【正文】 ...................................................................................35 附錄 (程序代碼 ) .....................................................................................................................................36 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 6 第 1 章 緒論 課題 研究的背景和意義 近年來 ， 許多數(shù)字化醫(yī)學影像設備不斷應用于臨床 ， 產(chǎn)生了大量的醫(yī)學圖像 (如 CT， MRI，PET， SPET)。 這些醫(yī)學圖像具有成像機理多樣 ， 數(shù)據(jù)結構復雜 ， 數(shù)據(jù)量大等特點 。 而實現(xiàn)醫(yī)學圖像的處理和分析是進行放射醫(yī)療診斷的前提和基礎 ，因此 具有相當重要的意義和價值 。 DICOM 標準是醫(yī)學影像信息學領域的國際通用標準。 DICOM 標準的推出與實現(xiàn)，大大簡化了醫(yī)學影像信息交換的實現(xiàn)，推動了遠程放射學系統(tǒng)、圖像管理與通信系統(tǒng)（ PACS）的研究與發(fā)展，并且由于 DICOM 的開放性與互聯(lián)性，使得與其它醫(yī)學應用系統(tǒng)（ HIS、 RIS 等）的集成成為可能 [1]。 醫(yī)學圖像處理的特點之一是針對具體問題提出某種特殊技術去解決 ， 不具普適性。 在臨床應用中常需要獲取醫(yī)學圖像的如區(qū)域質 心，圓弧的圓心及半徑及兩點間距離等量化信息，而目前很少有專門的應用軟件來解決這類具體問題。 常用的圖像處理軟件如 photoshop等功能十分強大，但缺少明確的數(shù)字化顯示與控制，而一些專業(yè)的圖像處理軟件往往在具體細節(jié)上不能滿足實踐的需求。 Matlab 具有強大的數(shù)字計算能力以及圖像處理能力，而 且編程相對簡單，具有容易上手，開發(fā)周期短，見效快的優(yōu)點?；谝陨显颍瑢?matlab 應用于醫(yī)學圖像的處理具有十分 重要的現(xiàn)實意義和實踐基礎。 本文所要研究的是對醫(yī)學骨科圖像的 處理 ，主要包括對醫(yī)學骨科圖像 的邊緣提取 ，區(qū)域質心，圓心半徑以及兩點之間 距離 的測量 等 。為了更方面的研究相關問題，以及能將研究成果更好的應用于實踐，本文還 設計出 了 一個 基于 Matlab 平 臺的針對醫(yī)學骨科圖像進行處理的 信息 處理系統(tǒng) 。 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 7 本文主要研究的內容 本文研究的內容主要 包括以下幾個方面： （ 1） DICOM 圖像： DICOM 標準是醫(yī)學影像信息學領域的國際通用標準。其格式與一般圖像有所不同，要利用 matalb 處理醫(yī)學圖像就需要先了解 di 格式的相關內容； （ 2） 邊緣提?。哼吘壧崛∈潜疚难芯績热莸年P鍵，只有在完成邊緣提取的 基礎上才能繼續(xù)其它研究。邊緣提取的方法有很多，如經(jīng)典邊緣提取算子 ，基于 數(shù)學形態(tài)學的邊緣提取方法等。本文研究提 出 了適合目標圖像的特定算法； （ 3）質心提?。?在完成邊 緣提取以后，對相關區(qū)域進行重心的提取 和位置測量； （ 4） 圓心 和 半徑測量：在邊緣提取的基礎上對相關圓弧進行圓心 的提取和半徑的測量； （ 5） 兩點間 的距離：在邊緣提取的基礎上實現(xiàn)圖像上任意兩點間距離的測量； （ 6）信息處理系統(tǒng) :為了更好的運用研究成果 ，利用 Matlab 界面編程工具 guide 設計一個應用系統(tǒng)，以實現(xiàn)對醫(yī)學圖像的 信息處理。 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 8 第 2 章 醫(yī)學圖像 DICOM 數(shù)字圖像分類概述 數(shù)字圖像，又稱數(shù)碼圖像或數(shù)位圖像，是二維 圖像 用有限 數(shù)字 數(shù)值 像素 的表示 。數(shù)字圖像的表示有不同的數(shù)據(jù)類型，如 1 位存儲， 8 位存儲， 24 位存儲等。其文件存儲的格式也非常多，因此在對圖像進行處理之前，我們有必要對這些進行一個基本的了解。 灰度圖和彩色圖 數(shù)字圖像 有灰度圖和彩色圖之分，關于它們的介紹如下： （ 1） 二值圖像 二值圖像 是每個像素用 1位存儲，不是 0 就是 1，其灰度值沒有中間過渡的數(shù)值 。 （ 2） 灰度圖像 灰 度圖像是數(shù)字圖像的最基本形式，灰度圖像可以由黑白照片數(shù)字化得到 或從彩色圖像進行去色處理得到?