《医学资讯学MedicalInatics研究报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医学资讯学MedicalInatics研究报告（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、醫學資訊學Medical Informatics,第二章 醫學資料收集,2-1 介紹,我們現在處於一個被稱為通信年代的時代中，短期間內，手提式收音機、衛視電視、行動電話、多媒體個人電腦和網際網路等皆變成熟悉的術語，所有這些媒體的目的是從一個組織到另一個組織傳送訊息。 技術上來說，媒介之間所傳遞訊息的方式可以是不同的（例如：單向或雙向）。 有時傳送者與接收者是整合於同一裝置內，有時則是分開。,2-1 介紹,我們首先要對傳送者、接收者和傳輸途徑的一般的情形繪一個草圖，將病人和醫師或護士之間，及病人的資料、醫學的影像或生物訊號交換的情形做介紹。 除了在第一章中，被分類在層次一中資料獲得和傳輸的處理之
2、外，也應該瞭解所有的資料在醫療照護方面之來源或傳送者（通常指病人）和接收者（照護供給者）。 沒有傳輸的話，資料將不會到達接收者而且也不可能被解釋出。,2-2 傳送者、途徑和接收者,在任何的傳送者（S）和接收者（R）之間總是有必須通過的傳輸途徑（T）（圖2.1）。 這個途徑可能或長或短，也可能有一些延遲或即時的。以地下電纜或衛星傳輸的為例，傳輸途徑的部份是轉換器。 轉換器主要的功能為接收訊息並將之轉換為適合進一步處理之格式。 訊息（s）可能經由傳輸時被扭曲（圖2.1），或被一些干擾或雜訊（n）所毀壞，導致成為雜音和訊號所組成的混合體（m）。,圖2.1,2-2 傳送者、途徑和接收者,傳送者S也可能
3、隨時間變化的影像，例如，心音圖藉由心臟或瓣膜檢查時被記錄。 如果我們一般化那些不同的情形，傳送者S、途徑T和接收者R被包括，我們能辨別S，R，T的五個不同的配置，如下分別描述之。,2-2 傳送者、途徑和接收者,1.S R 這是一個單向傳輸的情形，傳送者和接收者兩者已知，且接收者只對訊息本身感興趣而不需在傳送途徑上，例如心臟的聽診器（傳送者S是心臟；訊息s 是被心瓣膜和心雜音閉鎖所產生聽得見的聲音，舉例來說，被混亂的或湧回之血流引起的；n 可能是腔室之呼吸或雜音；R是聽診器或麥克風加上檢查時臨床醫生的耳朵；T是心臟和轉換器之間的胸部和空氣。）,2-2 傳送者、途徑和接收者,另外的一個例子是ECG
4、（S是腦皮層裡的那些去極化的神經元；s 是被衡量過的神經叢的去極化波的總數；n 是來自於環境、活動的肌肉甚至是ECG之電的干擾；R是電極、放大器和浮凸槽記錄設備；而T是組織、皮膚和介於皮膚和電極之間的電極膠體）的記錄事項。 2.S R 這是一個雙向性的配置。,2-2 傳送者、途徑和接收者,在這裡，傳送者和接收者也已知，而且接收者只對被傳送者傳輸的訊息感興趣。 如以病人和臨床醫生之間的交談為例，拿出病歷（S是病人所聽到的和回答臨床醫生的問題；s 是交談的話；n 是從外部造成的雜音導致字句被誤解；R是臨床醫生聽到和問問題兩者；而T世界於病人和臨床醫生的耳朵之間的途徑）的期間。,2-2 傳送者、途徑
5、和接收者,更進一步的例子，在於管理來自電極電刺激的神經或肌肉的回應（S是細胞或肌肉測知刺激和產生回應，s 是電的神經細胞或肌肉回應；n 是來自相鄰的細胞或肌肉束的干擾；R是為電及管理刺激和接受回應，而T是在細胞或肌肉和電極的尖端之間的途徑）。 3.S R 在這種情形，傳送者和接收者是一個裝置。,2-2 傳送者、途徑和接收者,在典型的情形，我們對於藉由傳送者和接收者的組合而在訊號傳送和接收之間的訊息感到興趣，以超音波（ultrasound）為例是壓電（piezoelectric）陣列來產生（也就是所謂的扇形掃描器）從組織交界所接收到的回聲（S是晶體發射超音波進入周圍的組織之內；s 是晶體產生的幾
