Leben und Wirken von Friedrich WingertStudium- Von der Mathematik zur Medizin - Friedrich Wingert begann sein Universitätsstudium entsprechend seiner mathematischen Begabung im Fachgebiet Mathematik in Frankfurt am Main. Nach dem Vordiplom in Mathematik entschloss er sich zum Studium der Medizin, um seine mathematischen Kenntnisse in einem Anwendungsgebiet nutzbringend zur Geltung bringen zu können. Dissertation - Wachstumsprozesse - Seine großen wissenschaftlichen Fähigkeiten zeigten sich schon bei seiner Promotionsarbeit, die Wachstumsprozesse bei der Gehirnentwicklung klären sollte. Dieses Wachstum verläuft in einer S-Form. Der erste historische Ansatz für eine mathematische Analyse von S-förmigen Wachstumsverläufen stammte von dem Franzosen Verhulst, der 1843 das Modell einer dreiparametrigen Wachstumsfunktion beschrieb. Der mit ihr verbundene Rechenaufwand war indessen so groß, dass er erst sehr viel später mit Hilfe der elektronischen Datenverarbeitung geleistet werden konnte. Eine gewisse Vereinfachung brachte im Jahre 1944 die Verwendung der Logits durch Berkson. Nach dem zweiten Weltkrieg begnügten sich viele Autoren in der Biologie und Medizin mit Freihandkurven, um den Verlauf von Wachstumsdaten anzugeben. Dieses Verfahren gibt jedoch nur grobe Information über das Wachstum und schließt eine wissenschaftlichstatistische Analyse aus. Weiterhin wurden in die S-förmigen Datenverläufe lineare Funktionen hineingelegt, die aber zu falschen Schlüssen führen müssen, weil sie über den gesamten Datenverlauf keine Aussagen ermöglichen. Friedrich Wingert entschloss sich, die logistische Wachstumsfunktion zu verwenden und schrieb das dazugehörige Programm LOGI in FORTRAN für die IBM 7094 im Deutschen Rechenzentrum in Darmstadt. Ein wesentliches Problem in der Bewertung solcher S-förmigen Wachstumsverläufe ist die breite Streuung der Messdaten. Mathematische Funktionen können die zahlreichen Messdaten auf wenige Parameter "komprimieren". Diese mathematische Abstraktion führt zu "harten Daten" mit den zugehörigen Konfidenzbereichen. Die Resultate der Berechnungen waren spektakulär. Die logistische Wachstumsfunktion beantwortete die Fragen nach der idealen (adulten) Organgröße, der Halbwertzeit des Wachstums und die Wachstumsform durch 3 Parameter. Die Bedeutung dieser Ergebnisse war offensichtlich, weil Wachstumsprozesse für alle Lebewesen in der Biologie und Medizin existentiell sind. Das Wachstum gehört wie der Stoffwechsel, die Atmung und die Vermehrung zu den basalen Eigenschaften der Lebewesen. Aus diesen Gründen wurde die Promotionsarbeit von Friedrich Wingert (5) mit summa cum laude beurteilt und mit dem Paul-Ehrlich-Preis ausgezeichnet. Tätigkeit im Deutschen Rechenzentrum - Logistische Wachstumsfunktion - Nach dem Abschluss seines Medizinstudiums (Note sehr gut) war Friedrich Wingert als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Deutschen Rechenzentrum Darmstadt tätig. Dort generalisierte er die logistische Wachstumsfunktion durch Einfügen von Polynomen höheren Grades. Das Deutsche Rechenzentrum stellte diese Programme interessierten Benutzern zur Verfügung. Dank ihrer Anpassungsfähigkeit konnten diese Programme in vielen Bereichen der Biologie und Medizin eingesetzt werden. Mit diesen Programmen wurde das Wachstum der menschlichen Gehirne von Populationen, die vor mehr als 90 Jahren gemessen worden waren, mit dem Wachstum der Gehirne von einer heutigen Population verglichen (69). Dafür wurden die