji dopasowania pod nazwą Logistic i Logistic5.
Program został wyposażony w wiele unikalnych funkcji dopasowania stosowanych do modelowania reakcji systemu na zmieniająca się dawkę substancji. Wśród nich jest funkcja typu bi-dose-response oraz z zakresu dopasowania powierzchni funkcja dose-response-2D, pozwalająca modelować wpływ dwóch czynników.
Funkcja typu bi-dose-response |
|
Funkcja typu dose-response-2D |
Program udostępnia też modele wielu innych funkcji, z których kilka wymienionych zostało poniżej:
- funkcja Boltzmana tworząca krzywe sigmoidalne (Boltzmann Function)
- transformowana funkcja Boltzmanna (Transformed Boltzmann Function)
- podwójna funkcja Boltzmanna (Double Boltzmann Function)
- funkcja Hill'a (Hill Function)
- model wzrostu Gompetza (Gompertz Growth Model)
- sigmoidalne funcje logistyczne (Sigmoidal Logistic Function)
- funcja Richardsa (Sigmoidal Richards Function)
- funkcja Weibulla (Sigmoidal Weibull Function)
Wyznaczanie parametrów EC50 i IC50
Po wyznaczeniu dopasowania krzywej dose-response ORIGIN pozwala w łatwy sposób wyznaczyć parametry typu EC50/IC50, gdyż są one pochodnymi parametrów krzywej dopasowania. Program pozwala przeprowadzić procedurę post-fit, która jest programem napisanym w języku LabTalk, w który wyposażone jest środowisko programu ORIGIN. Efektem pracy tej procedury są automatycznie wyliczone parametry EC20, EC50 i EC80. Wystarczą dokonane przez użytkownika niewielkie modyfikacje procedury post-fit, aby wyliczyć inne wymagane parametry.
Model funkcji typu dose-response oraz modele logistyczne 4PL i 5PL są wyposażone w formuły wyznaczające wskaźniki toksykologiczne, na podstawie parametrów dopasowanej krzywej. Okno Fitting Function Organizer dla tych modeli zawiera definicję określonych wskaźników w sekcji Derived Parameters, co pokazuje rysunek obok.
Dopasowanie pików
Program wyposażony jest w specjalne procedury pozwalające realizować dopasowanie pików do danych, jeśli ich charakter wskazuje, że są one efektem nałożenia wielu pików. Program może uwzględnić również piki ukryte, nie widoczne bezpośrednio w danych wejściowych. Automatycznie wyznaczane są parametry wszystkich pików w próbce danych wejściowych. Procedura dopasowania pików pozwala wybrać ich charakter, oddając do dyspozycji użytkownika trzy ich rodzaje: piki Gaussa, Lorentza i Voigta. Istnieje możliwość zdefiniowania linii bazowej i uwzględnienia jej przebiegu w wyznaczaniu parametrów pików.
Krzywe ROC
Krzywe ROC (Receiver Operating Characteristic) mające swoje korzenie w kręgach militarnych II wojny światowej bardzo szybko stały się narzędziem wspomagającym system podejmowania decyzji. Obecnie są szeroko stosowane w różnych kręgach związanych z różnymi formami systemu decyzyjnego. Szczególnie wszechstronne zastosowanie znalazły między innymi w diagnostyce medycznej. ORIGIN pozwala wnioskować o jakości testów diagnostycznych zarówno na podstawie kształtu krzywej ROC jak i daje możliwość oceny liczbowej poprzez wyznaczenie pola pod tą krzywą.
Analiza przeżywalności
Procedury analizy przeżywalności (Survival Analysis) są często stosowanym narzędziem analizy w naukach biomedycznych. W środowisku programu ORIGIN możliwe jest stosowanie trzech algorytmów wykorzystywanych w analizie przeżycia: estymacja funkcji przeżycia z użyciem estymatora Kaplana-Meiera, modelowanie regresyjne wykorzystujące model proporcjonalnego hazardu Cox’a oraz metoda bazująca na dopasowaniu Weibull’a. Raport wyników analizy generowany jest w strukturze arkusza danych. W arkuszu umieszczony też zostaje wykres funkcji przeżycia oraz funkcji hazardu w metodzie opartej na modelu Cox’a.
Wykresy umieszczone w strukturze arkusza mogą podlegać takiej samej edycji jak każdy samodzielny wykres umieszczony w oknie graficznym. Struktura arkusza danych jest wygodnym miejscem do sporządzania wszelkiego rodzaju raportów i jest wykorzystywana przez każdą z analiz wykonywanych w środowisku programu.
Import danych
W zastosowaniach biomedycznych decydujące znaczenie ma możliwość współpracy programu z laboratoryjną aparaturą pomiarową. Program pozwala na bezpośredni import wielu formatów danych stosowanych przez uznanych producentów sprzętu laboratoryjnego. Możliwość definiowania filtrów importu z zastosowaniem modułu Import Wizard pozwala dobrać parametry importu dla każdego formatu pliku ASCII. Procedura importu, podobnie jak procedury analizy danych może być zapisana celem wielokrotnego wykorzystania.