数据挖掘技术在生物医学领域的应用

阐述了数据挖掘技术基本流程及其在生物医学领域的应用前景 ,介绍了近年来国内外研究学者运用数据挖掘技术在 DNA分析。

医学数据挖掘系统研究——糖尿病并发症流行病学知识发现

针对流行病学研究的特点,论文提出计算机辅助医学数据挖掘系统构架,以糖尿病并发症为研究实例,探讨医学数据的冗余性消除、规范化储存、知识归纳及可视化表达等问题。以天津总医院3022例普查数据为研究对象,尝试解决用计算机实现糖尿病并发症这类定性数据的定量化数据挖掘和知识发现。通过对于43种并发症的定性数据挖掘,可以发现诸如高血脂、冠心病、高血压、脑血管病等具有明显并发倾向的知识规则18条。同时,采用知识树方式和决策树等方法实现知识规则的可视化表达。基于数据挖掘和知识发现计算机辅助医学数据挖掘系统能够对现有病历数据库中数据进行自动分析并且提供有价值医学知识,特别适合流行病学分析和全民健康评估,因此与社区医疗和医院HIS系统结合是未来一个非常现实的发展方向。

计算机辅助医学知识发现系统研究——糖尿病并发症流行病学数据挖掘

针对流行病学研究的特点,我们提出计算机辅助医学数据挖掘系统构架,以糖尿病并发症为研究实例,探讨医学数据的冗余性消除、规范化储存、知识归纳及可视化表达等问题。以天津总医院3 022例普查数据为研究对象,尝试解决用计算机实现糖尿病并发症这类定性数据的定量化数据挖掘和知识发现。通过对于43种并发症的定性数据挖掘,可以发现诸如高血脂、冠心病、高血压和脑血管病等具有明显并发倾向的知识规则18条。同时,采用知识树方式和决策树等方法实现知识规则的可视化表达。基于数据挖掘和知识发现计算机辅助医学数据挖掘系统能够对现有病历数据库中数据进行自动分析并且提供有价值医学知识,特别适合流行病学分析和全民健康评估,因此与社区医疗和医院HIS系统结合是未来一个非常现实的发展方向。

DICOM医学图像的存储与管理

随着数字化医学成像设备在医院的广泛使用 ,对医学图像及相关数据的存档管理以及在不同科室之间的数据共享的要求越来越迫切 ,这就需要建立PACS (图像存档和通讯系统 ) ,这方面国外已经发展了很多年 ,我国目前处于起步阶段。本文参照PACS系统的一个已经被国际认可的医学图像标准即医学成像和通讯标准DICOM (digitalimagingandcommunicationinmedicine) ,研究了标准的各个部分 ,特别是兼容性、信息对象定义(IOD)、服务对象对类 (SOP)、数据编码等部分 ,就具体实现PACS系统的一个重要方面即医学图像的存档和管理做了深入的探讨 ,在此基础上建立了医学图像数据库系统 。

睡眠限制引起的生物节律紊乱对大脑警觉度影响的研究

目的通过大脑功能和脑电的变化探究睡眠限制引起的生物节律紊乱对大脑警觉度的影响。方法使用睡眠限制方法构建生物节律紊乱模型,10名受试者在6天内接受3次警觉度任务(PVT)实验并记录其脑电:前2天生物节律正常,此时定为基准;随后2天内比前2天延迟3h睡眠,此时生物节律紊乱;最后2天正常作息,生物节律恢复。统计PVT结果,从大脑皮层监测的脑电中提取事件相关谱扰动(ERSP),用大脑各个区域对应为节点,建立脑网络,提取节点的度、平均路径长度及聚类系数特征。结果PVT反应时间显示出警觉度的波动变化,ERSP显示额区、顶区、枕区4~10Hz脑电活跃,恢复期13~22Hz活跃,脑网络显示大脑功能性连接程度在紊乱期低,恢复期未恢复至基准水平。结论警觉度具有节律性,睡眠限制会引起有机生命体生物节律紊乱,警觉度下降。正常作息后警觉度又会有一定程度的恢复,但短期内无法回到初始水平。