berechneten logistischen Wachstumsfunktionen der weiblichen Gehirne und der männlichen Gehirne standardisiert, d. h. das ideale Organgewicht wurde auf 1 gesetzt. Die y-Werte entsprechen dann einem "Reifegrad". Die weiblichen Gehirne zeigten sowohl bei der über 90 Jahre alten Population als auch der heutigen Population einen höheren Reifegrad als die männlichen Gehirne und damit eine schnellere Entwicklung. Diese quantitativen Ergebnisse korrelieren mit der Erfahrung, dass die geistige Reifung der Mädchen im Mittel schneller als die der Jungen verläuft. Der weitere zeitliche Vergleich der standardisierten Wachstumsfunktionen der heutigen Population mit der über 90 Jahre älteren Population ergab sowohl bei den Mädchen als auch bei Jungen der heutigen Population eine schnellere Entwicklung. Wendet man die logistische Wachstumsfunktion auf einzelne Hirnregionen an, lässt sich nachweisen, dass sich diese Hirnregionen unterschiedlich, d. h. heterogen entwickeln (6,7,8,15,19). Es gibt unter diesen Hirnregionen Früh- und Spätentwickler. Dies trifft für einen Säuger wie die Albinomaus, aber auch für die menschliche Hirnentwicklung zu. Bei diesen Studien wurde erstmals quantitativ nachgewiesen, dass Nervenzellen in der frühen postnatalen Phase im Überschuss gebildet werden, der dann wieder abgebaut wird (20, 21, 26, 32, 35). Wahrscheinlich wählt die Evolution auf diesem Wege die neuronalen Anschlüsse aus, die eine bestmögliche synaptische Vernetzung der Nervenzellen ermöglichen. Tätigkeit an der Medizinischen Hochschule Hannover - Medizinische Linguistik - Nachdem Friedrich Wingert an das Department Biometrie und Medizinische Informatik der Medizinischen Hochschule Hannover wechselte, bearbeitete er die neuen Herausforderungen der Medizinischen Linguistik. Er analysierte die Klartextverarbeitung in der Pathologie (18, 22). Während eines Forschungsaufenthaltes vom Januar bis Juli 1973 an den National Institutes of Health in Bethesda wurde er in seiner Überzeugung bestätigt, dass jede rechnergestützte Analyse von Klartexten nur mit einer mehrdimensionalen systematisch strukturierten Nomenklatur realisierbar ist. Die systematische Nomenklatur der Pathologie SNOP erschien ihm ein geeigneter Ansatzpunkt. Zusammen mit P. Graepel stellte er in den USA eine deutsche Übersetzung von SNOP fertig. Forschung und Entwicklung an der Westfälischen Wilhelms- Universität Münster - Entscheidung für Münster - Während dieses Forschungsaufenthaltes erhielt Friedrich Wingert gleichzeitig einen Ruf an die Universität Frankfurt und einen Ruf an die Universität Münster. Er entschied sich für Münster. Mit der Berufung auf den neu gegründeten Lehrstuhl für Medizinische Informatik und Biomathematik der Westfälischen Wilhelms- Universität in Münster erweiterten sich die Forschungsmöglichkeiten von Friedrich Wingert. - Biomathematik - Zu seinem Aufgabenbereich gehörte nun auch die Konzeption und inhaltliche Gliederung der bundesweit neu eingeführten Veranstaltung "Biomathematik" für Mediziner im zweiten Studienabschnitt. Friedrich Wingert erklärte sich sofort bereit, den in Aachen erarbeiteten Entwurf als Grundlage für ein gemeinsames Lehrbuch der Kollegen in Nordrhein-Westfalen zu übernehmen und die später berufenen Fachkollegen in Bann, Köln und Essen als Koautoren zu beteiligen, so dass unter der Autorenschaft "Kollegium Biomathematik NW" das erste Lehrbuch "Biomathematik für Mediziner" (45) fertig gestellt werden konnte. Die 2. Auflage erschien bereits