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第1章 生物医学信息的知识库工程技术 1

1.1 现有生物医学信息知识库系统简介 1

1.2 本体 3

1.2.1 本体简介 3

1.2.2 GO基因本体 3

1.2.3 本体建模 7

1.2.4 本体工程 16

1.3 基于本体构建的自动辅助诊疗系统 19

1.3.1 自动辅助诊疗系统简介 19

1.3.2 系统结构 20

1.3.3 规则编辑和推理 21

参考文献 23

第2章 高性能计算与生物医药大数据 25

2.1 高性能计算机 25

2.2 基于高性能计算的生物医药大数据技术简介 31

2.3 基因工程——人类全基因组重测序软件流水线 34

2.4 基因大数据——Hadoop和Spark加速基因大数据挖掘 38

2.5 药物大数据与药物研发——大规模虚拟药物筛选平台 39

2.6 肿瘤信息学大数据分析平台 40

2.7 生物医药文献大数据挖掘技术 41

2.8 国家三大超算中心上目前部署的生物医药大数据健康平台 42

2.8.1 天津超算：构建生物医药研发平台和基因组学数据分析平台 42

2.8.2 长沙超算：智慧医疗云平台 42

2.8.3 广州超算：生物计算与个性化医疗应用服务平台 43

参考文献 45

第3章 健康云计算 46

3.1 云计算的基本概念 46

3.2 云计算体系架构及结构 47

3.2.1 云计算体系架构 47

3.2.2 云计算体结构 50

3.3 云计算中的关键技术 51

3.3.1 虚拟化技术 51

3.3.2 海量数据存储与处理技术 53

3.4 健康云计算体系结构 58

3.5 健康云计算的数据采集与分析技术 59

3.5.1 可穿戴心电信号检测 60

3.5.2 基于可穿戴传感器的行为监测 67

3.5.3 人员定位与位置服务 73

3.6 健康云计算的典型应用 74

参考文献 75

第4章 生物影像处理 76

4.1 医学影像简介 76

4.1.1 基本概念 76

4.1.2 发展历史 77

4.2 医学图像预处理 78

4.2.1 图像去噪 78

4.2.2 图像增强 80

4.3 医学图像配准与融合 84

4.3.1 基于互信息的医学图像配准 84

4.3.2 基于多尺度的医学图像融合 85

4.4 医学图像分割 86

4.4.1 分水岭图像分割 87

4.4.2 阈值分割算法 89

4.4.3 基于区域增长的图像分割 90

4.4.4 基于聚类的图像分割 92

4.4.5 图论法 93

4.5 医学图像特征选择 94

4.5.1 基于联合互信息的特征选择算法 95

4.5.2 基于灰色关联分析特征选择算法 97

4.6 医学图像分类诊断 100

4.6.1 基于统计学的分类方法 100

4.6.2 基于机器学习的分类方法 101

4.6.3 基于人工神经网络的分类方法 102

参考文献 103

第5章 基因序列比对 105

5.1 序列比对的基础知识 105

5.1.1 编辑距离 107

5.1.2 打分矩阵 108

5.1.3 空位罚分模型 112

5.2 双序列比对 113

5.2.1 点阵图 114

5.2.2 全局比对的动态规划算法 115

5.2.3 局部比对的动态规划算法 118

5.3 多重序列比对 119

5.3.1 动态规划算法 119

5.3.2 渐近比对算法 120

5.3.3 隐Markov模型比对 120

5.4 序列比对工具应用 121

参考文献 126

第6章 蛋白质结构生物信息学 127

6.1 蛋白质结构与功能 127

6.1.1 概述 127

6.1.2 蛋白质结构分类 129

6.1.3 蛋白质功能的分类 130

6.2 蛋白质结构预测 131

6.2.1 概述 131

6.2.2 同源建模法 133

6.2.3 穿线法 135

6.2.4 从头预测法 136

6.3 蛋白质结构比对 139

6.3.1 概述 139

6.3.2 DALI算法 140

6.3.3 CE算法 142

参考文献 145