生物医学信息学课件

生物医学信息学浙江中医药大学信息技术学院王海舜1文档之家-/生物医学信息学浙江中医药大学信息技术学院1文档之家-http课程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。课程内容:医学信息学生物信息学2文档之家-/课程学习目的和要求教学目的:通过本课程的学习，掌握医学信息学医学信息学基础医学信息标准化临床信息系统医学信息有序化医学信息获取PACS系统及其实现医学信息的硬件架构和信息安全临床信息系统临床路径无线网络医学决策支持生物信息学概论生物数据库序列对比和数据库搜索课程的内容3文档之家-/课程的内容3文档之家-http://shop63695479课程教学目的和要求教学方法:理论课实验课医院信息化建设见习、调研讨论课考核办法综述、调研报告、实验报告40％教学参与情况（讨论课、上课参与）10％考试50%4文档之家-/课程教学目的和要求教学方法:4文档之家-http://sho教材和参考书目教材:王伟.医学信息学.高等教育出版社，2006，2参考书目：(荷兰)J.H.VanBemmel(美国)M.A.Musen主编包含飞郑学侃主译，医学信息学，上海科技出版社。傅征等，医院信息系统建设与应用，人民军医出版社，2003，3金新政等，医院信息系统，科学出版社，2004.1黄晓鹂主编，医学信息学教程，中国科学技术出版社5文档之家-/教材和参考书目教材:王伟.医学信息学.高等教育出版社，200第一章医学信息学基础第一节医学信息信息的含义信息存在的普遍性信息概念的表述各家学说：归纳为五种主要学说国家标准（GB/T4894-1985）：是事物变化和特征的反映；是事物间相互联系的表征；是事物在特定信息载体上的映射或再现信息的特征语法语义语用6文档之家-/第一章医学信息学基础第一节医学信息6文档之家-http:医学信息学（MedicalInformatics）概念： 医学信息是指医学、医疗卫生和公共健康或药学、药物为信息内容和应用领域的各种信息。传统的医学信息学－－侧重文献信息管理、分析研究。现代医学信息学－－计算机技术与IT应用到医药卫生领域。医学信息的要素：语义要素语用要素7文档之家-/医学信息学（MedicalInformatics）概念：7医学信息的类型根据存在方式分类人体内信息人体外信息根据来源分类系统内部信息系统外部信息根据应用领域分类医学研究信息临床研究信息医学市场信息医学管理信息8文档之家-/医学信息的类型8文档之家-http://shop636954第二节医学信息学相关概念信息与数据数据基本单元---符号信息构成的基础---数据信息的外在形式---消息9文档之家-/第二节医学信息学相关概念信息与数据9文档之家-http:/信息与知识知识的定义P9知识的分类知事类知识（know-what）知因类知识（know-why）知能类知识（know-how）知人类知识（know-what）10文档之家-/信息与知识10文档之家-http://shop6369547知识与信息的关系11文档之家-/知识与信息的关系11文档之家-http://shop6369信息与文献文献的概念：记录有信息和知识的一切载体。文献的等级结构。p12图1-6一次文献二次文献三次文献文献与信息的关系P13图1-7信息与知识性记录性载体实体形态性12文档之家-/信息与文献12文档之家-http://shop636954713文档之家-/13文档之家-http://shop63695479.tao第三节医学信息学研究20世纪70年代末借用法语单词informatiquemedicale而来。将先前的医学计算机科学、医学信息科学、计算机医学应用卫生信息学等统一而成。

1978年国际医学信息学会（IMIA）成立。是WHO认可的非政府组织。1974年起每3年一次会议。14文档之家-/第三节医学信息学研究20世纪70年代末借用法语单词info医学信息学的定义医学信息学是以信息学、信息管理和信息技术为依托，研究医学领域中的信息现象和信息规律，用于医学决策和管理的一门交叉学科。交叉学科与IT技术密切相关任务医学信息利用和共享，提高决策15文档之家-/医学信息学的定义15文档之家-http://shop6369国外医学信息学的发展过程医学信息学的初期探索（20世纪60年代）MEDLARS的建成为标志美国大学“生命科学计算机资源”医学信息学的发展时期（20世纪70－80年代）

