医学微型计算机系统

电子计算机是一种能够高速、精确和自动地进行数值计算，具有很强的数据处理能力，有记忆特性及逻辑判断能力的电子装置。包含计算机中的运算器和控制器在内的一片或数片大规模集成电路芯片称为微处理机或微处理器。微处理器芯片配以由大规模半导体集成电路技术制作的存贮器芯片(含读写存贮器RAM和只读存贮器ROM)、接口电路(含并行接口电路PIO及串行接口电路SIO)、必要的外部设备(如带键盘的CRT、打印机)、电源及系统软件（如监控程序和操作系统）等就可构成微型计算机系统。微型计算机系统在医学计算、医学信息处理、临床诊断和监护、医院管理及医学仪器智能化等医学领域中，得到广泛应用。
数字电子计算机 数字电子计算机是一种以数字形式进行数字和逻辑运算的电子计算机，通常由运算器、控制

图1 数字电子计算机模式

器、内存贮器和输入一输出设备等部分组成，如图1所示。输入设备将各种原始数据输入至运算器，再存入存贮器中。在运算处理过程中，数据从存贮器读入运算器进行运算，运算的结果或存入存贮器中，或最后由运算器经输出设备输出。人们给予计算机的各种命令（即指令）也以数据的形式送入控制器，由控制器经过译码后变为各种控制信号，用以指挥计算机各部件协调地工作。计算机中的运算器与控制器合称中央处理器(CPU)。内存贮器直接与运算器、控制器发生关系，这三部分统称为计算机的主机。为了扩大存贮容量，计算机往往加设外存贮器。外存贮器主要存贮一些信息量较大的数据和程序。在计算机工作过程中，根据程序要求，外存贮器与内存贮器间可互相进行信息传递和交换。在计算机系统中，常将除主机以外的各种设备称为计算机的外部设备，外部设备包括输入—输出设备、外存贮器、终端设备以及它们的控制部件和信息传递部件等。数字电子计算机目前正向巨型化、微型化、网络化及人工智能模拟等方面发展。由大规模集成电路(LSI)和超大规模半导体集成电路(VLSI)制成的各类微型计算机、微处理机由于其有体积小、成本低、功能强等突出优点，目前已广泛应用于各类医学诊断与治疗仪器，用来完成数据处理与自动控制等功能。在计算机中，用来传送信息的一组通信线称为计算机总线，根据线上传送的信息，计算机总线可分为地址总线(AB)、数据总线(DB)和控制总线(CB)，它们分别用来传送地址信息、数据信息和控制信息。对微型计算机来说，总线还可以分为内部总线和外部总线。内部总线主要是微处理机芯片内的各种部件之间的连线，外部总线是指中央处理单元(CPU)与存贮器(M)和输入一输出设备(I-O)连接的总线，如图2所示。
在一些专用场合，将微处理器与一定容量的存贮器(RAM和ROM)、定时—计数器(CTC)以及多种功能的

