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1、医学信息学 Medical Informatics 教师：熊兴良 E_Mail：生物医学工程研究室本课程主要内容第1章 医学信息学简介 第2章 信号采集 第3章 医学信号处理 第4章 医学图像处理 第5章 医学仪器 第6章 医学信息资源及利用第1章 医学信息学简介1、医学信息学的相关概念2、医学信息学的主要研究内容3、计算机与医学消息、信息与信号的关系l 消息：在社会和日常生活中，人们常常使用语言、文字、 图像和数据等媒体来表达感觉、交流思想和发表意见。我 们将这些通过一定媒体表达的感觉、思想、意见等统称为 消息。同一消息可以用不同媒体来表达。l 信息：是消息的一种度量，特指消息中有意义的内容
2、。信 息由信号携带，信号是信息的载体。所以研究信息处理技 术，就是研究信号处理技术。通过信号处理，提取出信息 。l 信号：为了有效的传播和利用消息，常常需要将消息转换 成便于传输和处理的信号。信号是消息的载体，一般表现 为随时间变化的某种物理量。其中电信号是一种最便于传 输、控制与处理的信号。心电信号含丰富的人体心脏功能信息眼底图像含丰富的血管信息SPR生物传感器响应图含生物物质相互作用信息信息技术(IT)三大核心研究领域 信息获取(信号采集) 信息传输(信号通讯) 信息处理(信号分析)信号采集 利用传感器将外界物理、化学、生物信号采集至 计算机，以便进一步分析处理。 通过图书馆、专业数据供应
3、机构、互联网等收集 信息。信号传输 通信的目的是为了实现消息的传输。 原始的光通信系统古代利用烽火传送边疆警报； 声音信号的传输击鼓传花； 利用电信号传送消息 1837年，莫尔斯(F.B.Morse)发明电报； 1876年，贝尔(A.G.Bell)发明电话； 利用电磁波传送无线电信号 1901年，马可尼(G.Marconi)成功地实现了横渡大西洋 的通信； GPS(Global Position System) 个人通信具有美好的发展前景； 光纤通信带来了更加宽广的带宽； 信号的传输离不开信号的交换。信号处理生物医学信号处理-医学的数字化革命二十一世纪世界将进入数字化的信息社会。各类信息 管理
4、和处理将全面进入数字时代。从纵向看，医学信息有一维的(包括声音在内的各种生 理、病理信号)、二维的(平面图像、文字等)和三维的(立 体图像)。从横向看，医学信息有整体的(人和其他生物)、器官 的、细胞的直至分子、原子和粒子水平的。从信息载体(称为信号)的性质看，有物理的(力、声、 电、热、光、粒子)、化学的(如浓度、PH等)、生物的 (DNA，氨基酸等)。各种数字化的现代诊疗技术的出现，使保守的医学不 得不向数字技术开放。通过本课程给医学生信息数字化技 术的一般知识及医学信息数字化处理技术的基本概念，使 之适应现代数字信息社会的要求。1、医学信息学的相关概念 医学信息学(Medical Inf
5、ormatics)概念： 医学信息是指医学、医疗卫生和公共健康 或药学、药物为信息内容和应用领域的各 种信息。 传统的医学信息学侧重文献信息管 理、分析研究。 现代医学信息学计算机技术与IT应 用到医药卫生领域。 医学信息的类型 根据存在方式分类 人体内信息 人体外信息 根据来源分类 系统内部信息 系统外部信息 根据应用领域分类 医学研究信息 临床研究信息 医学市场信息 医学管理信息 信息与数据 数据基本单元-符号 信息构成的基础-数据 信息的外在形式-消息 信息与知识 知识的定义：对某个主题确信的认识，并且这些 认识拥有潜在的能力为特定目的而使用。 知识的分类 n 知事类知识（know-wh
6、at） n 知因类知识（know-why） n 知能类知识（know-how） n 知人类知识（know-what）医学信息与医学知识的关系 信息与文献 文献的概念：记录有信息和知识的一切载体。 文献的等级结构。 u 一次文献 u 二次文献 u 三次文献 文献与信息的关系 u 信息与知识性 u 记录性 u 载体实体形态性2、医学信息学的主要研究内容 20世纪70年代末借用法语单词informatique medicale而来。将先前的医学计算机科学、 医学信息科学、计算机医学应用、卫生信 息学等统一而成。 1978年国际医学信息学会（IMIA）成立。 是WHO认可的非政府组织。1974年起每3
7、年 一次会议。 医学信息学的定义 医学信息学是以信息学、信息管理和信息技术 为依托，研究医学领域中的信息现象和信息规 律，用于医学决策和管理的一门交叉学科。 u 交叉学科 u 与IT技术密切相关 u 任务：医学信息利用和共享，提高决策国外医学信息学的发展过程 医学信息学的初期探索（20世纪60年代） MEDLARS的建成为标志 美国大学“生命科学计算机资源” 医学信息学的发展时期（20世纪7080年代） 大规模医院信息系统 国际医学信息学会成立（IMIA） 医学信息学的深入研究时期（20世纪80年代中期至今） 大型研究项目的开展 从以数据处理的阶段进入知识处理的新阶段，医学人 工智能和专家系统