大规模医院信息系统国际医学信息学会成立（IMIA）16文档之家-/国外医学信息学的发展过程医学信息学的初期探索（20世纪60年医学信息学的深入研究时期（20世纪80年代中期至今）大型研究项目的开展从以数据处理的阶段进入知识处理的新阶段，医学人工智能和专家系统的研究为主要标志。17文档之家-/医学信息学的深入研究时期（20世纪80年代中期至今）17文档二、我国医学信息学的发展进程1995年“金卫工程”建立国家医疗信息骨干网建立卫生宏观数据库建立医院HIS发行“金卫卡”军队一、二、三号工程1987年，中国医学信息学会（CMIA）成立。04年11月，中国卫生信息学会成立存在的问题：缺乏研究的深度和广度。18文档之家-/二、我国医学信息学的发展进程1995年“金卫工程”18文档之医学信息学的研究对象和研究领域研究对象对生命信息现象的研究应用控制论P15图1-8对人类社会活动中医学信息的研究循证医学P16图1-919文档之家-/医学信息学的研究对象和研究领域研究对象19文档之家-http诊断－治疗循环1．人类活动的三个阶段：观察、分析、行动2．医疗卫生活动：观察、诊断、治疗20文档之家-/诊断－治疗循环1．人类活动的三个阶段：观察、分析、行动观察、分析、行动21文档之家-/观察、分析、行动21文档之家-http://shop6369诊断－治疗循环22文档之家-/诊断－治疗循环22文档之家-http://shop63695生物信息学（Bioinformatics)概念

