生物信息的基本特征

基礎(chǔ)知識部分

生物醫(yī)學(xué)儀器簡介（三）主講教師：劉惠目錄生物信息的基本特征生物醫(yī)學(xué)儀器的分類生物醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計原則和使用要求數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識初步生物信息的基本特征（一）生物信息的特性生物體是一個開放的（open）、時變的（time－variant）、非線性的（non－linear），主要是確定性特征的系統(tǒng)，因此其信號是時變的、非線性的，主要是確定性的。

信號特點：1．信號特別弱2．頻率特別低3．干擾特別強4．干擾信號與目標(biāo)信號頻帶重疊（一）生物信息的特性在討論信號的性質(zhì)及其處理時，通常將信號分成周期的、瞬態(tài)的和隨機的。在理想情況下，這些信號都可單獨出現(xiàn)，但是實際的信號往往由兩種或更多種信號組合而成。對于這種組合信號，通?？上瓤紤]其個別的分量，然后把結(jié)果疊加起來。（二）噪聲信號（1）噪聲的屏蔽干擾通常是可以減少的。仔細(xì)地進行靜電屏蔽和磁場屏蔽，對干擾能有效地加以消除，而由系統(tǒng)本身所引起的噪聲通常會限制給定測量的精度。一般噪聲的含量隨信號帶寬的變寬而增加，因此對于要求有較大的頻帶寬度的動態(tài)信號，需要特別注意在設(shè)計中確保測量系統(tǒng)有最佳的噪聲性能。（2）噪聲的測量測量噪聲振幅的一個簡便方法是求振幅的均方根值(RMS振幅)。因為對振幅取平方，所有負(fù)的振幅就變?yōu)檎?，所以振幅的均方根值不為零。作業(yè)用C語言或matlab編程，實現(xiàn)信號與噪聲的混疊，假設(shè)噪聲為norm（0，1），信號為觀測信號為調(diào)節(jié)A的取值，如1，2，4等，分別畫出對應(yīng)的的波形圖生物醫(yī)學(xué)儀器的分類生物醫(yī)學(xué)儀器是研究生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的一種基本手段，它的內(nèi)容極廣，不僅包括機械的、電的、光學(xué)的和磁的，而且還包括放射性的和核子的等各方面內(nèi)容，因此，它不是單一的機電產(chǎn)品，或光電產(chǎn)品，或核子產(chǎn)品，而是一門綜合性的邊緣科學(xué)產(chǎn)品。由于各種先進技術(shù)的引進，特別是電子計算機技術(shù)進入，因此，現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)儀器又是具有時代性的產(chǎn)品。雖然生物醫(yī)學(xué)儀器的種類繁多，但我們可以根據(jù)它在醫(yī)學(xué)臨床中的應(yīng)用和物理原理進行分類。

（一）按醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用分類1.診斷儀器檢測儀器(即人體機能的測定儀)。指對人體的各種生理參量進行測量的儀器，有血壓計。血流儀，血氣分析儀，心電圖儀，腦電圖儀，肌電圖儀，肺功能儀等。圖象診斷儀器(即人體形態(tài)測定儀)。指把人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)描繪出來的儀器，有超聲心動圖象，X射線透視機，X射線CT，同位素掃描儀，R－CT，NMR—CT等。（一）按醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用分類2.治療儀器有電療儀，微波治療儀，超聲波治療儀，紅外線治療儀，心臟起搏器，人工臟器，X射線治療機，放射治療裝置等。（一）按醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用分類3．監(jiān)護儀器有人工呼吸機，自動血壓監(jiān)測儀，自動監(jiān)護儀等。（二）按物理原理分類醫(yī)用電子儀器：如心電圖機，腦電圖機，肌電圖機，眼電圖機，超聲儀，自動監(jiān)護儀以及中醫(yī)脈象儀等。醫(yī)用光學(xué)儀器：如自動驗光儀，激光儀，全息攝影儀，電子顯微鏡，紅外熱象儀等。醫(yī)用放射儀器：如X射線機，X射線—CT，放射線治療裝置等。醫(yī)用核子儀器：如同位素掃描儀，照相機，R－CT，NMR—CT等。作業(yè)作業(yè)：依照小組分類，調(diào)研講義中所提及的生物醫(yī)學(xué)儀器。各小組劃分任務(wù)，每人負(fù)責(zé)對一種儀器產(chǎn)品的不同生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品性能、特征、作用以及價格進行比較，假設(shè)你是一名醫(yī)院儀器采購人員綜合多項指標(biāo)選擇一款用于醫(yī)院的性價比高的產(chǎn)品，并論述選擇的原因。每組選舉一人對調(diào)研結(jié)果進行報告，采用ppt。生物醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計原則和使用要求

（一）設(shè)計原則信號因素環(huán)境因素醫(yī)學(xué)因素經(jīng)濟因素時代因素（二）使用要求（1）量程（2）靈敏度（3）線性（4）頻率響應(yīng)（5）信噪比（6）測量平均值（7）精確度與準(zhǔn)確度（8）絕對誤差與相對誤差（9）重復(fù)性（10）精度儀器的精度是指其最大誤差值，并以該儀器的量程的百分比來表示。例如，有一刻度為5V的電壓表，用于測量真實值為3V的電壓時，讀數(shù)為2.95V，則在此情況下所得的最大測量誤差為0.05V，因為表的量程為5V，所以該電壓表的精度為0.05／5＝1％。討論：選做：自己設(shè)計一個生物醫(yī)學(xué)儀器，提供設(shè)計思路，并結(jié)合所學(xué)知識進行分析。論述儀器量程過大及過小對測量結(jié)果的影響。數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識初步

（一）數(shù)字圖像的表示方法一幅黑白圖像可用二維函數(shù)f（x，y）表示，其中x，y是平面的二維坐標(biāo)，f（x，y）表示點（x，y）的亮度值（灰度值）。如果是一幅彩色圖像，各點值還應(yīng)反應(yīng)出色彩變化，即可用f（x，y，λ）表示，其中λ為波長。假如是活動彩色圖像，還應(yīng)是時間t的函數(shù)，即可表示為f（x，y，λ，t）。對模擬圖像來講，f（x，y）顯然是連續(xù)函數(shù)。為了適應(yīng)數(shù)字計算機的處理，必須對連續(xù)圖像函數(shù)進行空間和幅值數(shù)字化。空間坐標(biāo)（x，y）的數(shù)字化稱為圖像采樣，而幅值數(shù)字化被稱為灰度級量化。經(jīng)過數(shù)字化后的圖像稱為數(shù)字圖像（或離散圖像）。醫(yī)學(xué)超聲波檢查醫(yī)生們應(yīng)用的超聲診斷方法有不同的形式，可分為A型、B型、M型及D型四大類。A型：是以波形來顯示組織特征的方法，主要用于測量器官的徑線，以判定其大小。可用來鑒別病變組織的一些物理特性，如實質(zhì)性、液體或是氣體是否存在等。B型：用平面圖形的形式來顯示被探查組織的具體情況。檢查時，首先將人體界面的反射信號轉(zhuǎn)變?yōu)閺娙醪煌墓恻c，這些光點可通過熒光屏顯現(xiàn)出來，這種方法直觀性好，重復(fù)性強，可供前后對比，所以廣泛用于婦產(chǎn)科、泌尿、消化及心血管等系統(tǒng)疾病的診斷。M型：是用于觀察活動界面時間變化的一種方法。最適用于檢查心臟的活動情況，其曲線的動態(tài)改變稱為超聲心動圖，可以用來觀察心臟各層結(jié)構(gòu)