數學形態學在生物醫學中的應用范文

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摘要：本文就數學形態學在生物醫學中的應用展開詳細分析，并提出具體的研究思路，與廣大讀者借鑒。

關鍵詞：數學形態學；生物醫學；應用方式；問題研究

1數學形態學的理論架構

1.1數學理論

數學形態學的數學基礎具有單向化性質，其數學應用基礎為集合論和信息論，主要探討圖形之間的等列變換。數學形態學具備完整的數學體系之后，形態學的圖像分析處理、形態濾波器的特性分析和系統設計就有了簡便和通用的手段。數學形態學的應用可以有效簡化圖像數據的處理流程，保持它們最本質的數據狀態。可以說數學理論與圖像形態分析的結合為生物醫學中各種臨床病例的研究提供了手段，也為CT和核磁圖像分析、檢測、病理判斷提供了轉化媒介。

1.2數學原理

數學形態學是由一組形態學中的不同代數分布子組成的。其運算流程主要包括膨脹、腐蝕、開啟和閉合它們在二值圖像和灰度圖像中的分布各有特點。可以說用數學代數理論和形態學圖像元素集合理論分析圖像之中的物體形態變化趨勢既能夠實現不同圖像之間的線性運算、核心算法、也能分析出以圖像為數學呈現媒介事物的物理特性、化學特性，對于探究未知事物或元素的化學構成、原子、分子排列特性有著重要作用。而在生物醫學上以圖像為媒介進行形態分析的病理、化學判斷有著更明顯的作用，能夠讓醫學工作者更為明顯判斷出生物體、病原體、細菌、微生物的內部組織架構和其未來變化趨向。

2數學形態學在生物醫學領域中的運用

2.1提供了生物圖像分析的途徑

從目前生物醫學的發展狀態來看，數學形態學在生物醫學工業應用最為廣泛的就是針對于生物個體、生命體、病原體的圖像進行特性分析。圖像是連接科學分析與物體表現最直接的信息傳播媒介，對生物醫學而言，對于未知病理的病原體、細菌、微生物的進行化學分析和定量、定性最直接的手段就是對各種病原體進行圖像測定，通過分析其圖像的呈現形態來判定其變化趨勢和運動狀態，進而分析出其化學、物理特性。可以說數學形態學的產生豐富了生物醫學的研究手段，為生物醫學在基因、分子構成、排列組合領域進行納米級研究提供了新方向。

2.2運用算法預判病理變化趨勢

數學形態學中算法引用和定性分析為生物醫學就病理狀態還原和病癥治愈理論解決提供了研究渠道。對于生物個體而言，疾病的變化是無規律、無趨勢可言的，要想探究疾病的病理變化必須對生物體的病癥表現進行分析，到分子層面進行研究，但是受到科學技術條件的限制科學家無法就生物個體的病理表現狀態實施全天候的觀察，進而找到病理的變化特征。但數學形態學借助集合論和代數分布對圖像進行還原分析就可清楚找到病理的一般性變化規律，借助算法還原其數學本質，找到病理的變化趨向就可以對疾病進行預防控制，進而抑制疾病的蔓延。

2.3為生物系統論的形成提供方法指引

數學形態學的產生針對生命的多元復雜性。多領域學科知識相互交叉、各種學科相互交融成為了生物醫學新的發展趨勢。伴隨著數學形態學分析技術的進步，以及電子信息技術、智能控制技術的發展，生物醫學逐漸進行多元化過渡，融合信息科學技術和生物工程理論的生物醫學不僅有著更強的學科交叉性、技術兼容性，而且有了新的發展領域。以信息技術理論為基礎而形成的生物信息科學進一步擴大了生物醫學的發展空間，在信息理論的指導下，科學工作者發現了到生物個體的信息傳遞原理，為神經學家進一步了解生物神經的系統構成奠定了理論基礎。同時，新興交叉學科，如生物信息學、系統生物學以及系統生物醫學等，迅速成為當代科技領域的前沿與熱點，并引發了生物醫學研究由現象到規律、由規律到本質、由結構到功能、由個體到系統、由線性到非線性、由還原分析到非還原性分析的轉變和發展。這些技術理論的突破都是基于生命個體的圖像特性所形成的“生物圖像分析理論”直接引導的，基于數學理論和圖像分析原理形成的“生物分析”引導了生物醫學向系統化、集成化方向發展，并提供了“生物化學作用機制”分析的方法。

2.4為生物醫學的“層次研究”提供技術支持

數學形態學為生物醫學的“層次研究”提供理論支撐。立足數學形態分析和算法框架形成的生物分析技術使得生物醫學的發展層次從細胞到組織，再到遺傳基因構成逐漸深化。在數學形態學的引領下，生物醫學與生命科學、信息科學、化學、生物物理學等各種基礎理論學科形成了廣泛融合的趨勢，并推動了相關領域新學科的形成。特別是生物醫學中生物信息學、干細胞學、生物納米科學的研究及其成果在醫學上的應用，正引起了臨床醫學領域新的發展狀態。因此數學形態學推動了生物醫學的納米級研究，并生物化學、信息學的發展奠定了技術基礎。

3結語

從現代生物學、醫學的發展狀態來看，借助數學理論和形態學分析方法能夠有效擴大二者的研究領域，對于生物醫學而言，運用數學形態學進行相應的定量、定性分析，能夠最為直觀的探究生物和疾病的本質。算法的優化可提供趨勢預判、圖像分析可提供可靠的病理特性，而這二者結合所形成的圖像形態算法能夠全面覆蓋以圖像為媒介的生物病理研究、醫學診斷、疾病預防，進而為找到疾病的治愈方法提供理論支撐。

參考文獻：

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［3］李艷芳.基于數學形態學的地震屬性圖像地質解譯研究［J］.煤炭科學技術，2013（05）:1~3.

作者：張蕭 單位：鄭州市第101中學