美国人类基因组计划实施五年后的总结报告中，对生物信息学作了以下定义： 生物信息学是一门交叉科学，它包含了生物信息的获取、处理、存储、分发、分析和解释等在内的所有方面，它综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量数据所包含的生物学意义。23文档之家-/生物信息学（Bioinformatics)概念 美国人类基因生物信息学核心观点：生命现象是在信息控制下不同层次上的物质、能量与信息的交换。是信息在不同层次的传递过程：核酸、蛋白质、细胞、器官、系统、整体。24文档之家-/生物信息学核心观点：24文档之家-http://shop63广义的生物信息学生物的遗传信息学：DNA-RNA-蛋白质、遗传信息-转录-翻译生命活动的调控：基因的功能、表达和调控蛋白质的结构、功能。生物电磁学与电磁生物学：生物电磁学：人体的电磁辐射：人体信号的调制方式；电磁生物学25文档之家-/广义的生物信息学生物的遗传信息学：DNA-RNA-蛋白质、遗视觉系统与光信息处理视网膜神经元回路与信息处理、彩色视觉及彩色图象的编码、变换机制等。脑和神经系统与信息：脑感知觉信息处理原理及其应用，学习、记忆、思维模型与信息系统新原理研究。生物结构与微光机电系统：DNA驱动的微细机器人生物大分子到细胞基本结构体系的自组装、自组织创造新物质的分子工程学研究基因芯片、蛋白质芯片26文档之家-/视觉系统与光信息处理26文档之家-http://shop63狭义的生物信息学基因层次的生物信息学综合利用生物学、数学、物理学、信息科学以及计算机科学的交叉学科。把基因组DNA序列信息作为信息分析的源头，获得蛋白质编码区的信息之后进行蛋白质空间结构模拟和预测。核心是基因组信息学：基因组信息的获取、处理、存储、分配和解释。发现新基因信息后进行蛋白质空间结构拟合预测，依据蛋白质的功能进行药物设计。27文档之家-/狭义的生物信息学基因层次的生物信息学27文档之家-http:医学信息学的学科体系医学信息学基础研究医学信息技术研究医学信息标准化研究医学信息有序化研究医学信息获取方法研究医学信息交流研究医学图象分析与处理技术研究医学信息系统研究医学决策支持系统研究医学知识管理研究28文档之家-/医学信息学的学科体系医学信息学基础研究28文档之家-http医学信息学研究进展医学数据挖掘理论、技术与方法的研究领域数据库与跨库检索循证医学信息资源的研究统一的医学信息标准研究基于WEB的电子病历系统研究整合的医疗信息系统研究智能化医学专家系统研究小波理论在医学图象处理中的研究社区卫生和公共卫生系统的研究29文档之家-/医学信息学研究进展医学数据挖掘理论、技术与方法的研究29文档2、决策支持系统与数据仓库决策支持系统（DSS）：从数据库中找出必要的数据，并利用数学模型的功能，为用户产生所需的信息。数据仓库和数据挖掘数据仓库：是一个面向主题的、集成的、稳定的、包含历史数据的数据集合。它用于支持经营管理中的决策制定过程。数据仓库的概念对收集不同来源的数据从新的角度提出了一种新的结构方法数据仓库的根本任务：把信息加以整理归纳并及时提供给管理决策人员。主要作用：提供报表和图表、支持多维分析、数据挖掘的基础。30文档之家-/2、决策支持系统与数据仓库决策支持系统（DSS）：从数据库中数据仓库的主题：是指用户使用数据仓库进行决策时所关心的重点方面。面向主题：数据仓库内的信息是按主题进行组织，为按主题进行决策的过程提供信息。集成：指信息是经过系统加工、汇总和整理。稳定：数据进入数据仓库后，将长期被保留。包含历史数据：从过去某一时点到目前的各个阶段的信息。31文档之家-/数据仓库的主题：是指用户使用数据仓库进行决策时所关心的重点方数据挖掘：所谓数据挖掘，就是从数据库中抽取隐含的、以前未知的、具有潜在应用价值的信息的过程。数据挖掘是KDD最核心的部分。数据挖掘与传统分析工具不同的是数据挖掘使用的是基于发现的方法，运用模式匹配和其它算法决定数据之间的重要联系。32文档之家-/数据挖掘：32文档之家-http://shop6369547第一步是描述数据---计算统计变量（比如平均值、均方差等），再用图表或图片直观的表示出来，进而可以看出一些变量之间的相关性（比如有一些值经常同时出现）。历史数据建立一个预言模型，然后再用另外一些数据对这个模型进行测试。验证你的模型33文档之家-/第一步是描述数据---计算统计变量（比如平均值、均方差等数据仓库系统的四个层次体系结构：（1）数据源：整个系统的数据源泉（2）数据的存储与管理：不同于传统的数据库，决定了外部数据的表现形式。

34文档之家-/数据仓库系统的四个层次体系结构：

34文档之家-http:大部分情况下，数据挖掘都要先把数据从数据仓库中拿到数据挖掘库或数据集市中。数据源数据仓库各分公司数据集市分析数据集市数据挖掘数据集市图1：数据挖掘库从数据仓库中得出35文档之家-/大部分情况下，数据挖掘都要先把数据从数据仓库中拿到数据挖掘库数据挖掘库可能是你的数据仓库的一个逻辑上的子集，而不一定非得是物理上单独的数据库。36文档之家-/数据挖掘库可能是你的数据仓库的一个逻辑上的子集，而不一定非得可以把一个或几个事务数据库导到一个只读的数据库中，就把它当作数据集市，然后在他上面进行数据挖掘。

