医学论文范文
〔摘要〕随着医学技术不断发展，生物医学信号逐渐成为医学方面的一项重要的诊断技术。由于生物体的复杂性，生物信号还具有随机性强、信号弱、噪声强、频率范围低、周期性等特点，这导致在相似性分析时面临很多困难。该文提出了窗口斜率特征提取法，通过确定参数窗口阈值和网格高度，利用相关公式进行计算，用斜率变化规律对比相似波形。
〔关键词〕生物医学信号;相似性;度量方法;窗口斜率法
生物医学信号是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号，可以反映出生物体所处的状态及生命情况等，生物医学信号不同于其他信号，具有本身的特征和测试方法。通常生物信号包括心电、呼吸、脉搏等，这些信号是生物生命活动的基本属性［1］。采集生物体内的信号后，可以根据信号的特征对生物体所处状态进行分析和研究，为诊断生物体器官功能并确定治疗方法提供可靠的依据。
1生物体医学信号
生物体不同信号的波形图。几种常见的心电波形图如图2所示，可以看出不同形态的生物体反映出不同的信号特征，进而反映在波形图上。医师可以根据波形图的特征对生物体的病情加以判断，从而进行针对性治疗。计算机和智能化技术的不断发展为生物信号诊断技术提供可靠的保证。正确地划分生物信号类别是医学内的重要保证。一般来说，对波形间的相似性程度进行划分类别，再对不同类别信号加以分析，可以缩短工作量，提高工作效率和分析的准确性，这是目前生物信号研究的发展方向。
2相似性分析法
指采用某种方法来描述和分析两者之间的相似度。相似性分析通常分为两个步骤:特征提取和表示以及相似性度量。由于生物体发出的生物自然信号能够随时间的推移而发生变化，因此可以把生物信号作为时序信号中的一种。对时序数据的分析目前已广泛应用，例如气象变化情况、石油勘探情况、股票走势数据等。可以看出时序数据具有很大的复杂性和计算量，其相似性度量会很大程度影响着分析的结果。生物信号同样具有上述特性，复杂多变是生物信号波形曲线形态的主要特征，因此其相似性分析要包括以下两个方面:一是从原始生物信号中提取特征信息，进行优化组合，作为表示特征向量;二是对特征向量进行相似性度量或分类。原始数列的特征提取对降低计算量有很好的帮助，通过只保留数列的主要形态，去除次要形态和细枝末节，提高数据分析的准确性。目前，特征提取的方法有很多，研究思路也各不相同。Keogh等［2］以时间序列为基础，输出的结果形式为线性分段，这种成为线性分段算法。主要方法是将数列表示为多段线性的直线，从而减少实验数据。这种线性分段算法的优点直观明了，可进行多解析多运算，支持各类测量方法，应用广泛。生物信号作为时间序列的一种，也存在复杂表现形式，因此在分析中会面临很多困难。基线漂移和时间轴的伸缩是生物信号最主要面临的问题［3－4］，选择合适的距离度量方法，能够提高相似性分析的准确性。动态时间弯曲(dynamictimewarp，DTW)可以作为一种有效的解决方法，但它的缺点是时间复杂，应用并不广泛.
