医学信息学概述.ppt

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1、医学信息学概论学习目的和要求,教学目的:通过本课程的学习，掌握医学信息学的基本原理，能用医学信息学的方法和计算机技术开展医学研究。完成医院信息系统的课程设计撰写一篇医学信息学研究领域的综述报告,医学信息学概述医学信息获取及利用医学信息标准化医学信息系统 医院信息分析与决策支持数字虚拟人体研究生物信息学基础（自学）医学信息处理新技术,课程的内容,课程教学目的和要求,教学方法:理论课 讨论课课程设计课外阅读考核办法医学信息学领域研究综述论文 15%课程设计：医院信息系统课程设计30教学参与情况（讨论课、上课参与）5考试50%,教材和参考书目,教材：杨名经主编医学信息学概论，科学出版社，2015年参

2、考书：Edward H.Shortliff 主编，罗述谦主译生物医学信息学，科学出版社，2011年施诚主编，医院信息系统分析与设计，电子工业出版社，2014年崔蒙等主编中医信息学概论，科学出版社埃里克.托普著颠覆医疗-大数据时代的个人健康革命，电子工业出版社，2014年周怡主编，医学信息决策与支持系统，人民卫生出版社，2009年唐雄燕等，基于物联网的智慧医疗技术及其应用，电子工业出版社，2013年,第1章 医学信息概述,1.1 医学信息学的含义,信息（Information）的含义?（1）一般性定义方法牛津字典中，信息被定义为“某人被通知或告知的内容、情报、消息”韦氏字典：是在观察和研究过程中

3、获得的数据、新闻和知识商务印书馆的汉英词典：通知、报告；消息、报导、资料、情报总结：能够通过各种工具或手段发出、传递和接受并为接受者所利用的对象，都可被称为信息。,信息（Information）的含义（续）,（2）实质性定义方法1）从事物的运动状态定义。诺伯特.维纳“信息就是我们在适应外部世界，并且使这种适应反作用于外部世界的过程中，同外部世界进行相互交换的内容的名称。”钟义信：“信息是事物运动的状态以及它的状态改变的方式。”2）从信息的存在方式定义。中介说3）从信息的内涵定义。李国平：信息是知识的内涵。朱雪龙把信息分成广义信息、技术信息和统计信息4）从事物的差异性定义。朗格:信息是反映事物的

4、形式、关系和差别的东西。,钟信义信息科学原理,信息是事物运动的状态以及它的状态改变的方式。没有约束条件的本体论层次受主体约束的认识论层次：语法信息、语义信息、语用信息,信息（Information）的含义（续）,5）从事物的不确定性定义信息论的创始人香农（）：信息是用来消除随机不确定性的东西。“事物不确定性的消除程度”定义为信息，或称信息量。提出信息量和信息熵(information entropy)的概念6）从抽象的哲学含义定义总结：香农消除不确定性的定义方法是他创立信息论的依据，并为后来信息科学的产生奠定了基础,克劳德艾尔伍德香农,ISO对“信息”下的定义：,信息是对人有用的数据，这些数据

5、将可能影响到人们的行为与决策。ISO对“数据”下的定义是：“数据是对事实、概念或指令的一种特殊的表达形式，这种特殊的表达形式可以用人工的方式或者用自动化的装置进行通信、翻译转换或者进行加工处理。”,信息的类型和特征,（1）信息的类型信息的运动状态分：连续信息和离散信息，或动态信息和静态信息信息产生的客体性质分：自然信息、生物信息和机器信息。医学信息从信息表现形式分：医学常规数据信息、医学生理信息、医学图像信息和医学知识信息（2）信息的特征普遍性、寄载性、传递性、表征性、可压缩性、增殖性,信息与消息、信号、知识的关系,（1）信息与消息、信号和数据消息：是人们通过各种工具得到的文字、符号、图形、图

6、像、语音。信号：是人们通过仪器设备和通信线路得到的电、光或磁的物理量。数据：是人们在观察某个事物或对某个对象进行的活动中所记录的事物状态（大小、速度等）的变化量信息：接收者通过感觉器官所理解得到相关消息、信号和数据的真实含义,信息与消息、信号、知识的关系（续）,（2）信息与知识知识：是人们根据某种目的从客观世界收集得来的数据或资料中，经过大脑思维和整理、概括、提取而得到的有价值的信息。知识是由信息加工出来的产物，是一种具有普遍和概括性质的高层次的信息，因此它是信息的一个特殊的子集。,关于“知识”进一步描述,汉语大词典的解释：指有关学术、文化或学问：知识界，知识分子。指相识，朋友：朝廷大臣多有知