数据源数据挖掘库图2：数据挖掘库从事务数据库中得出

37文档之家-/可以把一个或几个事务数据库导到一个只读的数据库中，就把它当作联机分析处理（OLAP）：对分析需要的数据进行有效集成，按多维模型进行组织，以便进行多角度、多层次的分析，并发现趋势。 传统的查询和报表工具是告诉你数据库中都有什么（whathappened），OLAP则更进一步告诉你下一步会怎么样（Whatnext）、和如果我采取这样的措施又会怎么样（Whatif）。38文档之家-/联机分析处理（OLAP）：对分析需要的数据进行有效集成，按多（4）前端工具：报表工具、数据分析工具、查询工具、数据挖掘工具。（P183图9-7)39文档之家-/（4）前端工具：报表工具、数据分析工具、查询工具、数据挖掘工第四节医学信息学教育一、国外医学信息学教育99年IMIA批准了召开的MEDINFO大会批准和公布医学信息教育的指导建议。美国有60多家大学授予医学信息学学位；荷兰设医学信息学课程和教师职位澳大利亚本世纪初有24所大学医学信息学方面的课程。法国93年将医学信息学设置为专业。40文档之家-/第四节医学信息学教育一、国外医学信息学教育40文档之家-h二、我国医学信息学教育医学信息专业教育：专业目录归到“信息管理与信息系统”；03年列为目录外专业。目前有30所医学院校开设医学信息学专业。医学文献检索课教学41文档之家-/二、我国医学信息学教育医学信息专业教育：专业目录归到“信息管医学信息学发展方向研究与应用领域不断扩大由疾病分类编码扩大到卫生各个领域重价值和质量管理Ball公式(服务+质量)/消费=价值Ball的实现方法：强化疾病管理、普及远程医疗、实现病人安全管理、建立决策支持系统。卫生信息系统建设03年公布《国家公共卫生信息系统建设方案》加快专业人才培养建立健全医学信息学研究体制加强国际和国内合作42文档之家-/医学信息学发展方向研究与应用领域不断扩大42文档之家-htt生物医学信息学浙江中医药大学信息技术学院王海舜43文档之家-/生物医学信息学浙江中医药大学信息技术学院1文档之家-http课程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。课程内容:医学信息学生物信息学44文档之家-/课程学习目的和要求教学目的:通过本课程的学习，掌握医学信息学医学信息学基础医学信息标准化临床信息系统医学信息有序化医学信息获取PACS系统及其实现医学信息的硬件架构和信息安全临床信息系统临床路径无线网络医学决策支持生物信息学概论生物数据库序列对比和数据库搜索课程的内容45文档之家-/课程的内容3文档之家-http://shop63695479课程教学目的和要求教学方法:理论课实验课医院信息化建设见习、调研讨论课考核办法综述、调研报告、实验报告40％教学参与情况（讨论课、上课参与）10％考试50%46文档之家-/课程教学目的和要求教学方法:4文档之家-http://sho教材和参考书目教材:王伟.医学信息学.高等教育出版社，2006，2参考书目：(荷兰)J.H.VanBemmel(美国)M.A.Musen主编包含飞郑学侃主译，医学信息学，上海科技出版社。傅征等，医院信息系统建设与应用，人民军医出版社，2003，3金新政等，医院信息系统，科学出版社，2004.1黄晓鹂主编，医学信息学教程，中国科学技术出版社47文档之家-/教材和参考书目教材:王伟.医学信息学.高等教育出版社，200第一章医学信息学基础第一节医学信息信息的含义信息存在的普遍性信息概念的表述各家学说：归纳为五种主要学说国家标准（GB/T4894-1985）：是事物变化和特征的反映；是事物间相互联系的表征；是事物在特定信息载体上的映射或再现信息的特征语法语义语用48文档之家-/第一章医学信息学基础第一节医学信息6文档之家-http:医学信息学（MedicalInformatics）概念： 医学信息是指医学、医疗卫生和公共健康或药学、药物为信息内容和应用领域的各种信息。传统的医学信息学－－侧重文献信息管理、分析研究。现代医学信息学－－计算机技术与IT应用到医药卫生领域。医学信息的要素：语义要素语用要素49文档之家-/医学信息学（MedicalInformatics）概念：7医学信息的类型根据存在方式分类人体内信息人体外信息根据来源分类系统内部信息系统外部信息根据应用领域分类医学研究信息临床研究信息医学市场信息医学管理信息50文档之家-/医学信息的类型8文档之家-http://shop636954第二节医学信息学相关概念信息与数据数据基本单元---符号信息构成的基础---数据信息的外在形式---消息51文档之家-/第二节医学信息学相关概念信息与数据9文档之家-http:/信息与知识知识的定义P9知识的分类知事类知识（know-what）知因类知识（know-why）知能类知识（know-how）知人类知识（know-what）52文档之家-/信息与知识10文档之家-http://shop6369547知识与信息的关系53文档之家-/知识与信息的关系11文档之家-http://shop6369信息与文献文献的概念：记录有信息和知识的一切载体。文献的等级结构。p12图1-6一次文献二次文献三次文献文献与信息的关系P13图1-7信息与知识性记录性载体实体形态性54文档之家-/信息与文献12文档之家-http://shop636954755文档之家-/13文档之家-http://shop63695479.tao第三节医学信息学研究20世纪70年代末借用法语单词informatiquemedicale而来。将先前的医学计算机科学、医学信息科学、计算机医学应用卫生信息学等统一而成。