6、百萬赫之超音波；n 是從其他的組織所接收的扭曲反射；R是產生超音波的晶體但現在正在接收回音；而T是相同的晶體介於經那些由組織的晶體和回到相同的晶體之間的途徑） 。,2-2 傳送者、途徑和接收者,4.S ？ 這是在學術的情況下而接收者是不呈現的，不去注意，或沒有正確轉換器。 舉例來說，在症狀不被臨床醫生發現的環境之下，或只是正在任意地發生或者疾病是無症狀的（例如，心臟產生無法偵測的期外收縮（extrasystole）。,2-2 傳送者、途徑和接收者,5.？ R 這是症狀被測知為醫學裡的典型情形，但是症狀的因素仍然未知。 舉例來說，在血液化學中，誤差值可能沒有辦法追蹤導致誤差的器官之可能性。 在醫
7、學裡，多數的例子是可以跟這五種情形來比較。,2-2 傳送者、途徑和接收者,例1：超音波（Ultrasound） 在醫療照護的許多領域裡超音波是被用來做診斷目的，如神經學、心臟學、內科和產科學。 超音波是訊號或1、2或甚至8MHZ頻率的波前s，視需要而決定。 超音波向我們感興趣的器官發射。在產科學情況中，全部或部分的胎兒（例如，胎兒的心臟或顱骨）接受超音波。 那些被收到的回音是訊號和雜音的混合體，最初的訊號 s 已經被通過的組織轉換到訊號 s*。,2-2 傳送者、途徑和接收者,接收轉換器只檢測反射訊號。 在這情況下，SR，被 s*載運的信息是組織結構資訊，成為一個延遲的與部分較低幅的電波。而所收
8、到的反射訊號常為影像訊號，提供了有用的資訊。例如，胎兒位置、食道腫瘤、或腦部組織的不對稱（如，內出血造成的不對稱）。 目前，超音波訊號已逐步被數位化，可由電腦來計算相關參數或處理成更好的影像品質，例如血流的速率。,2-2 傳送者、途徑和接收者,例2：醫學造影（Imaging） 造影對於醫療診斷上非常重要。 以心臟科為例，當我們探討血液充填心室為時間的函數時，我們注射不能被輻射穿透的液體（radiopaque fluid）至血管，經由血液輸送到心臟。X光是用來提供心室大小的訊號 s，X光向胸部發射且穿過它，而接收到的訊號 s* 為組織密度的資訊。該組織為介於X光管（S）和感測裝置（R）之間的人體
9、部分，R是攝影感光乳劑或光子倍加器（photonmultiplier）。,2-2 傳送者、途徑和接收者,組織和體液使得原始訊號 s失真（或衰減） ，而這正好是我們感興趣的資訊。然而，重疊在 s*上的成分不止來自心臟的效應，也包括其他的組織的影響（如肺和肋骨等），使得s*成為混合體 m。在收到訊號（即影像）後，即可測量心室的面積，或者在兩正交或不平行影像上估計心室的體積（時間的函數）。通常這種情況可以量測心臟隨時間而變化的輸出。,2-2 傳送者、途徑和接收者,例3：無線傳輸（Wireless Transmission） 在某些情況中，需要在身體上裝置無線傳輸器(如Holter 監聽)，或植入轉換
10、器(transducer)，甚至體內傳輸器（transmitter）（例如，測量顱內壓力）。,2-2 傳送者、途徑和接收者,例4：藉著自然語言傳輸（Transmission by Natural Language） 在病人病歷被拿來使用的期間，訊息 s 來自自然語言（也就是它被說出來）。 富有經驗的臨床醫生也能察覺非口述的訊息，例如肢體語言。接收者，也就是臨床醫生，有足夠的專業知識來發掘含在混合體 m中的訊息。,2-2 傳送者、途徑和接收者,然而在這情況下，干擾不只是來自環境加上的雜音，而且也是隱藏在自然語言後的真實意義。 如果臨床醫生沒有接受適當地訓練，他們無法在媒介(即語言)中找到有意義的
11、訊息。 這就是以電腦解譯自然語言是極端困難的原因，或許永遠無法完全成功。,2-2 傳送者、途徑和接收者,例5：生物訊號（Biosignals） 每個活細胞、器官、或組織，產生身體內部的通信訊號，或是對外部世界傳達它的訊息。大體上，我們可將此視為產生輸出的生物過程。甚至，我們希望對此生物過程輸入訊號，以觀察它的回應。例如，觀察細胞被電極刺激的反應。,2-2 傳送者、途徑和接收者,生物訊號有不同的本質： 例如，在電化學上，穿過細胞膜的細胞之去極化(由於離子流動)，如Ca+、Na+或Cl-。 在呼吸方面，擴胸肌肉活動造成空氣流動與壓力。 在生物化學上，血氣值如PO2或PCO2。 在荷爾蒙上，分娩時催