7、识的。韦氏字典:知识是人们通过实践、研究、联系或调查获得的关于事物的事实和状态的认识，是对科学、艺术或技术的理解，是人类获得的关于真理和原理的认识的总和。即知识是人们在处理信息的基础上，所获得的对研究对象更深层次的认识。,汉语大词典：指人类的认识成果：来自社会实践，其初级形态是经验知识，高级形态是系统科学理论获得方式可区分为直接知识和间接知识；内容可分为自然科学知识、社会科学知识和思维科学知识。,韦氏字典：知识是人类获得的关于真理和原理的认识的总和。,数据、信息与知识之间的关系,数据是信息的基础信息是对人们有用的数据知识是在信息的基础上进一步提炼而成的关于自然和社会的认识和经验的总和，指导人们

8、从大量的数据中认识信息的某种规律。,医学信息学的含义,1什么是医学信息医学信息：是指在医学研究、临床实践和医学管理等过程中所产生的、以及从各种载体中获取的各种形式的信息。这些信息包括文字、数据、表单、图形、影像和声音。问题：按医学信息表现的形式如何分类？举例说明,医学常规数据信息、医学生理信息、医学图像信息、医学知识信息,2医学信息学的含义,历史：医学信息学名称变化：医药信息学或医学信息学Medical Informatics；卫生信息学或健康信息学，即Health Informatics；医学信息科学，即Medical Information Science；生物医学信息学Biomedica

9、l Informatics.（1）医学信息学的直接定义美国Morris F.Collen:“医学信息学是计算机、通信、信息系统和技术在医学临床、科研和教学等各领域中的应用”Jan van Bemmel：“医学信息学是信息技术学和各医疗卫生科学的交叉科学。”,（1）医学信息学的直接定义(续）,美国医学院协会AAMC定义：P6Edward H.Shortliffe在教科书Medical Informatics:Computer Applications in Health Care中定义.P6英国医学信息学会定义.P6,我国学者丁宝芬教授,现阶段对医学信息学的定义是：探讨生物学的、医学的或者更广义

10、的健康数据的采集、存储、交互和展现的过程的科学；探讨如何利用信息科技来优化这些过程的科学；以及探讨如何利用这些数据实现信息和知识层次的各种应用科学。,施诚教授和国内专家,医学信息学（Medical Informatics）是一门以医学信息为主要研究对象，以医学信息的运动规律及应用方法为主要研究内容，以现代计算机为主要工具，以解决医药工作人员在处理医学信息过程中的各种问题为主要研究目标的一门新兴学科。它在优化医药、卫生和生物医学信息的获取、存储、检索和利用等方面具有重要意义。,（1）医学信息学的直接定义（续）,本书对医学信息学的定义：P7医学信息学是在信息科学、计算机科学、人工智能与医学科学经过

11、不断的交叉、融合和应用，逐步形成的一门多边缘交叉学科。其主要任务是研究医学领域中各种医学信息的性质、获取、转换、编码、传递、控制和利用，努力开创医学科学完全科学化和现代化的新局面。,（2）医学信息学的内涵描述,1）医学信息学的交叉性2）医学信息学的独立性与医学科学和信息科学在学科方向的差异性、学科对象的特殊性、学科语言的系统性和学科规范的约束性上。3）医学信息学的复杂性哈肯：所有生命过程，从单细胞的生命过程开始，直到人类与自然的共存，都是密切配合的；所有的部分都象齿轮那样，直接或间接地啮合着，这就使系统总是十分复杂。”,医学信息学内涵和外延,指医学、医疗卫生和公众健康或药学、药物为信息内容和应

12、用领域的各种信息。语义：以医学、医疗卫生和公众健康或药学、药物为信息内容。语用：以医学、医疗卫生和公众健康或药学、药物为信息内容和应用领域的各种信息。数据、信息、知识,中国中医药出版社,医学知识与信息的关系示意,医学信息学的构成和学科框架,除了包含医学、信息学外，还涉及到网络通信技术、数据库技术、无线传感技术、人工智能等计算机科学的多个领域，教学内容涵盖了信息处理技术、信息标准化技术、医学图象处理与传输、医院管理信息系统、临床信息系统等多个研究领域。,医学信息学的构成和学科框架,公共卫生,分子,个体,器官,组织,细胞,亚细胞,蛋白,基因,公共卫生信息学,临床信息学,影像信息学,生物信息学,生物

13、医学信息学,临床医学,计算机科学,基础生物医学科学,认知学,管理学,生物工程学,流行病学及生物统计学,医学信息学学知识点分类JAMIA2009,医学信息学研究范畴（四个结构层次）,原始健康数据：影像、生理数据课题：数据采集和集成，实时生理信号分析、语音识别、传感器采集、条形码扫描综合数据库：基因分类课题：数据整合：数据仓库、数据模型、语义网络知识库层次：词表、术语学、语义网等课题：数据处理：存储、提取、可视化、计算模型知识结晶和理论：协议、临床实用手册课题：知识获取：机器学习、文本解释、知识工程、决策理论,人机交互图谱,学习,记忆的整理,背诵和回忆,回想和椯摩,选择性注意,感官感觉知觉,分析决