；叶葓D像只能表達圖像的亮度信息而沒有顏色信息。因此灰度圖像的每個像素點上只包含一個量化的灰度級，用來表示該點的亮度水平，并且通常 用 1 個字節(jié)來存儲灰度值。 如果灰度值用 1 個字節(jié)表示，則可以表示的正整數(shù)范圍是 0～ 255，也就是說像素值取 0 到 255 的 256 個值，灰度級為 256 級。人眼對灰度的分辨能力通常在 20～60 級，因此灰度存儲既保證了人眼的分辨能力，又符合計算機數(shù)據(jù)尋址的習慣?；叶葓D像的 R=G=B。 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 9 （ 3）彩色圖像 彩色圖像的數(shù)據(jù)不僅包含亮度信息，還包含顏色信息。彩色的表示方法是多樣化的，最常見的是三基色模式，例如 RGB 模型。利用 RGB 三基色可以混合成任意顏色。每個像素包含 RGB 三基色數(shù)據(jù)，每個基色用 1 個字節(jié)表示，則每個像素的數(shù)據(jù)為 3個字節(jié)。這就是人們常說的 24 位真彩色。 數(shù)字圖像格式簡介 對數(shù)字圖像 進行 處理必須采用一定的圖像格式，也就是把圖像的像素按照一定的方式進行組織和存儲，把圖像數(shù)據(jù)存儲成文件就得到圖像文件。圖像文件格式?jīng)Q定了應該在文件中存放何種類型的信息，文件如何與各種應用軟件兼容，文件如何與其它文件交換數(shù)據(jù)。圖像文件的格式琳瑯滿目，常用的有 BMP， TIFF， GIF， JPEG ， PDF 等 ，下面重點介紹 BMP和 JPEG 兩種格式。 （ 1） BMP 格式 BMP 是一種與硬件設備無關的 圖像 文件格式 ，使用非常廣。它采用位映射存儲格式，除了 圖像深度 可選以外，不采用其他任何壓縮，因此， BMP 文件所占用的空間很大。 BMP 文件的圖像深度可選 lbit、 4bit、 8bit 及 24bit。 BMP 文件存儲數(shù)據(jù)時，圖像的掃描方式是按從左到右、從下到上的順序。 由于 BMP 文件格式是 Windows 環(huán)境中交換與圖有關的數(shù)據(jù)的一種標準，因此在 Windows 環(huán)境中運行的圖形圖像 軟件 都支持 BMP 圖像格式 。 （ 2） JPEG 格式 JPEG 是 Joint Photographic Experts Group(聯(lián)合圖像專家組 )的縮寫，文件后輟名為“ .jpg” 或 “ .jpeg”。圖像專家小組 是一種支持 8位和 24 位色彩的壓縮位圖格式，適合在網(wǎng)絡（ Inter）上傳輸，是非常流行的圖形文件格式。 .jpeg/.jpg 是最常用的圖像 文件格式 ， 是一種有損 壓縮格式 ，能夠將圖像壓縮在很小的儲存空間。 圖像中重復或不重要的資料會被丟失，因此容易造成 圖像數(shù)據(jù) 的損傷 。 JPEG 格式 壓縮的主要是高頻信息，對色彩的信息保留較好，適合應用于 互聯(lián)網(wǎng)，可減少圖像的傳輸時間，可以支持 24bit 真彩色，也普遍應用于需要連續(xù)色調的圖像 [2]。 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 10 醫(yī)學圖像 di 簡介 在醫(yī)學影像信息學的發(fā)展和 PACS 的研究過程中，由于醫(yī)療設備生產(chǎn)廠商的不同，造成與各種設備有關的醫(yī)學圖像存儲格式、傳輸方式千差萬別，使得醫(yī)學影像及其相關信息在不同系統(tǒng)、不同應用之間的交換受到嚴重阻礙。為此， 美國 放射學會（ ACR）和全美電子廠商聯(lián)合會（ NEMA）認識到急需建立一種標準，以規(guī)范醫(yī)學影像及其相關信息的交換， DICOM（ Digitalimaging and Communications in Medicine）標準就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。ACR 和 NEMA 聯(lián)合組成委員會，在參考了其他相關國際標準 （ CNET25 JIRA、 IEEE、 HLANSI 等）的基礎上，聯(lián)合推出了醫(yī)學數(shù)字圖像存儲與通信標準，即 DICOM 標準。它從最初的 （ ACRNEMA Standards Publications ）到 1988 年推出的 版本（ ACRNEMA Standards Publications ），到 1993 年發(fā)布的DICOM 標準 ，已發(fā)展成為醫(yī)學影像信息學領域的國際通用標準。 DICOM 文件一般由 DICOM 文件頭（ Header）和數(shù)據(jù)集合（ Data Set）組成。 DICOM 文件頭包含了標志數(shù)據(jù)集合的相關信息，每個 DICOM 文件都必須包括文件頭。