1978年国际医学信息学会（IMIA）成立。是WHO认可的非政府组织。1974年起每3年一次会议。56文档之家-/第三节医学信息学研究20世纪70年代末借用法语单词info医学信息学的定义医学信息学是以信息学、信息管理和信息技术为依托，研究医学领域中的信息现象和信息规律，用于医学决策和管理的一门交叉学科。交叉学科与IT技术密切相关任务医学信息利用和共享，提高决策57文档之家-/医学信息学的定义15文档之家-http://shop6369国外医学信息学的发展过程医学信息学的初期探索（20世纪60年代）MEDLARS的建成为标志美国大学“生命科学计算机资源”医学信息学的发展时期（20世纪70－80年代）

大规模医院信息系统国际医学信息学会成立（IMIA）58文档之家-/国外医学信息学的发展过程医学信息学的初期探索（20世纪60年医学信息学的深入研究时期（20世纪80年代中期至今）大型研究项目的开展从以数据处理的阶段进入知识处理的新阶段，医学人工智能和专家系统的研究为主要标志。59文档之家-/医学信息学的深入研究时期（20世纪80年代中期至今）17文档二、我国医学信息学的发展进程1995年“金卫工程”建立国家医疗信息骨干网建立卫生宏观数据库建立医院HIS发行“金卫卡”军队一、二、三号工程1987年，中国医学信息学会（CMIA）成立。04年11月，中国卫生信息学会成立存在的问题：缺乏研究的深度和广度。60文档之家-/二、我国医学信息学的发展进程1995年“金卫工程”18文档之医学信息学的研究对象和研究领域研究对象对生命信息现象的研究应用控制论P15图1-8对人类社会活动中医学信息的研究循证医学P16图1-961文档之家-/医学信息学的研究对象和研究领域研究对象19文档之家-http诊断－治疗循环1．人类活动的三个阶段：观察、分析、行动2．医疗卫生活动：观察、诊断、治疗62文档之家-/诊断－治疗循环1．人类活动的三个阶段：观察、分析、行动观察、分析、行动63文档之家-/观察、分析、行动21文档之家-http://shop6369诊断－治疗循环64文档之家-/诊断－治疗循环22文档之家-http://shop63695生物信息学（Bioinformatics)概念