3生物医学信号相似性分析的关键问题
生物信号作为时序信号的一种，具有维数高、数据量巨大、噪声干扰严重的特点。但由于人体是一个复杂的自然系统，人体信号具有时序信号所没有的一些特点。
3.1随机性强
由于人体的个体差异性很大，所表现出的生理信号也会随之产生差异，比如年龄的差异、性别的差异等。人体健康与生病的生理信号，其差异性会更大。生物医学信号具有随机性，它的特征并不平稳，随着时间发生变化，这种变化为医学中的信号处理带来较大困难。
3.2信号弱，噪声强
一般直接从人体中检测到的电信号幅值比较小。因此，在处理各种生理信号之前要应用放大器。噪声是指其他信号对所研究对象信号的干扰，研究时需要对信号去除噪声再进行研究。
3.3频率范围低
经频谱分析可知，除声音信号(如心音)频谱成分较高外，其他电生理信号的频谱一般较低。
3.4周期性
生物信号的幅值会随着时间而产生周期性的变化，如图3所示的心电波形。首先，将连续信号分为单个波形，即找到电波的最高点为分割点;然后，将连续波形分为多个单段连续的波形。若分割点选取不准确，将会对信号的判断产生影响.生物信号具有维度高、数据多等特征，在相似性分析方面存在一定的难度。由于人们大都注意特征数据的提取方法，因此希望距离度量采用更简单的方法。生物信号经过复杂的特征数据提取后，距离度量通常采用简单方法降低运算复杂程度，提高准确率。生物信号具有信号弱、噪声强、频率范围低等特点，需要采用相应方法达到降维、去噪的功能。通常提取初次特征后，剩余的信息量仍然会很大，因此需要对特征数据进行再优化，采用该方法虽然能保证较高的准确率，但优化过程复杂度过高。
4窗口斜率的特征表示方法
特征提取方法是相似性分析的重要内容，是影响分析的效率和精确性的重要保证。由于生物信号波形的相似性，我们需要关注波形中特征点的微小差异，重视波形中的细节走势变化，对波形进行分类研究。上文提到，特征提取优化过程复杂度很高，难以同时兼顾提取的效率和准确性，但因为生物信号波形具有周期性，可以将波形按照周期进行划分，波形的变化走势可以用不同阶段内的斜率表示，因此本研究提出了采用窗口斜率的特征表示方法。
4.1窗口斜率表示法
基于X、Y轴的波形图表示方法。首先将该坐标内的区域进行网格划分，网格的大小可由两个参数:阈值t和网格高度h决定。对横坐标的划分网格大小由阈值t确定，对纵坐标的划分网格大小由网格高度h确定。两个参数t和h的大小对窗口效率法分析结果影响较大，对于不同的生物信号波形应选取合适的参数进行划分。在网格划分中，首先设定两个参数，窗口阈值为t，网格高度为h。则波形的任意一个窗口的幅值可表示为(at(i－1)+1，…，ati+1)。任意一个窗口内的纵向幅值差可以通过公式(3－1)来表示。(3－1)从公式可以看出，当阈值t固定后，公式所计算的值实际就是窗口内的斜率，因此这种方法称作窗口斜率表示法。
4.2参数确定
从上述公式的计算方法我们可以看出，窗口斜率特征法的参数t对于窗口内斜率的计算有着重要的影响，参数选择过大，则无法起到精细分析的效果;参数选择过小，会导致任务量增加，网格高度一般选择0.1且不变动。图5显示了心电波形和锋电位波形的形状，进行两种心电波形分析时，采用窗口斜率法首先确定阈值和高度。通常，窗口阈值在关键波峰的1/10～1/5内选择，经过大量实验数据表明，心电波形窗口阈值为4时效果最佳，锋电位波形窗口阈值为2时效果最佳.