ein Jahr später. Treffpunkt war immer Münster, wo Friedrich Wingert auch bereitwillig seine technischen Möglichkeiten zur Verfügung stellte. - Lehrbuch in Medizinischer Informatik - Kurze Zeit später schrieb Friedrich Wingert im Jahre 1979 das Lehrbuch "Medizinische Informatik" (70). Dies ist umso bemerkenswerter, als es für dieses Fach keine Vorgaben, keinen Lernzielkatalog und keine Notwendigkeit für einen Unterricht gab. Es überrascht, wie genau Friedrich Wingert die Entwicklung und die Bedeutung der Medizinischen Informatik vorausgesehen hat. - Systematische Nomenklatur der Medizin - In den Jahren 1977 - 1984 schuf Friedrich Wingert die Voraussetzung für den Einsatz einer systematischen Nomenklatur der Medizin auf dem Computer. Im Jahr 1979 wurde SNOMED (Systematized nomenclature of medicine) mit zwei Bänden und einem Manual veröffentlicht. Ein Committee on Nomenclature aus 17 amerikanischen Pathologen mit dem Chairman Arthur H. Wells hatte mit Hilfe von 68 Wissenschaftlern aus Amerika und Europa dieses Buch erarbeitet. 1982 erschien ein Update. Mit ihm bestand die später mit SNOMED I bezeichnete systematisierte Nomenklatur der Medizin aus 44587 Codes mit Termini, aufgeteilt in die 7 Dimensionen (fields): Topographie, Morphologie, Ätiologie, Funktion, Krankheit, Prozedur und Beruf. - Analyse von SNOMED I - Friedrich Wingert analysierte dieses Werk mit Hilfe von mathematisch-linguistischen Methoden und stellte fest, dass dieses Werk für eine computerorientierte Anwendung einer erheblichen Durcharbeitung bedurfte. Die folgenden Absätze geben diese in thematischer Gliederung wieder. - Herausgabe von SNOMED II - Mit einem immensen Arbeitspensum prüfte Friedrich Wingert jeden der über 44500 Termini von SNOMED I auf Synonymie, Homonymie, Hyponymie und Hypernymie. Außerdem verbesserte und vervollständigte er die Termini in erheblichem Umfang. Dabei überwand Friedrich Wingert die Schwierigkeit, dass die medizinische Nomenklatur sich auf mehr als 60 Facharztbereiche bzw. Fachgesellschaften verteilt. Um diese Änderungen an der SNOMED I, die praktisch einer Neufassung gleichkamen, einzuführen und abzuprüfen, waren wegen des großen Datenumfangs auf der damals an der Universität Münster vorhandenen Rechenanlage IBM 3032 des Systems /360 erhebliche Rechenzeiten erforderlich, die stark kontingentiert waren. Im Jahr 1984 veröffentlichte Friedrich Wingert das Resultat dieser Arbeiten als die zweibändige deutsche Ausgabe des Buches SNOMED mit dem Untertitel ,Systematisierte Nomenklatur der Medizin' (81, 82) mit dem ,Manual SNOMED' (83). Auf Grund der zahlreichen an SNOMED I vorgenommenen Änderungen und Ergänzungen wurde diese Version fortan als SNOMED 1I bezeichnet. SNOMED II konnte über den Verlag Springer auch als Magnetband bezogen werden. - Mengentheoretische Analyse - Die Fälle der Synonymie, Hyponymie, Hypernymie, Homonymie und Kohyponymie der Termini von SNOMED I prüfte Friedrich Wingert mit Hilfe einer mengentheoretischen Analyse. Friedrich Wingert gab mit SNOMED II die Definitionen dieser Begriffe, Unter Eineindeutigkeit verstand Friedrich Wingert in der medizinischen Linguistik die Äquivalenz der medizinischen Termini und der Begriffe ("Bedeutung"). In den Fällen der Synonymie stieß Friedrich Wingert in der SNOMED I auf Unvollständigkeit der in der Medizin gebräuchlichen Termini. Deshalb ergänzte er diese Lücken. - Kurznotation für optionale Textbestandteile - Wesentliche Probleme ergaben sich bei der Auswertung der