14、策执行,专业知识,长期的记忆,工作的记忆,感官的记忆,知识利用,知识管理,知识获取,数据推理,数据优化,数据集成,数据采集,生物医学知识,知识库,数据库,生物的，医学的，健康的现象,人类,机器,1.2 医学信息学的产生和发展,医学信息学的产生分析1）产生的社会背景：五次重大的信息革命，人们对健康水平的要求提高，使得在医疗、预防、保健等方面产生的与日俱增的医学信息迫切需要科学的精确描述和处理。2）产生的理论基础：“老三论”上，即信息论（Informatics）、控制论（Cybernetics）和系统论（System Theory）。,与信息学相关的理论,老三论信息论。P9，香农系统论。P10，贝

15、塔朗菲控制论。P10，维纳新三论耗散结构理论。P22，普利高津协同学。P22，哈肯突变论。P22，托姆,医学信息学产生的理论基础,信息论：创始人是美国科学家香农。阐述了信息是消除不确定性程度的量化定义：将信源看成是随机事件的随机变量的集合，把通信过程看成是在已知概率的前提下，对各种可能出现的状态的选择，以信宿不确定性的减少量来度量信源每个状态的平均信息量定义为信源的信息量；提出了计算离散型随机事件信息量的信息熵及其公式,计算离散型随机事件信息量的信息熵,x1,x2,xn-信源随机事件X的N种可能状态；p1,p2,pn-每种状态的发生概率；H为X的信息量。当对数底数分别为2、e和10时，信息量的

16、单位分别是比特（Bit:Binary Digit）、奈特（Nat:Natural Digit）和迪特（Dit:Decimal Digit）。通常在信息理论描述中多用bit为单位，且在计算过程中将对数底数2省略不写。,计算离散型随机事件信息量的信息熵（续）,信源X是一个连续型的随机事件，那么信息熵的计算公式如式（1.2）所示。其中p(x)为概率密度函数：,计算离散型随机事件信息量的信息熵（续）,信源是两个离散型随机事件X和Y，则它们的联合信息熵H(X,Y)和条件信息熵H(X|Y)可分别由式(1.3)和(1.4)所示。式中：P(xi,yj)为x和y同时发生的联合概率；p(xi|yj)为y发生下x发

17、生的条件概率。,医学信息学产生的理论基础（续）,系统论：创始人是美籍奥地利生物学家贝塔朗菲（Betalanffen），阐述了系统构成的基本原理和系统研究的整体性原则。控制论：创始人是诺伯特.维纳（Norbert Wiener），论述了通信系统、生命系统中信号的产生、传输、转换和调节的控制原理。信息论、控制论和系统论关系：任何一个事物都可构成一个系统，任何一个系统都必须在一定的控制下才能生存；而任何一种控制又必须依靠信息才能实现。显然控制是系统存在的条件，信息是控制的基础；或者说系统是控制存在的集中表现，控制是信息存在的具体反映。,医学信息学的发展阶段,1.问世确立阶段。20世纪70年代中期以前

18、。对医学科学的发展需要信息科学的帮助有了认识。计算机科学在医学领域开始得到应用和重视国际组织正式成立：1970年IMIA成立。2.成熟发展阶段。20世纪70年代中期到80年代中期。国际医学信息学组织机构和学术活动日趋完善医学信息学的教育走上健康发展之路大量实用医学信息系统的问世开始重视和实施了医学信息标准化研究,医学信息学的发展阶段（续）,3.提高变革阶段。20世纪80年代中期以后至今。医学信息学教育向着更深层次和更高水平迈进。IMIA于2006年还专门设立了一个教育工作小组。开发了很多高水平的大型综合医学信息系统医学信息学领域实施了一些重大的前沿课题新概念新技术的相继出现，极大地推动着医学信

19、息学向着一个创新和变革的方向发展,1.3 医学信息学的研究意义,加快医学科学创新发展的前进步伐医学科学是医学信息学产生和发展的供体学科之一，医学信息学则是以基础医学的研究成果作为自己研究的信息资源，以基础医学的基本原理作为自己研究的基本导向，运用信息科学的原理和方法探讨人体生命的运动规律和疾病防治的新途径。推进中医药学科学现代化的发展进程提高信息科学在生命科学中的应用水平,1.4 医学信息学的研究内容,医学信息学的基础研究医学信息学的方法研究一般方法论研究：指那些在科学研究中对某些问题的认识和处理过程，经过归纳和抽象而形成的基本原理。应用方法论研究：是指在医学信息学具体研究中所产生的各种应用方法，或技术过程。主要：信息获取方法和信息处理方法系统综合方法论研究：用系统论的观点去认识医学信息领域中各种复杂问题的方法体系。具有复杂性、综合性和最优性三个基本特征。,1.4 医学信息学的研究内容（续）,医学信息学的应用研究构建了一大批应用于医学各个领域的医学信息系统催生了一系列独具特色的分支学科开启了众多医学信息学领域新技术的研究如何应用“老三论”的观点来审视和建立一种新的疾病观？,思考题,课外查阅资料，加深对“老三论”、“新三论”的理解,