8、的研究为主要标志。我国医学信息学的发展进程 1995年“金卫工程” 建立国家医疗信息骨干网 建立卫生宏观数据库 建立医院HIS 发行“金卫卡” 军队一、二、三号工程 1987年，中国医学信息学会（CMIA）成立。 04年11月，中国卫生信息学会成立 存在的问题：缺乏研究的深度和广度。医学信息学的主要研究领域 生物信号分析与处理 医学图像分析与处理 临床信息系统 临床支持系统 护理信息系统 医院信息系统 电子病历 医疗卫生信息系统 医学资源及利用以上这些研究都与计算机在医学中的应用有很大的关系！与计算机网络、数据库、通信有关与计算机信号处理算法有关与计算机图像处理算法有关3、计算机与医学 在任何
9、一门学科的研究和实践中，计算机都是一种很好的辅助工具。 计算机可以极大地方便人们的各种日常工作和科学研究。 医疗管理及医学信息处理 医学研究医疗管理及医学信息处理医院行政管理 财务、人事档案、门诊和住院管理等。药房管理医疗信息系统 病历管理、医疗专家系统 中医诊断系统、 医学设备管理系统 B超、化验、医学图象、数据处理 心电图、脑电图、X光片、CT图像、医学研究 数字人 分子医学 医学矫正与疗效评估 生物信息学 虚拟手术 流行病学分析及预防医学信息处理 数字人 通过对人体的高密度切片、切片 图像扫描、和图像三维重建，合 成完全数字化的三维人体模型。 通过计算机屏幕，可以对数字人 进行任意方向的
10、剖切、对任何器 官和系统独立地进行放大和观察 、 数字人头颅内主要器官血管系统神经系统数字人：切片扫描重建数字人：可视人 物理人 生理人 数字化可视人 通过对人体的切片，在计算机中实现三维重建 数字化物理人 可模拟人体对外界物理刺激的反应 数字化生理人 能够模拟人体的新陈代谢、生长发育、病变过程 等生理变化分子医学 采用计算机图形学技术展 现分子层面的物质结构 在分子的层面上研究各种 疾病的现象、机理和治疗 方法医学诊断、矫正及疗效评估医学影像诊断医学诊断、矫正及疗效评估口腔正畸生物信息学 生物信息学（Bioinformatics）是生物学与计算机科学以及 应用数学等学科相互交叉而形成的一门新
11、兴学科。 它通过对 生物学实验数据 的 获取、加工、存储、分类、 检索与分析，进而达到揭示数据所蕴含的生物学意义的目的 生物信息学目前的研究主要集中于 核苷酸和氨基酸序列 的 存储、分类、检索和分析等方面，目前生物信息学可以狭义地定义为：将 计算机科学 和 数学 应用于 生物大分子信息的获取、加工、存储、分类、检索与分析，以达到理 解这些生物大分子信息的生物学意义的交叉学科虚拟手术 虚拟手术（Virtual Surgery-VS）作为正在发展起 来的研究方向，是集医学、生物力学、机械学、 材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析 、机械力学、材料学、机器人等诸多学科为一体 的新型交叉研究领域
12、。 其目的是：使用计算机技术（主要是计算机图形 学与虚拟现实）来模拟、指导或实施医学手术所 涉及的各种活动。 手术计划制定、手术排练演习、手术教学、手术技能 训练、虚拟手术的用途 手术方案的确定能够利用图像数据，帮助医生合理、定量地制定手术方案；对于 选择最佳手术路径、减小手术损伤、减少对临近组织损害、提高 肿瘤定位精度、执行复杂外科手术和提高手术成功率等具有十分 重要的意义 手术的教学与训练80%的手术失误是人为因素引起的，手术训练极其重要 术中导航与术中监护虚拟手术将计算机处理的三维模型与实际手术对象进行定位匹配 ，使得医生看到的图象既有实际图象，又叠加了图形，属于计算 机增强现实虚拟手术
13、的优点 保护医生： 如在感染或放射情况下，采用虚拟临场技术可以使医生免受射线的 侵害 降低手术费用： 现代外科医疗检测系统造价昂贵，医疗成本也很高。虚拟手术不受 手术设备的制约 提高疾病的治疗效果： 虚拟手术减少手术的并发症，使患者恢复更迅速。例如立体定向放 射神经外科中，虚拟手术能够优化放射手术治疗方案，降低并发症 建造定制的修复拟合模型： 虚拟手术能够设计植入器官（对人工假体的设计）。计算机能够帮 助医生在进行髋骨更换手术前，可通过非破坏性的三维成象对其尺 寸和形状进行精确测量，然后定制髋骨，这样可以把因尺寸不合格 而重新开刀的比例从30%降到5% 远程干预： 虚拟手术与远程干预使得手术室中的外科医生能实时地获得远程专 家的交互式会诊。交互工具可以使顾问医生把靶点投影于患者身上 来帮助指导主刀外科医生的操作，甚或通过遥控帮助操纵仪器流行病学分析及预防医学信息处理 从 空间等多角度 对 流行病的分布、传播机理、控制与预防 等 进行定量的统计和分析