图2 外部总线

输入-输出接口电路 (PIO、SIO和数-模变换器DAC)集成在一块半导体芯片上，就构成了所谓单片计算机，或把CPU、RAM、ROM、SIO、PIO、DAC等装在一块印刷电路板上，则就构成所谓单板计算机。
模拟电子计算机 模拟电子计算机是用电压、电流等连续变化的物理量直接进行运算的电子计算机. 它通常由运算放大器构成的各种运算器、函数发生器、控制器、显示器和绘图仪组成。其特点是运算速度快、抗干扰能力强、便于进行仿真研究，但与数字计算机相比，其计算精度较低、信息存贮困难。模拟计算机在生物医学中主要用于物理过程的模拟和实现过程控制，模拟计算型心律失常自动分析监护系统实际上就是一具典型的模拟计算机系统。
综合数字电子计算机和模拟电子计算机的特点，可组成混合电子计算机，这种计算机运算速度快，精度也高。混合计算机又可分为具有数字功能的模拟计算机和具有模拟功能的数字计算机(如数字积分机、数字微分分析机等)。
计算机硬件与软件 在数字电子计算机中，人们通常将由电子的、机械的和磁性的各种装置组成的计算机部件，如运算器、存贮器、控制器及外部设备，以及由它们所构成的计算机装置，统称为计算机的硬件(hardware)，而把不用电子元件等构成的指令和程序称为软件(softwa-re)。设置计算机软件的目的是为了操作计算机方便，扩大计算机功能，提高计算机效率。
计算机软件一般分为系统软件和应用软件两大类。系统软件是为了使用和管理计算机，由机器的设计者提供的软件。它包括计算机的监控管理程序，调试程序，各种程序设计语言的汇编、解释和编译程序，程序库和操作系统。应用软件是指根据具体要解决的问题编制的各类应用程序，有些典型问题的应用程序也可以逐步标准化、模块化，即形成各种应用软件包。
微型计算机的医学应用 电子计算机，尤其是微型电子计算机在生物医学中主要应用于医学信息处理(参见“生物医学信号”条)、医学图象处理(参见“医学图象处理”条)、临床监护(参见“临床监护技术”条)及实时控制等场合。微型计算机系统用于信号处理、监护和控制等场合时，还必须加接过程输入一输出设备，这是因为反映过程状态的各种参数，绝大多数是时间上和数值上连续的模拟量，如血压、肺活量、体温等非电量，以及心电、脑电、肌电等生物电量。这种系统的一般组成如图3所示。各种输入的模拟量通常经由各种传感器(T)、放大器(A)、滤波器(F)、多路开关(MPX)、采样/保持(S/H)和模拟-数字变换器(ADC)等过程输入设备后，以数字量的形式送入数字计算机处理，处理的结果再通过过程输出设备-数字-模拟变换器(DAC)送至记录与显示装置。
电子计算机在临床诊断和监护、医院管理、医学统计、医学决策支援、医学情报检索、医学信息系统、分析药物间的相互作用、放疗剂量设计等许多领域中正发挥积极作用。
❶医院管理： 目前病人自预约至出院的全部过程都可由计算机参与管理，医院各部门之间的信息交换也可通过计算机网络来实现，计算机也可用来实现医院财务管理、医院信息管理、实验室管理、药品管理、病史管理等。在各种管理系统中，医嘱、数据或其他医学信息，可通过键盘、穿孔的卡片或过程输入装置存入计算机中，这些信息在需要时可以方便、灵活、快速地为医生、护士及其他管理人员所检索和参考。计算机使过去几乎不可能进行的计算工作量很大的统计分析成为可能；
❷医学决策支援计算机系统： 应用数学模型或应用人工智能等方法，帮助医生更正确地诊断疾病和制定更合理的医疗方案。目前已出现了许多种疾病的专家诊断系统，某些诊断系统，除能获取病症，分析病理生理状态，对疾病进行分类外，还可制定出考虑药物反应、疗效史及药物间的相互作用等因素的最优治疗方案；
❸医学情报检索系统：可利用计算机存放数以百万计的医学文献，形成数据库，便于研究工作者在极短的时间内检索到所需的资料(参见“医学情报检索系统”条);
❹医学信息系统： 它是一种利用计算机存贮各类疾病的数据和各医院能接受急救病人种类、数量及医院所具备的业务能力的信息系统，该系统可接受远距离查询，使用户在最短的时间内获得确切的信息(见“医学信息系统”条);
❺计算机可用来协助医生分析药物间的相互作用、药物引起的副作用和并发症，以帮助医生正确书写用药处方；
❻在进行放射治疗癌症时，计算机可用来快速计算给予病人正确的放射线剂量；
❼计算机可用来实现临床化验的自动化；
❽计算机可用来自动分析心电图，一些专用程序可用来测量心电图波形的许多参数和鉴别各种异常心电图，并能给予各种异常心电图以正确的解释；
❾在危重病人监护中，计算机可用来检测监视病人的心电图、动脉压、静脉压、体温、呼吸、脉搏和心搏出量等生理参数，并当某些生理参数超过限定值时能自动报警，以便及时护理，某些计算机监护系统还具有抢救的药疗程序，以便在出现危及生命信息时能在极短的时间内自动向病人注入适当的药物。

图3 微型计算机系统的一般组成