美国人类基因组计划实施五年后的总结报告中，对生物信息学作了以下定义： 生物信息学是一门交叉科学，它包含了生物信息的获取、处理、存储、分发、分析和解释等在内的所有方面，它综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量数据所包含的生物学意义。65文档之家-/生物信息学（Bioinformatics)概念 美国人类基因生物信息学核心观点：生命现象是在信息控制下不同层次上的物质、能量与信息的交换。是信息在不同层次的传递过程：核酸、蛋白质、细胞、器官、系统、整体。66文档之家-/生物信息学核心观点：24文档之家-http://shop63广义的生物信息学生物的遗传信息学：DNA-RNA-蛋白质、遗传信息-转录-翻译生命活动的调控：基因的功能、表达和调控蛋白质的结构、功能。生物电磁学与电磁生物学：生物电磁学：人体的电磁辐射：人体信号的调制方式；电磁生物学67文档之家-/广义的生物信息学生物的遗传信息学：DNA-RNA-蛋白质、遗视觉系统与光信息处理视网膜神经元回路与信息处理、彩色视觉及彩色图象的编码、变换机制等。脑和神经系统与信息：脑感知觉信息处理原理及其应用，学习、记忆、思维模型与信息系统新原理研究。生物结构与微光机电系统：DNA驱动的微细机器人生物大分子到细胞基本结构体系的自组装、自组织创造新物质的分子工程学研究基因芯片、蛋白质芯片68文档之家-/视觉系统与光信息处理26文档之家-http://shop63狭义的生物信息学基因层次的生物信息学综合利用生物学、数学、物理学、信息科学以及计算机科学的交叉学科。把基因组DNA序列信息作为信息分析的源头，获得蛋白质编码区的信息之后进行蛋白质空间结构模拟和预测。核心是基因组信息学：基因组信息的获取、处理、存储、分配和解释。发现新基因信息后进行蛋白质空间结构拟合预测，依据蛋白质的功能进行药物设计。69文档之家-/狭义的生物信息学基因层次的生物信息学27文档之家-http:医学信息学的学科体系医学信息学基础研究医学信息技术研究医学信息标准化研究医学信息有序化研究医学信息获取方法研究医学信息交流研究医学图象分析与处理技术研究医学信息系统研究医学决策支持系统研究医学知识管理研究70文档之家-/医学信息学的学科体系医学信息学基础研究28文档之家-http医学信息学研究进展医学数据挖掘理论、技术与方法的研究领域数据库与跨库检索循证医学信息资源的研究统一的医学信息标准研究基于WEB的电子病历系统研究整合的医疗信息系统研究智能化医学专家系统研究小波理论在医学图象处理中的研究社区卫生和公共卫生系统的研究71文档之家-/医学信息学研究进展医学数据挖掘理论、技术与方法的研究29文档2、决策支持系统与数据仓库决策支持系统（DSS）：从数据库中找出必要的数据，并利用数学模型的功能，为用户产生所需的信息。数据仓库和数据挖掘数据仓库：是一个面向主题的、集成的、稳定的、包含历史数据的数据集合。它用于支持经营管理中的决策制定过程。数据仓库的概念对收集不同来源的数据从新的角度提出了一种新的结构方法数据仓库的根本任务：把信息加以整理归纳并及时提供给管理决策人员。主要作用：提供报表和图表、支持多维分析、数据挖掘的基础。72文档之家-/2、决策支持系统与数据仓库决策支持系统（DSS）：从数据库中数据仓库的主题：是指用户使用数据仓库进行决策时所关心的重点方面。面向主题：数据仓库内的信息是按主题进行组织，为按主题进行决策的过程提供信息。集成：指信息是经过系统加工、汇总和整理。稳定：数据进入数据仓库后，将长期被保留。包含历史数据：从过去某一时点到目前的各个阶段的信息。73文档之家-/数据仓库的主题：是指用户使用数据仓库进行决策时所关心的重点方数据挖掘：所谓数据挖掘，就是从数据库中抽取隐含的、以前未知的、具有潜在应用价值的信息的过程。数据挖掘是KDD最核心的部分。数据挖掘与传统分析工具不同的是数据挖掘使用的是基于发现的方法，运用模式匹配和其它算法决定数据之间的重要联系。74文档之家-/数据挖掘：32文档之家-http://shop6369547第一步是描述数据---计算统计变量（比如平均值、均方差等），再用图表或图片直观的表示出来，进而可以看出一些变量之间的相关性（比如有一些值经常同时出现）。历史数据建立一个预言模型，然后再用另外一些数据对这个模型进行测试。验证你的模型75文档之家-/第一步是描述数据---计算统计变量（比如平均值、均方差等数据仓库系统的四个层次体系结构：（1）数据源：整个系统的数据源泉（2）数据的存储与管理：不同于传统的数据库，决定了外部数据的表现形式。