4.3窗口斜率法特征提取结果
窗口斜率法的实质就是将坐标内的波形图进行网格划分，对网格内的数据进行斜率计算，计算结果表现在坐标内，从而对相似的波形区分开来。生物信号具有复杂性、纬度高等特征，非常适合采用窗口斜率法进行特征提取。在特征提取过程中主要关注窗口内斜率的变化规律，即使几个波形走势非常相似，但反映在斜率变化上会有很大的不同。图6显示了3种相似的波形经过窗口斜率法计算后，结果对比差异很明显。计算前可以看到3种原始波形很难区分，但通过窗口斜率计算后，特征体现在斜率上会有很大的变化，通过这些变化可以准确判断波形类别，再进行下一步研究分析。
4.4窗口斜率法特点
窗口斜率特征提取法是基于生物信号复杂性与相似性的难点而定。对3种相似的波形采用窗口斜率法计算后，其斜率波形表现出明显的差异，因此，窗口斜率法对于生物信号波形的特征提取非常有用，其原理较为简单，计算方法方便。经窗口斜率法对序列降维计算，能够节约计算量。此外，窗口斜率法能够维持灵敏度和特异度的平衡，使其均保持在较高水平，即在避免异常波形漏检的情况下，提高了波形识别的准确率。因此，窗口斜率法可作为生物信号相似波形处理的重要手段。然而，窗口斜率法的关键点在于选择合适的阈值参数，它很大程度影响计算的准确性。寻找最优阈值是一个烦琐的工作，需要不断地迭代计算。窗口斜率法的关键点在于窗口阈值的选取，该参数对斜率计算结果影响很大，而且对不同波形时要求不尽相同。通过手动选取分类阈值，计算结果会有误差，选不到最优阈值，分类结果也得不到最优。如果阈值范围很大，会造成任务量增大，如何选择确定合适的阈值参数，对于窗口斜率法的应用具有重要影响，这也是下一步工作的主要方向。此外，未来的工作还需要一些实验结果来论证此方法的效果，通过对不同信号波的研究，确定选择最佳阈值参数的方法与理论。
［参考文献］
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摘要：
高职医学院校人体解剖学实践教学仍以教师示教、学生观察为主，学生学习积极性不高，学习效果欠佳，人体解剖学实践教学改革迫在眉睫。以高职临床医学专业为试点，对该课程实践教学进行探索，改变以往实践教学方法，结合当前网络信息技术，探索基于微课资源优势形成的“四位一体”人体解剖学实践教学改革，以期取得良好的教学效果。
关键词：
微课；高职临床医学；人体解剖学；实践教学
人体解剖学是高职临床医学专业最为重要的一门专业基础课程，对生理学、病理学等后续课程的学习和将来的临床工作都起着非常重要的作用。实践教学是高职院校培养高端技术技能型人才的重要环节，加深学生对理论知识的理解和记忆，培养学生观察能力、动手能力和分析、解决问题能力等的重要途径。为此，笔者尝试将微课融入高职临床医学专业的人体解剖学实践教学中，并形成“四位一体”的实践教学方法，以激发学生学习热情，提高人体解剖学实践教学质量。
1高职医学院校人体解剖学实践教学现状
1.1实践教学资源不足
人体解剖学作为一门形态学课程，尸体标本是开展人体解剖学实践教学的基础，高职临床医学专业实践课比例占总学时50%左右。在实践教学中，学生通过对尸体标本的辨认、解剖，可以对人体形态结构以及神经血管的毗邻形成清晰的立体印象，从而掌握人体形态结构知识，培养实践动手能力，为今后从事临床医疗工作奠定坚实基础。但是随着高职招生规模的扩大，高职院校普遍面临尸体资源不足的问题，在国家民政体制改革后，医学院校能得到的尸体越来越少，大多数院校的尸体只能靠少量的遗体捐献和购买标本来作为实践教学使用，教学资源的匮乏严重制约人体解剖学实践教学的开展和教学效果的提升。
1.2教与学方法陈旧落后
由于尸体资源匮乏，高职院校在人体解剖学实践教学中进行尸体解剖很难实现，实践课一般以“灌输式”教学模式为主，即授课教师作为课堂的中心，先在标本模型上逐一讲解相关结构，然后由学生自行观察辨识，教师进行巡回指导，最后教师总结。这导致学习过程中，教师的示教与理论教学并没有明显差别，学生的认知都处于被动接受状态，并且挤占了学生自主观察、学习和思考的时间。面对习惯于应试教育的“90后”学生，本身他们就习惯于被动接受，主动探究意识和能力皆较差，传统教学模式注重教师在教学过程中的作用，这对学生实践能力的培养是极为不利的，同时学生参与的积极性不高，教学效果也差。
