第3章|情報処理工学

医用電気電子工学 第3章
収録 102問(第31〜39回)2進数・論理・標本化・プロトコル・医療情報規格・セキュリティ

102問と電気工学に次ぐボリューム。2進数・論理演算から標本化定理通信プロトコル医療情報規格セキュリティまで用語と数値規格が中心。式より「どの略語が何を指すか」の対応で取り切る。

数の表現と論理演算

2進数・16進数:16進はA=10・B=11・…・F=15。2¹⁰=1024=1K(1024倍ごとにK→M→G)。論理演算=AND(論理積)・OR(論理和)・NOT(否定)・XOR(排他的論理和=入力が異なると1)ド・モルガンの法則「NOT(A AND B)=(NOT A) OR (NOT B)」はベン図で確認。

標本化・量子化(A/D変換)

標本化定理(ナイキスト)

標本化周波数 f_s ≧ 2·f_max(信号最高周波数の2倍以上)でないと折り返し雑音(エイリアシング)が生じる。ナイキスト周波数=f_s/2
分解能=フルスケール÷2ⁿ(nビット)。ビット数を1増やすと段数は2倍・量子化雑音は半減し、SN比は約6n〔dB〕で向上する。

移動平均=ローパスフィルタ(高周波・雑音を平滑)。加算平均はN回でランダム雑音に対しSN比が√N倍改善(誘発電位検出の基礎)。

記憶装置とインタフェース

種類役割・特徴
DRAM主記憶(要リフレッシュ・安価大容量)
SRAMキャッシュ(高速・リフレッシュ不要)
フラッシュメモリ不揮発(SSD・USBメモリ)
ROM読み出し専用(不揮発)

インタフェース=USB(シリアル・高速・Type-C)/RS-232C(低速シリアル)/SATA(内蔵ストレージ)/HDMI(映像音声)/IEEE802.11(無線LAN)。RAID=0(ストライピング=高速・冗長なし)/1(ミラーリング=二重化)/5(パリティ分散=1台故障許容)。

通信プロトコル

プロトコル用途
SMTPメール送信
POP3/IMAPメール受信
HTTP/HTTPSWeb(HTTPSは暗号化)
FTPファイル転送
DNS/DHCP名前解決/IP自動割当
TCP/IP信頼性のある転送/経路制御

中継機器の階層=リピータ(物理層L1)<スイッチ(データリンク層L2)<ルータ(ネットワーク層L3)。IPv6アドレスは128ビット(2¹²⁸)

医療情報規格と画像圧縮

規格の役割分担 — 混同厳禁

DICOM=医用画像の通信・保存規格/HL7=テキスト情報(文書・検査データ)の交換/PACS=画像の保管・配信システムMFER=生体波形(心電図等)/HIS・RIS=病院/放射線部門の情報システム。
電子カルテの三原則=真正性・保存性・見読性

画像圧縮=可逆(ロスレス)=PNG・GIF非可逆(劣化あり)=JPEG・MPEG・MP3。データ量=画素数×階調ビット数(1バイト=8ビット)、伝送時間=データ量÷通信速度で計算する。

情報セキュリティ

  • 情報セキュリティのCIA=機密性(Confidentiality)・完全性(Integrity)・可用性(Availability)
  • マルウェア=ランサムウェア(暗号化して身代金)・ワーム(自己増殖)・トロイの木馬・ボット・スパイウェア。ランサムウェア対策の要はバックアップ
  • ファイアウォール=パケットフィルタリングで不正通信を遮断。DoS攻撃=過負荷でサービス停止
  • 暗号=共通鍵/公開鍵、本人確認=生体認証(指紋・虹彩)。標的型攻撃↔ばらまき型