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计算机与医学

计算机与医学. 北京大学 信息科学技术学院. 我是医学生，为什么学计算机？. … 现在考完试了“放假了”，我有点疑问想要问下您哦 ... 就是 … 我们这一个学期学的计算概论有什么意义呢 … 毕竟我们只学了半年 … 基本懂得了 C 语言的基础 … 但是“后面好像没有有关的课程”，我觉得很快就会荒废 … 那为什么还要学这门东西呢 …? 还有的就是 … 就我这 C 语言低级的基础 … 能够做得到点什么东西呢 ? 之前还能够作为应付作业考试之用 ... 但没有试题给我了，我真的不知道学来有什么用 …. 为什么要学习计算机相关的知识？. 计算思维：全国大学计算机基础教育

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Presentation Transcript

  1. 计算机与医学 北京大学信息科学技术学院

  2. 我是医学生，为什么学计算机？ • …现在考完试了“放假了”，我有点疑问想要问下您哦...就是…我们这一个学期学的计算概论有什么意义呢… • 毕竟我们只学了半年…基本懂得了C语言的基础…但是“后面好像没有有关的课程”，我觉得很快就会荒废…那为什么还要学这门东西呢…? • 还有的就是…就我这C语言低级的基础…能够做得到点什么东西呢? 之前还能够作为应付作业考试之用...但没有试题给我了，我真的不知道学来有什么用…

  3. 为什么要学习计算机相关的知识？ • 计算思维：全国大学计算机基础教育 • 学习人类智慧 • 计算机与医学结合的更加紧密 • 知其然，更知其所以然

  4. 计算机在医学方面能做些什么？ • 在任何一门学科的研究和实践中，计算机都是一种很好的辅助工具 • 可以极大地方便人们的各种日常工作和科学研究 • 医疗管理及医学信息处理 • 医学研究

  5. 计算机在医学方面能做些什么？ • 医学部的后续课程 • 护理（4年）：生物统计（2-3）、健康评估（3-3，4-2）、流行病学与社会医学（5-2）、护理教育与管理（6-3） • 基础（8年）：医学统计学（3-3）、流行病学与社会医学（6-2）、仪器分析（5-2）、医学影像学（7-4/4*8）、 • 口腔（8年）：医学统计学（3-3）、流行病学与社会医学（5-2）、影像诊断学（6-2/3*9）、口腔颌面影像诊断学（8/9-3/1*9）、计算机应用（8/9-3/1*9） • 临床（8年）：医学统计学（3-3）、流行病学与社会医学（6-2）、医学影像学（7-3*9/3*12） • 药学（6年）：医学统计学（3-3）、仪器分析（4-3）、波普解析（4-2）、药物分析（7-3）、药物实验（7-3）、计算机辅助药物设计（7-2） • 预防（7年）：医学影像学（6-1/3*12）、卫生统计学（8-5/5*8）、流行病学（9-2.5/2） • 医学英语（5年）：生物统计（3-3）、流行病学与社会医学（7-2）、生物医学英语编辑与写作（7-2）

  6. 医疗管理及医学信息处理（1/2） • 医院行政管理 • 财务、人事、门诊和住院等的管理。 • 药房管理 • 药品的进、销、存等环节的管理 • 医疗信息系统 • 病历管理、…

  7. 电子病历 电子病历 传统病历

  8. 医疗管理及医学信息处理（2/2） • 医疗专家系统 • 中医诊断系统、… • 医学设备管理系统 • B超、化验、… • 医学影像、数据处理 • 心电图、脑电图、X光片、CT图像、…

  9. 医学研究 • 最佳治疗方案确定 • 医学诊断、矫正与疗效评估 • 数字人 • 分子医学 • 生物信息学 • 虚拟手术 • 流行病学分析及预防医学信息处理 • ……