2微课的定义及特点
微课是近年来兴起的新的学习模式，现今热议的微课是20xx年美国新墨西哥州圣胡安学院戴维彭罗斯教授首次提出的，他认为微课是一种以建构主义为指导思想，以在线学习或移动学习为目的，基于某个简要明确的主题或关键概念为教学内容，通过声频或视频音像录制的60秒课程。国内对微课定义为：一种以视频为主要载体，记录教师在课堂教学过程中围绕某个知识点或教学环节而开展的简短、完整的各种教学活动。不同于传统教学，微课主要有以下特点：（1）指向性：微课以某一知识点为单位，为教学中的重点或难点，具有明确的指向性；（2）高效性：微课时长一般不超过10分钟，在短时间内承载丰富的教学内容，从视觉、听觉对学生形成强大的信息冲击，营造良好的教学氛围；（3）生动性：微课视觉效果良好，可以通过三维图像、动画、视频等各种方式展现，使抽象难理解的知识点直观、清楚，使学生对抽象内容有一个形象的认识。通过对微课这些特点的认识，我们尝试将其作为一种新的教学方法运用到人体解剖学实践教学中。
3基于微课的人体解剖学实践教学改革与探索
在高职临床医学专业人体解剖学实践教学中，笔者尝试开展基于微课的实践教学改革与探索，摒弃以往以教师示教为主、学生被动接受的实践教学方法，形成“教师提出目的要求，学生学习微课并辨识标本，学生示教、讨论及考核，教师补充讲解”四位一体的实践教学方法。
3.1微课开发
根据高职临床医学专业人体解剖学实践教学目标、教学大纲，在课前将学习任务、目标制订好，一般将每次实践课中需要学生辨认的重要器官或者结构分解为2～3个知识点，分别制作成相应的微课，例如：“心脏”这一章节的实践教学中，将“心脏的位置和外形”和“心腔的结构”这两个知识点制作成两个微课。在制作人体解剖学微课的过程中应注意以下几点：（1）在内容上围绕某一器官或部位进行录制，重点对该器官或者部位的形态、结构和位置毗邻关系进行讲解；（2）由于微课时长要求在10分钟左右，这就要求教师在录制微课之前做好教学设计；（3）人体解剖学实践教学微课的录制应多使用结构完整的标本，并且录制过程中应清楚、明确地展示标本的形态结构，并强调在辨认过程中的注意事项等。
3.2划分小组
根据学生的知识水平、学习习惯和实践课的尸体标本等情况，将30名学生划分为3～4个学习小组，由组织能力较好、学习主动性和学习能力较强的学生担任组长，负责本小组的整个学习过程。
3.3学习微课、动手辨识
每个小组成员根据教师提出的实践教学任务和目的，使用智能手机自主学习微课，并在尸体标本上进行辨识、交流和讨论。
3.4学生示教、讨论及考核
在这个阶段，由各组推荐一名学生或随机抽一名学生对本次课上要求辨识的器官的形态、结构进行示教，然后各小组讨论学习成果并进行汇报和交流，最后由教师对本次课的内容进行考核，如教师提问结构，学生在标本上寻找识别。此过程所得成绩均计入学生实践教学总评成绩。通过这种形式还可以判断学生对本次实践教学内容的掌握程度。
3.5教师总结
通过上一阶段，教师可以充分掌握学生本次实践课的学习情况，并对一些重点内容及学生普遍存在的问题再进行着重讲解总结，系统性梳理整节实践课的知识。
4改革效果
4.1突出高职特色，强化学生实践能力
就人体解剖学而言，高职临床医学专业与本科临床医学专业相比，侧重点应有明显不同，高职临床医学专业应根据专业人才培养需要，结合该专业所需的专业基础知识和临床常见病症（如阑尾炎、胆囊炎等），选择与之相契合的实践教学内容，让学生更为直观地理解解剖知识对其专业的重要性，促使学生积极主动寻找两者之间的联系，提高学习兴趣。尸体标本的辨识对于开始学习医学课程的学生动手能力的培养无疑是非常好的机会。传统人体解剖学实践教学模式是教师示教后学生自行辨认，最后教师进行课堂小结。整个教学过程中缺少师生互动，课堂气氛沉闷，学生参与积极性差。而经过改革后的实践教学，要求每位学生带着任务自主学习，充分参与教学，碰到问题学生通过微课自主学习、讨论交流，不但可以提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，而且可以提高学生的动手操作能力，还可以提高学生的语言表达能力。
