寇毛蕊 廣西大學(xué)

醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

寇毛蕊 廣西大學(xué)

本次設(shè)計(jì)介紹了大量醫(yī)學(xué)圖像分析功能實(shí)現(xiàn)中所用到的方法和算法，其大致步驟為讀取圖像、預(yù)處理、圖像分割以及特征提取和定量測(cè)量，進(jìn)而進(jìn)行圖像分析。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用MATLAB軟件設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)。該分析系統(tǒng)大致包括圖像識(shí)別和讀取、圖像預(yù)處理、圖像分割、結(jié)果分析、仿真測(cè)試等模塊。該設(shè)計(jì)針對(duì)不同的模塊進(jìn)行分析，對(duì)于所選用的醫(yī)學(xué)圖像先進(jìn)行讀取，然后對(duì)感興趣部分定量測(cè)量，測(cè)試結(jié)果表明本次設(shè)計(jì)功能基本完善，能實(shí)現(xiàn)大部分用戶的需求。

MATLAB 圖像增強(qiáng) 圖像分割 圖像分析

1 緒論

1.1 研究目的及意義

本次基于MATLAB的醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)其研究領(lǐng)域的深入探討，還適用于當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需求。MATLAB功能完備、運(yùn)算函數(shù)處理速度快并且易于操作。同時(shí)MATLAB軟件在實(shí)際應(yīng)用中分布的領(lǐng)域非常廣泛，具有很大的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)就是從這一點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過(guò)獲取圖像、圖像預(yù)處理、噪聲消除、圖像增強(qiáng)等一系列處理步驟進(jìn)而進(jìn)行圖像分析。通過(guò)對(duì)圖像參數(shù)的定量測(cè)量，然后對(duì)于感興趣特征進(jìn)行識(shí)別、計(jì)算和分析，依托于MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能與調(diào)試。

1.2 研究背景及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

醫(yī)學(xué)圖像分析綜合了很多原理和算法，經(jīng)過(guò)多年相關(guān)領(lǐng)域研究者的不懈努力，國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)者基于不同的思路和考慮，對(duì)醫(yī)學(xué)圖像分析設(shè)計(jì)采取了不同的設(shè)計(jì)方法，但目前絕大多數(shù)分析都是只從某一角度進(jìn)行深入研究。由于缺少研究者普遍接受的理論指導(dǎo)，給定一個(gè)特定領(lǐng)域，選擇合適的分析方法仍然非常麻煩，需要反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。截止到目前，也沒有一個(gè)全面并且精確可靠的分析系統(tǒng)適用于所有的應(yīng)用技術(shù)。

2 圖像處理算法基礎(chǔ)

2.1 圖像預(yù)處理

圖像預(yù)處理步驟是為了消除圖像分析研究中會(huì)對(duì)于分析結(jié)果造成干擾的無(wú)用信息，突出研究所需要分析的有用信息，使得圖像重點(diǎn)突出，具有較高的可讀性。預(yù)處理功能實(shí)現(xiàn)可以提高圖像分割和圖像分析的準(zhǔn)確性，為后續(xù)研究提供更加特征化的圖像。

2.2 圖像分割算法

圖像分割是利用各種算法把圖像顯示的區(qū)域分為很多個(gè)不同的小區(qū)域。從這些不同的小區(qū)域內(nèi)提取研究所關(guān)注的模塊，為下一步處理做準(zhǔn)備。圖像分割技術(shù)把圖像分成了很多不同的模塊，邊緣檢測(cè)法就是根據(jù)各模塊間灰度像素的不同，區(qū)分出區(qū)域的邊緣。根據(jù)實(shí)際問(wèn)題把各種邊緣檢測(cè)的方法結(jié)合起來(lái)，然后結(jié)合各種算子，如Roberts、Sobel、Prewitt和Log等，該方法被研究領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)者形象的稱之為多尺度邊緣檢測(cè)法。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 圖像操作設(shè)計(jì)

建立GUI用戶界面，可以實(shí)現(xiàn)讀取、保存、復(fù)原圖像等基本的操作功能。但在實(shí)現(xiàn)基本功能的同時(shí)，也要保證界面靈活、易于上手操作等，同時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)截屏、退出等功能。

3.2 圖像預(yù)處理設(shè)計(jì)

圖像預(yù)處理步驟可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量的改善和突出需要指定進(jìn)行分析的特征。通過(guò)MATLAB軟件編輯運(yùn)行進(jìn)行相應(yīng)功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)于輸入質(zhì)量較低的圖像，可以經(jīng)過(guò)處理輸出高質(zhì)量的圖像。常用圖像增強(qiáng)、幾何變換、灰度變換、去噪等方法對(duì)圖像進(jìn)行擬處理。該系統(tǒng)除了設(shè)置有截屏功能，還添加了圖像的裁剪功能，并將其設(shè)置為隱藏，使得整個(gè)GUI界面設(shè)計(jì)更加的簡(jiǎn)潔。

3.3 圖像分割設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步研究，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像的定量分析和研究，需要將研究區(qū)域從整個(gè)圖像區(qū)域中區(qū)分開來(lái)。該步驟可以采用圖像分割處理相關(guān)的一些算子和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖像分割處理就是指把感興趣的目標(biāo)從各區(qū)域中區(qū)分開來(lái)。

3.4 圖像分析設(shè)計(jì)

提取感興趣模塊，進(jìn)行分析。圖像經(jīng)過(guò)前面所進(jìn)行的預(yù)處理和分割等步驟之后，還要抓住選中目標(biāo)的本質(zhì)特征，進(jìn)行分類和提取特征參數(shù)等一系列的分析。通過(guò)圖像的配準(zhǔn)、分割和融合之后，從整合后的圖像中提取圖像中的特征，再與參考圖像中的相應(yīng)特征進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)病灶的識(shí)別。然后進(jìn)行參數(shù)特征提取。參數(shù)特征提取包括提取形狀、周長(zhǎng)和面積等。這一步驟是利用MATLAB工具箱中的函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

4 結(jié)論

本文詳細(xì)闡述了醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及程序代碼，目的是為在醫(yī)學(xué)圖像分析工作的人員提供一個(gè)便于操作又功能豐富的系統(tǒng)。用戶界面上的按鍵都是在分析實(shí)際需求的基礎(chǔ)上，精心設(shè)計(jì)的，沒有多余或者是無(wú)用的按鍵。

本系統(tǒng)仍存在著不足之處。系統(tǒng)的功能可以進(jìn)一步的完善。目前，該系統(tǒng)的各種圖像處理應(yīng)用，兼容性不是很良好，可以將系統(tǒng)進(jìn)一步完善。可以在該系統(tǒng)中添加更多的功能模塊。醫(yī)學(xué)圖像分析技術(shù)只有不斷地創(chuàng)新和研發(fā)，才能適應(yīng)這個(gè)快速變化的市場(chǎng)的新需求。在以后的研究工作中慢慢完善，最終開發(fā)出一個(gè)功能強(qiáng)大并且性能優(yōu)異的醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)。