  10. 最佳放射治疗方案 • 肿瘤放射治疗是利用放射线如放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类x射线治疗机或加速器产生的x射线、电子线、质子束及其它粒子束等治疗恶性肿瘤的一种方法。肿瘤放射治疗（简称放疗）就是用放射线治疗癌症。

  11. 最佳放射治疗方案 好的治疗方案应合理地分布照射野或放射性粒子，确保对肿瘤组织的高剂量照射，肿瘤内部剂量场相对均匀，同时最有效保护周围的敏感组织和器官。

  12. 最佳放射治疗方案 治疗 机理 计算 公式 放疗剂量分布

  13. 最佳放疗软件的反馈优势

  14. 医学诊断、矫正及疗效评估 • 医学研究与临床诊断中许多重要信息都是以影像形式出现 • 信号类影像：心电图、脑电图 • 多维影像：X射线照片、组织切片、细胞立体图 • 计算机影像处理技术 • 图像识别 • 图像增强 • 图像复原

  15. 医学诊断、矫正及疗效评估 头部影像

  16. 医学诊断、矫正及疗效评估 脊椎骨折MRI影像

  17. 医学诊断、矫正及疗效评估 胸部X光影像

  18. 医学诊断、矫正及疗效评估 口腔正畸

  19. 数字人 • 通过对人体的高密度切片、切片图像扫描、和图像三维重建，合成完全数字化的三维人体模型 • 通过计算机屏幕，可以对数字人进行任意方向的剖切、对任何器官和系统独立地进行放大和观察、…

  20. 数字人 头颅内主要器官 血管系统 神经系统

  21. 数字人：切片扫描重建

  22. 数字人：可视人物理人生理人 • 数字化可视人 • 通过对人体的切片，在计算机中实现三维重建 • 数字化物理人 • 可模拟人体对外界物理刺激的反应 • 数字化生理人 • 能够模拟人体的新陈代谢、生长发育、病变过程等生理变化

  23. 数字人演示 • http://www.visiblebody.com

  24. 分子医学 • 采用计算机图形学技术展现分子层面的物质结构 • 在分子的层面上研究各种疾病的现象、机理和治疗方法

  25. 阿尔茨海默氏症(老年性痴呆 脑萎缩) ——分子层面分析 • 揭秘阿尔茨海默氏症

  26. 生物信息学 • 生物信息学（Bioinformatics）是生物学与计算机科学以及应用数学等学科相互交叉而形成的一门新兴学科 • 它通过对生物学实验数据的获取、加工、存储、分类、检索与分析，进而达到揭示数据所蕴含的生物学意义的目的 • 生物信息学目前的研究主要集中于核苷酸和氨基酸序列的存储、分类、检索和分析等方面， • 目前生物信息学可以狭义地定义为：将计算机科学和数学应用于生物大分子信息的获取、加工、存储、分类、检索与分析，以达到理解这些生物大分子信息的生物学意义的交叉学科

  27. 生物信息学中的软件系统 • 数据获取系统 • 设计控制和试剂控制软件 • 序列产生软件 • 数据管理与查询系统 • 数据库软件 • 可视化软件 • 数据分析系统 • 序列分析软件 • 蛋白质折叠（结构预测）软件 • 基因组绘图软件 • 基因比较工具 • 特征筛选及分类软件

  28. 生物信息学

  29. 生物信息学

  30. 虚拟手术 • 虚拟手术（Virtual Surgery-VS）作为正在发展起来的研究方向，是集医学、生物力学、机械学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机械力学、材料学、机器人等诸多学科为一体的新型交叉研究领域。 • 其目的是：使用计算机技术（主要是计算机图形学与虚拟现实）来模拟、指导或实施医学手术所涉及的各种活动。 • 手术计划制定、手术排练演习、手术教学、手术技能训练、…