基于DICOM标准的医学图像数据库

DICOM标准是医疗影像设备信息交换的基础 ,本文依据DICOM的信息模型 ,在关系数据库的平台上 ,设计了基于DICOM标准的图像数据库。经过实验检验 ,本方案具有库结构简单 ,构造方便 ,存储效率高 ,系统扩充余地大 ,数据转换的开销小等优点。本数据库可应用在PACS、远程医疗等系统中。

基于生物组织光场测量的光场分度仪的研制

本文设计了测定组织光场的光场分度仪 ,它通过光电探测器围绕样本作圆周运动 ,简单、快速地获取其光学传播信息。完成了人体皮肤、疤痕、甲状腺、甲状腺包膜等组织切片光场的实验测定和分析。

生化与医学用光纤化学传感器研究

本文报导开发了一个生化与医学用多参数光纤生化传感系统。采用发光二极管作光源,硅光电二极管作探测器,以大芯径、大数值孔径的Y型分叉光纤束作传感介质。设计了多种结构的传感探头,可用于环境水质pH、NH_3/NH_4^+、SO_2的检测。根据不同的检测对象。选择不同的指示剂及其固定方法,采用相应的探头结构,配以不同发射波长的LED,仅用一套系统(包括一套光路,一套电路和一套计算机软件系统)即可检测不同的分析参数。整个系统体积小,价格低廉,性能稳定,检测灵敏度达到甚至超过了采用复杂仪器结构的光纤传感器。系统对pH值的响应可达0.01pH;对水中NH_4^+的检测限为2μM;对SO_3~2检测限为2×10^(-4)M。

生物组织光学特性参数及其描述

本文比较全面而详尽的讨论了生物组织的光学特性参数 ,其中包括吸收系数、散射系数、各向异性因子 ,以及由它们导出的总衰减系数、有效透射深度等。很好地理解这些光学特性参数 ,对组织光学特性的理论分析、实验测量 ,以及对激光医学理论和临床应用是必不可少的。

生物芯片图像自动识别算法研究

通过对生物芯片图像的深入分析,将样点分成“圆域”、“圆环”和“不规则区域”三类,并相应提出“模板匹配法”。“霍夫变换法”和“形心法”等三种自动识别算法。实践证明,这些算法不仅能够确定样点的位置,还能给出样点的实际大小,完全能够满足生物芯片图像分析要求。

激光与生物组织光热作用的研究

激光与生物组织的光热效应是激光在医学上应用的重要方面之一。生物组织吸收激光能量后将产生光凝固、汽化和碳化等热效应,临床应用需要对光传播与热传输两个方面展开深入研究,本文讨论了光热相互作用的理论和实验方法,明确提出并分析了光热效应研究的正、逆问题及其相互关系。

医学成像和通讯系统的CORBA设计方案

针对目前医学信息系统的异构带来了彼此之间通讯和信息共享的困难 ,对象管理组 (OMG)制定了CORBAMed软件规范 ,规定了医学信息系统的软件架构 ,定义各种服务的接口。本文尝试将 CORBA应用于医学图像存档和通讯系统 ,提出 CORBA解决方案的 PACS系统模型 ,分析了软件系统的视图层次 ,最后讨论了CORBAMed的相关服务。

网络医学监护系统的设计与实现

分析了医学监护系统的现状,指出监护设备网络化、便携化发展趋势,提出基于移动通信网络的医学监护系统整体解决方案:采用嵌入式技术,构建基于网络的便携式医疗监护设备;研制生产基于802.11b/g和CDMA的无线通讯接口模块,对传统B超、CT、MRI等影像设备及各类生物电采集监护设备进行改造和功能扩展;设计符合DICOM3.0和HL7国际标准的网络数据库,重新整合医院原有PACS系统信息资源;研制生产基于WINCE的手持式终端,实现病历数据与诊断信息的实时共享交互。

SVM算法及其在乳腺X片微钙化点自动检测中的应用

支持矢量机(SVM)是一种新的统计学习方法,其学习原则是使结构风险最小,而非经典学习方法所遵循经验风险最小原则.这使得SVM具有更强的泛化能力.并且,由于SVM求解的是凸二次优化问题,使之能保证所找到的极值解就是全局最优解.本文首次将SVM算法用于乳腺X影像微钙化点自动检测中,对临床实际病例的试用结果表明,同目前常用的基于经验风险最小的人工神经网络(ANN)分类方法相比,SVM具有更高的识别率,值得应用推广.

