Ақпараттық – дидактикалық бөлім

Зерттеулерді өңдеудің әдістері

Сабақтың мақсаты:

Ø биофизикаға өмір құбылыстары физикасы ретінде анықтама беру.

Ø негізгі аспектілерге, әсіресе жасушалардың молекулалық және химиялық құрамына, ақуыздардың функциональды кластарына түсінік беру

Ø медициналық ақпараттарды математикалық өңдеу әдістерін қарастыру

Тақырыптың негізгі сұрақтары:

1. Биофизиканың негізгі бөлімдері

2. Медициналық ақпараттарды математикалық өңдеу

Ақпараттық – дидактикалық бөлім

Биофизика молекулалар мен жасушалар басталып, барлық деңгейде оқып үйренетін өмір құбылыстары физикасы ретінде анықталады.

Ағзаның физика – химиялық құрылысының күрделілігіне қарамастан органикалық қосылыстардың кейбір кластарымен (аминқышқылдары, ақуыздар, нуклеин қышқылдары) салыстыра отырып оны молекулалық деңгейде құрылысын қарастыру мүмкін болады екен.

Тірі ағза ашық, өзі реттелетін, гетерогенді, биполимерлер (ақуыздар мен нуклеин қышқылдары) болып табылатын маңызды негізгі функциональды заттардан тұратын жүйе.

Биофизиканы 3 аймаққа бөледі: молекулалық биофизика, жасуша биофизикасы, күрделі жүйелер биофизикасы. Молекулалық биофизика функциональды молекулалардың, әсіресе ақуыздар мен нуклеин қышқылдардың физика – химиялық қасиеттерін және құрылысын оқып үйретеді.

Молекулалық биофизиканың негізгі мақсатына молекулалардың құрылымы және функциясы жатады. Молекулалық биофизикажасуша биофизикасына біртіндеп көшеді де, ол өз кезегінде жасушалық және ұлпалық жүйелердің құрылысы мен функциясын оқып үйретеді.

Жасушалық биофизикасына нерв импульстерінің таралуы мен генерациялауын, бұлшықеттің жиырылуын, фотобиологиялық құбылыстарды (фотосинтез, жарық рецепциясы, көру), арнайы тітіркендіргіштерді адам рецепторларымен (кванттық, молекулалық, жасушалық деңгейлерде) физикалық және физика – химиялық механизмдерін қабылдайтын сезім мүшелер биофизикасын қарастырады.

Күрделі жүйелер биофизикасы: көбінесе биофизиканың теориялық аймағына жатады, ол биологиялық үрдістердің физика - математикалық моделденуі және жалпы проблемаларды қарастыруға арналады.

Биофизиканың заманауи әдістерінің мыналарға үйлесімділігі болуы тиіс: жоғарғы сезімталдық және үлкен дәлдік, сол себептен электрониканың соңғы жетістіктерін және спектроскопияның оптикалық әдістерін (ЯМР және ЭПР) пайдаланылады.

Жасушада Менделеевтің периодты жүйесінің 126 элементі бар екені анықталды, әсіресе жасушада 4 элемент ерекше байқалады – оттегі (65-75%), көміртегі (15-16%), сутегі (8-10%), азот (1,5-3%). Осылардың қосындысы жасуша құрамының 98%-н құрайды. Келесі топты 8 элемент құрайды, жасушада олар ондық және жүздік пайызбен есептеледі. Олар күкірт, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, темір. Нәтижесінде олар 1,9%-ды құрайды. Басқа қалған элементтер жасушада аз мөлшерде болады (0,1%-дан аз).

Медициналық ақпаратты математикалық өңдеу

Болып жатқан құбылыстарды сипаттау үшін физикада физикалық шамалардың сандық анықталған бірнеше шамалар: жылдамдық, күш, қысым, температура, электр заряды, потенциал, өріс және т.б. кіреді. Әрбір шамаға дәл анықтама беріледі.

Медицина мен диагностикада көптеген өлшеулер физикалық шамалардың өлшемдері болып табылады. Сандық диагностикада ол дене температурасы, қан қысымы, биопотенциалдардың уақыттық тәуелділігі, көздің оптикалық күші, қан тұтқырлығы, суд медициналық экспертизада қолданылатын спектрлік сараптаммасы және басқалары болуы мүмкін.

Өлшеуде берілген шаманың ықтимал мәнін және өлшеу қателігін бағалау мүмкіндігін беретін кездейсоқ қателіктерді анықтау ережесі математикалық статистикада және ықтималдықтар теориясында қарастырылады.

Мысалы, х₁, х₂, х₃, …, х_i, … х_n өлшенетін шаманың алынған мәндері.

Осы шаманың ықтимал (орташа арифметикалық) мәнін аламыз: (1)

Әрбір жеке өлшеудің орташа арифметикалық ауытқуын абсолют қателік деп атайды және оны былай анықтаймыз:

, … ... не

Ал салыстырмалы қателік былай есептеледі:

Өлшеудің бірыңғай бағалау дәлдігі болуы қажет. Кездейсоқ шаманың бағасын стандартты және орташа квадраттық қателік береді. п өлшеулер үшін бірыңғай қорытындыда орташа квадраттық қателік алынады: (2)

Өлшеу санының п өзгеруіне қарай шамасы да қандай да бір өзгеріске ұшырайды. Егер өлшеу саны көп болса, онда шамасы қандай да бір тұрақты бір шамаға ұмтылады:

(3),

бұл шамасының статистикалық шегі деп аталады. σ шамасы орташа квадраттық қателік деп атайды, дегенмен практикада оның жуықталған шамасы қолданылады.

шамасын өлшеу дисперсиясы деп атайды. (2) формуланы практикалық өлшеуде мына түрде жазуға болады: (4)

σ көмегімен өлшеу қателігінің бағалаудың тиімділігі σ кездейсоқ шамалардың таралуының Гаусс заңындағы параметрі болып табылады.

(5) формуласы арқылы кездейсоқ шамалардың интервалға түсу ықтималдылығы анықталады.

Немесе , мұндағы σ- стандартты ауытқуы,

Бұл жағдайда ықтималдылық мынаған тең:

(6)

түрде берілсе, онда -дан -ке дейінгі интервал сенім интервалы деп аталады, сенім интервалында жататын өлшенетін шамасы

(6) формуласынан стандартты қателікке 0,68 белгілі сенім ықтималдылығы сәйкес келеді, яғни барлық шаманың 68% -ы және интервалында жатады, екіеселенген стандартты қателікке 0,95 немесе 95%, ал үш еселенеген сенім ықтималдылығы 0,997; яғни өлшенетін шаманың 99,7%-ы -нан интервалында жатады.

Әрине, сенім ықтималдылығы өлшеу саны көп болғандықтан жоғары болады, бірақ өлшеу саны аз болғанда (n=2, 3, 5 ….) қателікті анықтау мүмкін емес дегенді білдірмейді.

Өлшеу саны аз болған жағдайда (екіден бастағанда сенім интервалы үшін Стьюдент кестесі қолданылады). Стьюдент коэффициентті сенім интервалының еніне, өлшеу санына және стандартты қателікке байланысты өрнектеледі: (7)

Стьюдент кестесінің горизонталь жолында берілген өлшеу санына n сәйкес (7) формуламен есептелген шама орналасады. Жоғарғы вертикаль жағында ізделініп отырған сенім ықтималдылығының (Р) шамасы (0,9; 0,95; 0,97) беріледі.