  31. 虚拟手术的用途 • 手术方案的确定 • 能够利用图像数据，帮助医生合理、定量地制定手术方案；对于选择最佳手术路径、减小手术损伤、减少对临近组织损害、提高肿瘤定位精度、执行复杂外科手术和提高手术成功率等具有十分重要的意义 • 虚拟手术系统可以预演手术的整个过程以便事先发现手术中问题 • 虚拟手术系统能够使得医生能够依靠术前获得的医学影像信息，建立三维模型，在计算机建立的虚拟的环境中设计手术过程，进刀的部位，角度，提高手术的成功率 • 手术的教学与训练 • 80%的手术失误是人为因素引起的，所以手术训练极其重要 • 医生可在虚拟手术系统上观察专家手术过程，也可重复实习；使得手术培训的时间大为缩短，同时减少了对昂贵的实验对象的需求。 • 由于虚拟手术系统可为操作者提供一个极具真实感和沉浸感的训练环境，力反馈绘制算法能够制造很好的临场感，所以训练过程与真实情况几乎一致，尤其是能够获得在实际手术中的手感。 • 术中导航与术中监护 • 虚拟手术将计算机处理的三维模型与实际手术对象进行定位匹配，使得医生看到的图象既有实际图象，又叠加了图形，属于计算机增强现实。如手术使用了第二种成像手段，例如内窥镜，则将实时观测的图象与术前CT或MRI进行匹配定位融合，对齐两个坐标系并显示为图形，引导医生进行手术。

  32. 虚拟手术的优点 • 提高疾病的治疗效果： • 虚拟手术减少手术的并发症，使患者恢复更迅速。例如立体定向放射神经外科中，虚拟手术能够优化放射手术治疗方案，降低并发症。 • 降低手术费用： • 现代外科医疗检测系统造价昂贵，医疗成本也很高。虚拟手术能够缩短病人的恢复周期、降低病人和医院的开支。 • 建造定制的修复拟合模型： • 虚拟手术能够设计植入器官（对人工假体的设计）。计算机能够帮助医生在进行髋骨更换手术前，可通过非破坏性的三维成象对其尺寸和形状进行精确测量，然后定制髋骨，这样可以把因尺寸不合格而重新开刀的比例从30%将降到5%。 • 远程干预： • 虚拟手术与远程干预将能够在手术室中的外科医生能实时地获得远程专家的交互式会诊。交互工具可以使顾问医生把靶点投影于患者身上来帮助指导主刀外科医生的操作，甚或通过遥控帮助操纵仪器。这能使专家们技能的发挥不受空间距离的限制。

  33. 虚拟膝盖手术演示 • http://www.edheads.org/activities/knee/

  34. 流行病学分析及预防医学信息处理 • 从时间、空间等多个角度 对流行病的分布、传播机理、控制与预防等 进行定量的统计和分析

  35. 基于社交网络的疾病预测

  36. 基于社交网络的疾病预测 • 利用社交网络来进行疾病预测(sickweather) • Sickweather (http://www.sickweather.com/)的创始人格拉汉姆·道奇（Graham Dodge）在分析完Facebook和Twitter上的1700万条状态和微博后，指出了如何通过社交网络追踪美国境内疾病的传播情况。

  37. 基于社交网络的疾病预测 • Sickweather是第一个通过分析社交内容来为消费者提供疾病传播跟踪信息的网站。 • 在2008和2009年，Google与Yahoo通过搜索引擎帮助人们发现了流感的传播路径，有效地阻止了流感的大范围传播。2010年，Google推出了“流感指数”(GoogleFluTrends)，为大众提供流感预测信息。

  38. “我生病了。” “医生说我患了气管炎。” “我儿子得水痘了。” 1 2 3 “你今天感觉怎么样？” “就在我家附近的街区有流感发生。”

  39. 本课程只是一个开始， 但却是必不可少的第一步！

  40. 本周作业 • 给老师发一封email，主要内容：2个附件 • 你的照片，JPEG格式，以学号命名 • 你的学号和姓名，文本文件，以学号命名 • 我的邮箱：lyw@pku.edu.cn

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