4.2改进教学手段，优化实践教学评价
随着网络、智能移动终端的应用和普及，网络信息化在教学中发挥着越来越重要的作用。将动画、视频等多媒体信息融入微课，作为一种全新的教学手段，可以把实践教学中标本观察时比较难区别、辨认的重要位置、形态结构等用微课直观、生动地展示，使枯燥乏味的内容形象化、具体化。将最新网络信息技术与传统人体解剖学教学手段有机结合，充分调动学生的各种感官，提高人体解剖学实践教学效果。以往高职临床医学专业的人体解剖学实践教学评价方式大多采用期末标本考核或实验报告等，并没有与学生平时学习情况、态度、实践操作过程等结合起来，缺少过程性评价，因此有的学生对实践课不重视，学习不积极、不主动[7]。基于微课的教学模式采用随堂考试、标本示教、小组讨论等相结合的实践教学评价方式，改变了学生原来重听讲、轻动手的局面，教师可借助评价结果掌握学生学习情况，进一步明确教学难点，对教学内容进行调整，有针对性地帮助学生理解和掌握知识点，提高实践教学效果。
4.3提高学习兴趣，培养团队合作精神
人体解剖学知识点“多、杂、碎”，难记忆理解，让初学医学课程的学生容易厌倦，甚至害怕，虽然有很多学生对解剖标本充满了兴趣和好奇，但是在实践教学中常发现，在教师示教以后学生自行观察环节中，学生往往不知所措、无从下手，实践教学效果不理想。通过实践教学改革，整个教学过程中让学生带着任务学习，通过智能手机学习微课，主动学习、自主学习、解决问题，并且利用考核、交流或学生示教环节来评价学生学习情况，使学生学习的主动性和积极性得到充分调动，对提高学生人体解剖学实践课学习兴趣具有极大的促进作用。人体解剖学实践教学中，我们以小组为单位开展实践教学，无形中也培养了学生的团队合作精神，给学生营造了一种集体学习的氛围，促进其相互学习和借鉴，能帮助其更好地找到学习的状态和感觉，培养良好的学习习惯和团结合作精神，对其他课程的学习和对大学生活的适应也是有益的。
5结语
微课用以讲授单一知识点或突破某个教学问题，具有知识点明确、时间短、可反复观看、不受时间地点限制的优点。但是微课也因为只针对某一知识点，对整章内容的整体把握效果不好，且预先录制的微课无论多么精彩，都与现场情况有一定疏离感，缺少面对面教学所具有的那种交流互动氛围。因此，我们基于微课的特点，将其与传统人体解剖学实践教学方法相结合，并以此为契机对人体解剖学实践教学内容、教学方法和教学评价方式等进行改革研究，探索适合高职临床医学专业“四位一体”的人体解剖学实践教学方法，最大限度解决高职学生学习积极性不高、目标不明确、缺乏探究精神等问题，提高人体解剖学实践教学质量和学生学习效果，增强学生分析、解决问题的能力，更好地发挥专业基础课程服务于专业、服务于临床的功能，同时也为今后课程改革奠定基础。
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前 言
数字图像处理技术以当前数字化发展为基础， 逐渐衍生出的一项网络处理技术， 数字图像处理技术可实现对画面更加真实的展示。 在医学中，随着数字图像处理技术的渗透，数字图像将相关的病症呈现出来， 并通过处理技术对画面上相关数据进行处理，这种医疗手段，可大幅提升相关病症的治愈率，实现更加精准治疗的疗效。 在医学中医学影像广泛用于以下几方面之中，其中包括 CT(计算机 X 线断层扫描)、PET(正电子发射断层成像)、MRI(核磁共振影像)以及 UI(超声波影像)。 数字图像处理技术在技术发展基础上，其应用的范围将会在逐渐得到扩展，应用成效将会进一步得到提升。
1 关键技术在数字图像处理中的应用
医学影像中对于数字图像的处理， 通常是将数字图像转化成为相关数据，并针对相关数据呈现的结果，对患者病症进行分析，在对数字图像处理中，存在一定的关键技术，这些关键技术直接影响着整个医疗治疗与检查。
1.1 图像获取
图像获取顾名思义将医患的相关数据进行整理， 在进行数字图像检测时，得出的相关图像，在获取相关图像后，经过计算机的转变，将图像以数据的形式进行处理，最后将处理结果呈现出来。 在计算机摄取图像中，通过光电的转换，以数字化的形式展现出来， 数字图像处理技术还可实现将分析的结果作为医疗诊断的依据，进行保存[1].