Synonyme der SNOMED I. In Krankengeschichten, im medizinischen Schrifttum und im Gesundheitssystem wurden und werden viele Synonyme verwendet. Beispiele: Ovary - Ovar - Ovarium - Eierstock - Oöphoron - weibliche Gonade. Friedrich Wingert führte erstmals runde Klammern für optionale Wortteile ein: Ovar(ium) steht bei ihm sowohl für Ovar als auch für Ovarium. Friedrich Wingert führte über 1000 semantisch wichtige Synonyme ein, um die Begriffe durch gebräuchliche Termini zu beschreiben. - Segmentierung - Friedrich Wingert erkannte, dass die medizinischen Fachbegriffe den vorliegenden Texten nur dann zuverlässig entnommen werden können, wenn zuvor eine Segmentierung in sinntragende und nicht sinntragende Teile erfolgt ist (77, 87,97). Dazu müssen auch die zumal in der deutschen Sprache häufig vorkommenden zusammengesetzten Wörter aufgeteilt werden. Für diese Segmentierung entwickelte er ein Zerlegungsprogramm, mit dessen Hilfe es möglich wurde, zu den etwa 40000 in der medizinischen Fachsprache enthaltenen Segmenten vorzudringen. Auf diese Weise konnten nun Wortstämme (Morpheme) einer Suche zugrunde gelegt werden. Am Beispiel Bronchus sei dies erläutert. Der von Friedrich Wingert verwendete Wortstamm in "Bronchus" ist "bronch". Suchläufe mit den Wörtern "bronchus" und "bronchi" würden von den 148 mit bronchus und bronchi semantisch verbundenen Bezeichnungen nur einen Teil erfassen; bei Beschränkung der Suche auf die Wörter "bronchus" und "bronchi" würden folgende Termini beispielsweise nicht gefunden: bronchogene Zyste Broncholithiasis Bronchopankreose Bronchospasmus Bronchostenose (-Syndrom) Bronchozele Dysporia entero-broncho-pancreatica congenit. fam. (GLANZMANN) Gastransportzeitspitze nach Bronchodilatation Posttuberkulöse Bronchostenose und Bronchoektasie des Mittellappens (BROCK) Tracheo-bronchopathia malacica Bronchophonie Ägobronchophonie, Bronchopneumonie pseudolu(et)ische subakute hilifugale Bronchopneumonie des heruntergekommenen Kindes (FANCONI) - Verfahren zur Segmentierung - Nach ausführlichen Testversuchen gelangte Friedrich Wingert zu einer Kombination aus Wortmodell und Algorithmus, die es ihm gestattete, zu allen Termini der Nomenklatur die vorkommenden Wortstämme zusammen mit den bei ihnen zulässigen Suffixen zu bestimmen (62,64,87). Wenn die Art der Fortsetzung eines Wortstammes dessen Sinn nicht veränderte - für über 1000 Wortstämmen trifft dies zu -, notierte er in seinem SNOMED-II-Buch diesen Sachverhalt durch einen Stern "*" im Anschluss an den Wortstamm. - Kennzeichnung von Homonymen - Für Homonyme führte Friedrich Wingert eine besondere Kennzeichnung ein: wenn für gleichlautende Termini verschiedene Bedeutungen existierten, kennzeichnete Friedrich Wingert diese durch eine in eckige Klammern gesetzte laufende Nummer. Beispiel:
- Vermeidung von Redundanzen - Ferner strich Friedrich Wingert über 800 redundante Termini aus SNOMED I, um der Forderung nach Schlüssigkeit der Nomenklatur zu entsprechen (86). Beispiel: SNOMED I:
SNOMED II:
