生物信息的基本特征

基礎知識部分

生物醫(yī)學儀器簡介（三）主講教師：劉惠目錄生物信息的基本特征生物醫(yī)學儀器的分類生物醫(yī)學儀器的設計原則和使用要求數字圖像基礎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．干擾信號與目標信號頻帶重疊（一）生物信息的特性在討論信號的性質及其處理時，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，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，通常可先考慮其個別的分量，然后把結果疊加起來。（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，實現信號與噪聲的混疊，假設噪聲為norm（0，1），信號為觀測信號為調節(jié)A的取值，如1，2，4等，分別畫出對應的的波形圖生物醫(yī)學儀器的分類生物醫(yī)學儀器是研究生物醫(yī)學工程學的一種基本手段，它的內容極廣，不僅包括機械的、電的、光學的和磁的，而且還包括放射性的和核子的等各方面內容，因此，它不是單一的機電產品，或光電產品，或核子產品，而是一門綜合性的邊緣科學產品。由于各種先進技術的引進，特別是電子計算機技術進入，因此，現代生物醫(yī)學儀器又是具有時代性的產品。雖然生物醫(yī)學儀器的種類繁多，但我們可以根據它在醫(yī)學臨床中的應用和物理原理進行分類。

（一）按醫(yī)學臨床應用分類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)。指把人體內部結構描繪出來的儀器，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)學臨床應用分類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)學臨床應用分類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，調研講義中所提及的生物醫(yī)學儀器。各小組劃分任務，每人負責對一種儀器產品的不同生產廠家、產品性能、特征、作用以及價格進行比較，假設你是一名醫(yī)院儀器采購人員綜合多項指標選擇一款用于醫(yī)院的性價比高的產品，并論述選擇的原因。每組選舉一人對調研結果進行報告，采用ppt。生物醫(yī)學儀器的設計原則和使用要求

（一）設計原則信號因素環(huán)境因素醫(yī)學因素經濟因素時代因素（二）使用要求（1）量程（2）靈敏度（3）線性（4）頻率響應（5）信噪比（6）測量平均值（7）精確度與準確度（8）絕對誤差與相對誤差（9）重復性（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：自己設計一個生物醫(yī)學儀器，提供設計思路，并結合所學知識進行分析。論述儀器量程過大及過小對測量結果的影響。數字圖像基礎知識初步

（一）數字圖像的表示方法一幅黑白圖像可用二維函數f（x，y）表示，其中x，y是平面的二維坐標，f（x，y）表示點（x，y）的亮度值（灰度值）。如果是一幅彩色圖像，各點值還應反應出色彩變化，即可用f（x，y，λ）表示，其中λ為波長。假如是活動彩色圖像，還應是時間t的函數，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。為了適應數字計算機的處理，必須對連續(xù)圖像函數進行空間和幅值數字化。空間坐標（x，y）的數字化稱為圖像采樣，而幅值數字化被稱為灰度級量化。經過數字化后的圖像稱為數字圖像（或離散圖像）。醫(yī)學超聲波檢查醫(yī)生們應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?？捎脕龛b別病變組織的一些物理特性，如實質性、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變?yōu)閺娙醪煌墓恻c，這些光點可通過熒光屏顯現出來，這種方法直觀性好，重復性強，可供前后對比，所以廣泛用于婦產科、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構