1.2 图像处理
在运用数字图像获取相关图像后，需对图像进行处理，如压缩处理、编码处理，将所有运行的数据进行整理，将有关的数据进行压缩，并将相关编码进行处理，如模型基编码处理、神经网络编码处理等。
1.3 图像识别与重建
在经过图像复原后，将图像进行变换，在进行图片分析后分割相关图像，测量图像的区域特征，最后实现图像设备与呈现，在重建图像后，进行图像配准。
2 医学影像中数字图像处理技术
2.1 数字图像处理技术的辅助治疗
当前医学图像其中包括计算机 X 线断层扫描、 正电子发射断层成像、核磁共振影像以及超声波影像，在医疗治疗中，可根据相关数据的组建，进而实现几何模式的呈现，如 3D,还原机体的各项组织中，对于细小部位可实现放大观察，可实现医生定量认识，更加细致的观察病变处，为接下来的医疗治疗提供帮助。 例如在核磁共振影像治疗中， 首先设定一定的磁场，通过无线电射频脉冲激发的方式，对机体中氢原子核进行刺激，在运行过程中产生共振，促进机体吸收能力，帮助查找病症所在[2].
2.2 提升放射治疗的疗效
在医疗中， 运用数字图像处理技术即可实现对患病处的观察，也可实现对病患处的治疗，这种治疗方式常见于肿瘤或癌症病变的放射性治疗。 在进行治疗前， 首先定位于病患方位，在准确定位后，借助数字图像处理技术，全方位的计划治疗方案，并在此基础上对病患处进行治疗。 例如在治疗肿瘤癌症等病变之处，利用数字图像排查病变以外机体状况，降低手术风险。
2.3 加深对脑组织以其功能认识
脑组织是人体机能运转的核心， 在脑组织中存在众多复杂的结构，因此想要实现对脑组织的功能认识，必须对脑组织进行全方位的观测，深层探析其各项组织结构。 近些年随着医疗技术的提升，数字图像处理技术被运用到医学之中，数字图像处理技术可实现透过大脑皮层对脑组织进行全方位观测，最后立体的呈现出脑组织中各项机构的运作状况[3]. 例如功能性磁共振成像即 FMRI,这种成像可对机体大脑皮层的活动状况进行检测， 还可实时跟踪信号的改变， 其高清的时间分辨率，为当代医疗提供了众多帮助。
2.4 实现了数字解剖功能
数字解剖即虚拟解剖， 这种解剖行为需以高科技为依托从力学、视觉等各方面，通过虚拟人资源得建立，透析机体各项组织结构，实现对虚拟人的解剖，增加对机体的认识，真实的还原解剖学相关知识，这种手段对于医疗教学、解剖研究具有重要的影响作用。
3 结 论
综上所述， 数字图像处理技术在医学影像中具有重要的应用价值，其技术的发展为医疗技术提供了进步的平台，也为数字图像处理技术的发展提供了应用空间， 这种结合的方式既是社会发展的要求，也是时代进步的趋势。
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