Im ganzen erweiterte Friedrich Wingert trotz der Streichungen die Anzahl der Termini von 44587 in SNOMED I um etwa 81 % auf etwa 80500 Termini in SNOMED II. - Segmentierung in zwei Sprachen - Friedrich Wingert entwickelte sein Segmentierungsprogramm gleichzeitig für die deutsche und für die englische Sprache. Damit wurde er zum Wegbereiter für den Einsatz des Computers auch für die medizinischen Fachsprachen aus anderer Sprachumgebung. - Automatische Indexierung - In den Jahren 1984 - 1988 widmete sich Friedrich Wingert weiteren intensiven Forschungsarbeiten mit dem Ziel, Daten aus medizinischen Kliniken mit Hilfe des Computers in die von ihm verbesserte systematische Nomenklatur SNOMED II zu überführen (automatische Indexierung). Das von ihm entwickelte Indexierungsprogramm ermöglichte für Daten, die der Klinikpraxis entnommen waren, Erfolgsquoten von über 90% (85,88,91,99,101 ). - G-Dimension - Schon bei Zusammenstellung seines Buches SNOMED II stellte Friedrich Wingert fest, dass die medizinische Fachsprache eine große Zahl von Grundbegriffen enthält, die von sehr allgemeiner Natur sind (z.B. Zahlinformation, links/rechts/beidseitig, usw.) und entsprechend oft als Zusatz zur eigentlichen medizinischen Information verwendet werden. Friedrich Wingert erkannte, dass diese Information am besten in Form einer besonderen Dimension einzuarbeiten war. Eine solche führte er ein und versah sie mit dem Kennbuchstaben "G" (G = general). Diese Idee der G-Dimension ist später in Form eines General Linkage/Modifier nach SNOMED III, erschienen 1993 als ,SNOMED International' im Auftrag des Editorial Board des CAP (Committee of American Pathologists, USA), übernommen worden. Allgemeine Würdigung Ausführlichere Angaben zu den von Friedrich Wingert an der SNOMED vorgenommenen Erweiterungen finden sich auf diesen Internetseiten unter "Gutachten" in den Anlagen 9, 10, 11A und 11 B. Die Publikationsliste von Friedrich Wingert weist im übrigen aus, dass seine Veröffentlichungen in international anerkannten Zeitschriften wie Methods of Information in Medicine und Medical Informatics erschienen sind (22, 60, 87, 91, 100). Eine wegweisende Publikation "Medical Linguistics: Automated Indexing into SNOMED" erschien in Medical Informatics (101). Es lassen sich vor allem drei Fähigkeiten erkennen, auf denen die intellektuellen und wissenschaftlichen Leistungen von Friedrich Wingert basieren: 1. Die meisterhafte Beherrschung der in den Jahren 1965 bis 1988 zur Verfügung stehenden Hard- und Software. Diese wurde extrem durch den Umstand herausgefordert, dass die damaligen Rechner IBM 7094 im Deutschen Rechenzentrum Darmstadt und IBM 3032 der Universität Münster oftmals bis zur Grenze ihrer Leistungsfähigkeit in Anspruch genommen werden mussten und seinerzeit Rechenzeit stark kontingentiert war. Das schloss die selbstverständliche Beherrschung des jeweiligen Betriebssystems, der überwiegend benutzten Programmiersprache PL/1 und auch der Assemblersprache des Systems /360 ein. 2. Die subtile Kenntnis der medizinischen deutschen und englischen Fachsprache. Das half ihm vor allem bei der Ermittlung der in der klinischen und ärztlichen Praxis verwendeten Synonyme. 3. Die exzellenten kreativen Fähigkeiten in der Entwicklung geeigneter Algorithmen zur Beherrschung linguistischer Probleme. Friedrich Wingert ließ sich die Krankengeschichten einiger Medizinischen Kliniken der Universität Münster geben. Aus den mit ihnen durchgeführten Versuchen leitete er eigene Algorithmen zur Textverarbeitung ab, die ihm erst ermöglichten, diese Daten mit Hilfe der von ihm entwickelten Programme und seiner Fassung von SNOMED 1I erfolgreich zu indexieren. Seine Vorträge, Bücher und über 100 wissenschaftlichen Publikationen zeugen von seiner hohen Kompetenz, wissenschaftlichen Genauigkeit, mathematischen Präzision und außerordentlichen Kreativität. Publikationen von Friedrich Wingert
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