12、產素（oxytocin）的釋放。,2-2 傳送者、途徑和接收者,在大多數的情況中，我們處理上述傳輸1或5的情形。如果 s 必須通過不同的組織才到達轉換器，則接收到的訊號是被極端的扭曲。例如胎兒的ECG訊號 s ，在到達轉換器之前必須通過許多組織層（圖2.2）；此訊號在妊娠最初三個月內太弱而無法被檢測出來，而在分娩期間它被子宮和腹部的肌肉極度扭曲。另一方面，胎兒的ECG訊號又被母親的ECG訊號所混疊（通常遠大於胎兒的ECG）。胎兒的心搏間隔能夠透露在分娩時胎兒可能發生危險的訊息。,圖 2.2,2-3 知覺和轉換器,感知外部世界訊息的最重要器官是我們的眼睛和耳朵，經由視網膜人類的眼睛能夠接收到每秒
13、 3 百萬位元（位元訊息為最小的資訊單位）。 視網膜有大約 10 億網膜桿體和1億錐體，這能夠使我們原則上，在白天辨識超過400,000離散影像點。如果我們了解許多電視攝影機只有很低的解析度的話，人類這種辨別圖片的能力給人印象深刻。高解析度的電腦可能有 1,620*1,280 影像點（大約 2,000,000 圖素），五倍於人纇眼睛的解析度（個人電腦螢幕通常有 640*480，1,024*768或更多的圖素點，表2.1 ）。,表2.1,表2.1感知（Senses）,視覺聽覺觸覺熱覺嗅覺味覺 刺激電磁波機械式皮膚機械位置及時間上化學物質化學物質 （3,8007,600）式變形之溫度改變 位置視網
14、膜基底膜表皮表皮鼻腔 舌頭 接受器1107 髮狀細胞壓力：熱：1104 11071107 數量椎狀細胞 1-3104 5105 （白天，色彩） 1108 痛覺：冷：3105 柱狀細胞 3105 （夜間） 4105 圖點辨別 連接到中（1 to 2）106（1 to 2）104 1104 110421032103 樞神經的 神經叢數 量 資料量31062-5 1042 1052 10310 to 10010,2-3 知覺和轉換器,電腦和人類在資訊處理方面，給人最深刻印象的差別是人類的大腦，以視網膜為起點從超過1百萬神經到皮層，而能夠完成平行的資訊處理。然而大多數的電腦是循序處理，雖然以極端地高速
15、率，只有在非常先進的計算工作下，例如在科學和技術上，我們才看得見平行的計算（例如，具有超過 50,000處理器的平行處理）。將神經元與電腦儲存訊息的最基本單位作比較是常有的嘗試，然而人腦如何儲存和處理訊息，仍舊是個謎，不論從神經生理學、認知心理學、和人腦研究的基礎研究中。,2-3 知覺和轉換器,在許多例子之中，我們的感官不能獲得我們感興趣的診斷資訊，我們已經看到幾個例子了:幾個MHz的超音波遠遠地高於我們能夠聽到（如，從大約 40 到 8,000 Hz，甚至16,000 Hz）的範圍。又如X光或紅外光的電磁波，是超過我們能看見的光譜之外。再者，我們對電流或磁場並無感（除了他們可能刺激神經和肌肉
16、，例如在心臟的去纖維顫動期間），且我們感覺體溫或壓力的方式是非常粗糙和不足以可靠的來獲得訊息，除了我們可能感覺某人的額頭而斷定某人高燒之外。,2-3 知覺和轉換器,上述那些情況中，我們使用轉換器（ transducers ）將機械或生物化學的變數轉變成一個電氣訊號。 另一方面，並非所有傳達到我們感官的資料含有資訊。如果訊息能夠被接收端解釋，則資料就含有資訊，或如同我們所知，接收者與傳送者之間是協調一致且有充足的知識。獲取解釋所需的知識為醫學資訊學的研究（發生在層次 6，如第1章所討論）領域。,2-4 資訊方面,資訊只能存在於有資訊載體的情況下，資訊科學是一門使用符號和其組合（如語言）的科學。 自然語言是表達我們自己最直接地方式；藉著電腦語言我們以結構化的方式標達我們自己。,2-4 資訊方面,以任何的語言來表達的訊息，只能由活的生物（從細胞到人類）來理解。 資訊有三個不同方面與中與人類活動三個階段（第一章）直接相關，特別是診斷-治療週期的三階段（觀察、診斷和治療）：語法、語意、和實用三方面。,2-4.1語法方面（Syntactic Aspect）,資訊語
