医学图像处理系统的设计与实现

赵彩云 张永寿 赵晓辰

医学图像处理系统的设计与实现

赵彩云① 张永寿② 赵晓辰②

目的：基于矩阵实验室(MATLAB)数字图像处理系统的设计和实现，以达到获取医学影像信息的目的。方法：采用MATLAB软件研发一种医学数字图像处理系统。结果：提出了一种基于MATLAB的数字图像处理系统，包括图像处理的设计理念和方法。结论：通过对医学图像处理系统的研究，可获得医学影像学所需的重要信息。

图像处理；图像信息；矩阵实验室

[First-author’s address] Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Shandong Jinan 250335, China.

图像处理技术是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割及提取特征等处理的方法和技术。通过对图像进行去噪可以去除图像中的干扰，使图像变得清晰；图像增强是将原来不清晰的图像变的清晰或者强调某些关注的特征，抑制非关注的特征，使图像质量得到改善；图像复原也是对图像质量进行改善，将降质图像重建成接近于或完全无退化的理想图像的过程，其中去除图像畸变需要借助图像的空间变换操作[1-2]。医学图像处理技术就是对图像进行处理，提高医学影像的质量，能够更好地从图像中获得医学影像信息，达到图像处理的目的。

图像处理技术具有再现性好、处理精度高、适用面宽以及灵活度高等优点[3-4]。由于数字图像中各个像素不是独立存在，其相关性大，因此图像处理中信息压缩的潜力很大，加之处理信息的量大，对计算机的计算速度、存储容量等要求较高[5-6]。近年来，数字图像处理技术日趋成熟，被广泛应用于空间探测、遥感、生物医学、人工智能以及工业检测等许多领域，并促使这些学科产生了新的发展[7-8]。

本研究提出了一种基于矩阵实验室(matrix laboratory，MATLAB)的数字图像处理系统的设计和实现，其具有友好的工作平台和编程环境，操作简单易学、易读写，同时具有代码短小高效、功能强大，可扩展性强、出色的图形处理功能及与其他语言有良好的接口等优点，并有强大的数值计算、符号计算和丰富的绘图和编程功能[9-12]。

1 医学图像处理系统的设计

1.1 系统的设计原则

界面设计应遵循以下原则：①简单明了的原则，操作要尽可能的以最直接形象、最易于理解的方式呈现在用户面前；②方便使用的原则，将符合用户使用习惯放在第一位，用户可以根据自己的习惯对已经确定的常规操作以及对系统的各方面进行自定义设置；③实时帮助的原则，用户需要能随时响应问题的用户帮助；⑤界面平面版式要求系统样式排版要整齐划一，尽可能将不同的功能区域划分在固定位置，方便用户导航使用，排版不易过于密集，避免产生疲劳感。

1.2 系统的总体框架设计

本系统涉及的模块主要有图像的基本操作、变换、增强及分割，以及形态学图像处理等方面。其中图像变换包括傅里叶变换、离散变换等；图像增强包括点运算、空间滤波增强、频域滤波增强及伪彩色增强等；图像分割包括边缘检测、阈值分割及霍夫变换等；形态学图像处理包括腐蚀、膨胀等。

1.3 用户界面设计

利用MATLAB提供的GUI向导设计控件来完成。通过用GUIDE设计界面，自动生成一个控制GUI如何操作的M文件，该M文件初始化GUI并包含所有GUI回调的框架。使用M文件编辑器可以向回调框架中添加代码，运行相关函数[13]。

2 医学图像处理模块的实现

图像处理模块中的重点为图像增强模块，其功能的实现、图像直方图均衡化和规定化为本研究的重点设计内容。图像增强的主要目的是采用一系列的技术去增强图像中用户感兴趣的信息，改善图像的视觉效果，或将图像转换成一种更适合人或计算机处理分析的形式，使处理后的图像比原图像更适合于某一特定的应用[14]。图像增强的方法有很多种，不同的问题应采用不同的增强方法。

2.1 直方图均衡化

将原图像通过某种变换，得到一幅灰度直方图为均匀分布的新图像的方法称为直方图均衡化。MATLAB图像处理工具箱提供了imhist函数来计算和显示图像的直方图，用histep用于直方图均衡化的实现[15]。采用MATLAB实现直方图均衡化的示例如图1所示。

图1 直方图均衡化

由图1可见，原图(a)的直方图较暗且所占据的灰度范围比较窄，对图(a)进行直方图均衡化后，由图(d)可以看出，此时的直方图占据了整个图像的灰度值允许范围。由于直方图均衡化增强了图像的灰度动态范围，因此也增加了图像的对比度，具体在图像上表现为有较大的反差，许多细节可看的比较清晰。

2.2 直方图规定化

将原图像的灰度直方图变成指定形状的直方图，而对图像做修正的一种图像增强的方法称为直方图规定化，该方法是对直方图均衡化处理的一种扩展。直方图均衡化处理是直方图规定化的一个特例。采用MATLAB实现直方图规定化的示例如图2所示。

在图2中，采用直方图均衡化得到的结果是整图对比度的增加，但在较暗的区域有些细节仍不清楚。图2(a)进行直方图规定化后得到的结果如图2(c)，由于规定化函数在高灰度区较大，故变换后的结果图像比均衡化更亮，使较暗区域的一些细节更为清晰，直方图显示高灰度值一方更为密集。

图2 直方图规定化

3 结论和展望

通过对MATLAB软件和数字图像处理技术的探讨，以及数字图像处理系统的设计与实现过程的介绍，分析图像增强模块中图像直方图均衡化和规定化的算法的实现，对于典型的特定问题并未深入涉及。近年来，有关图像处理技术的软件发展迅速，所开发的算法越来越多，根据实际情况对算法进行更深一步的优化，使其能够更好地为医学影像信息服务，提高其工作效率。

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The design and implementation of medical image processing system

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ZHAO Cai-yun, ZHANG Yong-shou, ZHAO Xiao-chen// China Medical Equipment,2014,11(2):45-47.

Objective: Based on the matrix laboratory (MATLAB) design and implementation of the digital image processing system, to achieve the goal of medical image information. Methods: To use MATLAB software to develop a design and implementation of the medical digital image processing system. Results: This paper presents a kind of digital image processing system based on MATLAB, including all aspects of the image processing. Conclusion: Through the research of medical image processing system, medical imaging for important information can be obtained.

Image processing; Image information; Matrix laboratory

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.02.016

1672-8270(2014)02-0045-03

R197.324

A

2013-07-03

①山东中医药大学理工学院 山东 济南 250355

②济南军区总医院医学工程科 山东 济南 250031

赵彩云,女,(1988- ),硕士研究生。山东中医药大学理工学院，研究方向：医疗设备质量控制。