生物信息的基本特征课件

基础知识部分生物医学仪器简介（三）主讲教师：刘惠 目录生物信息的基本特征生物医学仪器的分类生物医学仪器的设计原则和使用要求数字图像基础知识初步 生物信息的基本特征（一）生物信息的特性生物体是一个开放的（open）、时变的（time－variant）、非线性的（non－linear），主要是确定性特征的系统，因此其信号是时变的、非线性的，主要是确定性的。信号特点：1．信号特别弱2．频率特别低3．干扰特别强4．干扰信号与目标信号频带重叠 （一）生物信息的特性在讨论信号的性质及其处理时，通常将信号分成周期的、瞬态的和随机的。在理想情况下，这些信号都可单独出现，但是实际的信号往往由两种或更多种信号组合而成。对于这种组合信号，通常可先考虑其个别的分量，然后把结果叠加起来。 （二）噪声信号（1）噪声的屏蔽干扰通常是可以减少的。仔细地进行静电屏蔽和磁场屏蔽，对干扰能有效地加以消除，而由系统本身所引起的噪声通常会限制给定测量的精度。一般噪声的含量随信号带宽的变宽而增加，因此对于要求有较大的频带宽度的动态信号，需要特别注意在设计中确保测量系统有最佳的噪声性能。（2）噪声的测量测量噪声振幅的一个简便方法是求振幅的均方根值(RMS振幅)。因为对振幅取平方，所有负的振幅就变为正值，所以振幅的均方根值不为零。 作业用C语言或matlab编程，实现信号与噪声的混叠，假设噪声为norm（0，1），信号为观测信号为调节A的取值，如1，2，4等，分别画出对应的的波形图 生物医学仪器的分类 生物医学仪器是研究生物医学工程学的一种基本手段，它的内容极广，不仅包括机械的、电的、光学的和磁的，而且还包括放射性的和核子的等各方面内容，因此，它不是单一的机电产品，或光电产品，或核子产品，而是一门综合性的边缘科学产品。由于各种先进技术的引进，特别是电子计算机技术进入，因此，现代生物医学仪器又是具有时代性的产品。虽然生物医学仪器的种类繁多，但我们可以根据它在医学临床中的应用和物理原理进行分类。 （一）按医学临床应用分类1.诊断仪器检测仪器(即人体机能的测定仪)。指对人体的各种生理参量进行测量的仪器，有血压计。血流仪，血气分析仪，心电图仪，脑电图仪，肌电图仪，肺功能仪等。图象诊断仪器(即人体形态测定仪)。指把人体内部结构描绘出来的仪器，有超声心动图象，X射线透视机，X射线CT，同位素扫描仪，R－CT，NMR—CT等。 （一）按医学临床应用分类2.治疗仪器有电疗仪，微波治疗仪，超声波治疗仪，红外线治疗仪，心脏起搏器，人工脏器，X射线治疗机，放射治疗装置等。 （一）按医学临床应用分类3．监护仪器有人工呼吸机，自动血压监测仪，自动监护仪等。 （二）按物理原理分类医用电子仪器：如心电图机，脑电图机，肌电图机，眼电图机，超声仪，自动监护仪以及中医脉象仪等。医用光学仪器：如自动验光仪，激光仪，全息摄影仪，电子显微镜，红外热象仪等。医用放射仪器：如X射线机，X射线—CT，放射线治疗装置等。医用核子仪器：如同位素扫描仪，照相机，R－CT，NMR—CT等。 作业作业：依照小组分类，调研讲义中所提及的生物医学仪器。各小组划分任务，每人负责对一种仪器产品的不同生产厂家、产品性能、特征、作用以及价格进行比较，假设你是一名医院仪器采购人员综合多项指标选择一款用于医院的性价比高的产品，并论述选择的原因。每组选举一人对调研结果进行报告，采用ppt。 生物医学仪器的设计原则和使用要求 （一）设计原则信号因素环境因素医学因素经济因素时代因素 （二）使用要求（1）量程（2）灵敏度（3）线性（4）频率响应（5）信噪比（6）测量平均值（7）精确度与准确度（8）绝对误差与相对误差（9）重复性（10）精度 仪器的精度是指其最大误差值，并以该仪器的量程的百分比来表示。例如，有一刻度为5V的电压表，用于测量真实值为3V的电压时，读数为2.95V，则在此情况下所得的最大测量误差为0.05V，因为表的量程为5V，所以该电压表的精度为0.05／5＝1％。 讨论：选做：自己设计一个生物医学仪器，提供设计思路，并结合所学知识进行分析。论述仪器量程过大及过小对测量结果的影响。 数字图像基础知识初步 （一）数字图像的表示方法一幅黑白图像可用二维函数f（x，y）表示，其中x，y是平面的二维坐标，f（x，y）表示点（x，y）的亮度值（灰度值）。如果是一幅彩色图像，各点值还应反应出色彩变化，即可用f（x，y，λ）表示，其中λ为波长。假如是活动彩色图像，还应是时间t的函数，即可表示为f（x，y，λ，t）。对模拟图像来讲，f（x，y）显然是连续函数。为了适应数字计算机的处理，必须对连续图像函数进行空间和幅值数字化。空间坐标（x，y）的数字化称为图像采样，而幅值数字化被称为灰度级量化。经过数字化后的图像称为数字图像（或离散图像）。 医学超声波检查医生们应用的超声诊断方法有不同的形式，可分为A型、B型、M型及D型四大类。A型：是以波形来显示组织特征的方法，主要用于测量器官的径线，以判定其大小。可用来鉴别病变组织的一些物理特性，如实质性、液体或是气体是否存在等。B型：用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况。检查时，首先将人体界面的反射信号转变为强弱不同的光点，这些光点可通过荧光屏显现出来，这种方法直观性好，重复性强，可供前后对比，所以广泛用于妇产科、泌尿、消化及心血管等系统疾病的诊断。 M型：是用于观察活动界面时间变化的一种方法。最适用于检查心脏的活动情况，其曲线的动态改变称为超声心动图，可以用来观察心脏各层结构的位置、活动状态、结构的状况等，多用于辅助心脏及大血管疫病的诊断。D型：是专门用来检测血液流动和器官活动的一种超声诊断方法，又称为多普勒超声诊断法。可确定血管是否通畅、管腔有否狭窄、闭塞以及病变部位。新一代的D型超声波还能定量地测定管腔内血液的流量。