ICA去除EEG中眼动伪差和工频干扰方法研究

眼动伪差和工频干扰是临床脑电图 (EEG)中常见噪声 ,严重影响其有用信息提取 .本文尝试采用独立分量分析 (IndependentComponentAnalysis,ICA)方法分离EEG中此类噪声 .通过对早老性痴呆症 (Alzheimerdisease,AD)患者临床EEG信号 (含眼动伪差和混入工频干扰 ,信噪比仅 0dB)作ICA分析 ,比较了最大熵 (Infomax)和扩展最大熵(ExtendedInfomax)ICA算法的分离效果 ,证实虽然最大熵算法可以分离出眼动慢波 ,但难以消除工频干扰 ,为此需采用扩展的最大熵算法 ;并知ICA方法在极低信噪比时也有较好的抗干扰性 ,且在处理非平稳信号时有好的鲁棒性 ;文中还结合近似熵 (approximateentropy ,ApEn)分析说明利用ICA去除干扰后有助于恢复和保持原始EEG信号的非线性特征 .研究结果表明ICA方法在生物医学信号处理中具有潜在的重要应用价值 ,值得深入研究和推广 .

基于小波包熵和支持向量机的运动想象任务分类研究

对运动想象脑电特征进行准确提取和分类是脑-机接口技术研究的重要问题。针对脑电信号非平稳性和非线性特点,提出了一种将小波包熵(WPE)和支持向量机(SVM)相结合的脑电信号识别方法,利用小波包系数能量分布分析脑电时频特性,结合信息熵分析其不确定性和复杂性,并从单次实验中提取运动想象脑电特征;通过支持向量机对特征信号进行分类,采用了一种核函数参数v和误差惩罚因子c的最佳寻优方法,并用互信息(MI)、信噪比(SNR)、最小错分率(MR)等准则对分类器进行评判。测试结果为:想象左右手运动脑电信号识别精度达到90%,M I为0.65 bit,SNR为1.44。结果表明WPE-SVM识别方法能够准确提取脑电本质特征,具有较强的分类性能和抗干扰能力,为大脑运动意识任务分类提供了有效方法,它可以应用于脑-机接口系统中。

脑-机接口研究中想象动作电位的特征提取与分类算法

人在想象但未实施肢体或其他身体部位动作时,与该动作相关的大脑运动皮层区域会发生与该动作实施时相似的电生理响应,称为想象动作电位。想象动作电位的提取与分类是脑-机接口(BCI)技术的关键和难点。本文分别介绍了想象动作电位的时频分析、复杂度分析、相位耦合测量、多通道线性描述符、多维统计分析等特征提取方法和线性判别分析、人工神经网络、支持向量机等分类算法,以供BCI系统设计与研究时参考。

基于小波变换的乳腺X线影像微钙化点感兴趣区域提取新技术

为乳腺癌早期诊断和乳腺X线影像微钙化点计算机辅助检测作前期预处理,提出了一种基于小波变换的微钙化点感兴趣区提取新技术。其具体思路是:(1)将乳腺区域图像提取成等大的子图像;(2 )对每一幅子图像进行小波变换,根据特征参数ρ讨论最优小波变化参数和阈值T;(3)根据阈值T判别子图像是否属于感兴趣区。对临床实际病例(2 0幅乳腺X线影像)的试验结果表明,该方法具有较高的检出率(89.7% ) ,和较为满意的假阳性率(2 .1% )。

二次微分小波在心电图QRS波检测中的应用

叙述将小波变换应用于ECG信号检测QRS波。利用二进Marr小波对信号按Mallat算法进行变换 ;从等效滤波器的角度分析了信号奇异点 (R波峰值点 )与其小波变换模极大值的关系 ;探讨了二次微分小波与一次微分小波在奇异点分析时性能上的差异。在检测中运用了一系列策略以增强算法的抗干扰能力 ,提高QRS波的正确检测率。经MIT/BIH标准心律失常数据库验证 ,QRS波的正确检测率高达 99.8%。