文件頭由 128 個預定義引導字節(jié)和 4字節(jié)前綴（“ DICOM”，用來判斷文件是否為 DICOM 文件）構成。 DICOM 數(shù)據(jù)集合是由 DICOM 數(shù)據(jù)元素按照一定的順序排列組成的。 DICOM 數(shù)據(jù)元素由 4 個部分組成：標簽，數(shù)據(jù)描述 （ VR， Value Representation） ， 數(shù)據(jù)長度（ VL，Value Length） 以及數(shù)據(jù)域組成，如 圖 。 圖 DICOM 數(shù)據(jù)元素結構 (1) 標簽（ Tag） 標簽是一個 4字節(jié)無符號整數(shù) 。 DICOM 文件的標簽格式為 (組號 ， 元素號 )，其中組號及 元素號各占兩個字節(jié) 。 數(shù)據(jù)元素是通過數(shù)據(jù)標簽唯一標識的 。 (2) 數(shù)據(jù)描述 (VR) 文件頭 數(shù)據(jù)元素 … … 數(shù)據(jù)元素 標 簽 (Tag) 數(shù)據(jù)描述 (VR) 數(shù)據(jù)長度 (VL) 數(shù)據(jù) 域 (Value) … … 標 簽 (Tag) 數(shù)據(jù)描述 (VR) 數(shù)據(jù)長度 (VL) 數(shù)據(jù) 域 (Value) 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 11 VR指明了數(shù)據(jù)元素中數(shù)據(jù)的類型 ， 分為顯示和隱式兩種 。 VR為顯式時必須在在 ，為隱式時省略 。 VR一般為兩個字節(jié) ， 例如 ， 一個數(shù)據(jù)元素的 VR是 DA， 表示該數(shù)據(jù)元素中存儲的是日期型數(shù)據(jù) 。 (3) 數(shù)據(jù)長度 (VL) 數(shù)據(jù)長度是指數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)域中數(shù)據(jù)的長度 (字節(jié)數(shù) )。 VL一般為兩個字節(jié) ， 但當 VR為隱式和 VR為 OB， OW， SQ時 ， VL用 4個字節(jié)表示 ， 其中 OB表示像素數(shù)據(jù)不壓縮 ， OW 表示像素數(shù)據(jù)壓縮 ， SQ 表示數(shù)據(jù)元素中存 在嵌套 ， 常用于多幀圖像 。 這個長度只是值的長度 ， 不包括數(shù)據(jù)元素標簽 ， 數(shù)據(jù)類型 VR， 數(shù)據(jù)長度 VL 字段 。 (4) 數(shù)據(jù)域 (Value) 存放了該數(shù)據(jù)元素的數(shù)值 ， 該字段的數(shù)據(jù)類型由數(shù)據(jù)元素的 VR 確定 [3]。 DICOM 圖像的讀取 用 Matlab 讀取 di 圖像的 相關信息主要有以下幾個函數(shù) : (1)diinfo():獲取 di 圖像的信息 。 例如 :medata = diinfo(‘’) 可以 得到 : (2)diread():讀取 di 圖像 。 例如 :a = diread(‘’) 可以 得到 : 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 12 (3)imshow():顯示 di 圖像 。 目前 DICOM 圖像一般都是 16 位 ， 即其顯示范圍可以達到 65 536， 然而屏幕的顯示范圍只有 0～ 255， 故需要定義像素的 CT 值到屏幕對應的灰度值的映射 。 常用加窗顯示的線性映射來實現(xiàn) 。 即限定一個窗口 ， 將窗口區(qū)域的圖像數(shù)線性的轉換到顯示器的最大顯示范圍內 ， 高于或低于窗口上下限的圖像數(shù)據(jù)則分別設置為最高或最低的顯示值 。 這樣通過動態(tài)地調節(jié)窗口的窗寬和窗位 ， 就可以觀察到醫(yī)學圖像的全部信息 。imshow()函數(shù)能夠自動設置圖像窗口 ， 坐標軸和圖像屬性 [1]。 例如 : a = diread(39。39。)。 imshow(a，[])。 可以 得到 圖 。 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 13 圖 用 imshow()讀取的 di 圖像 第 3 章 邊緣檢測算法研究 廈門大學通信工程系 20xx 級本科畢業(yè)論文 14 邊緣檢測概述 邊緣是圖像最基本的特征，所謂邊緣就是指周圍灰度強度有反差變化的那些像素的集合，是圖像分割所依賴的重要基礎，也是紋理分析和圖像識別的重要基礎。理想的邊緣檢測應當正確解決邊緣的有無、真假、和定向定位，長期以來，人們一直關心這一問題的研究， 形成了完整的邊緣檢測理論。 圖 像 邊緣檢測的 有以下幾個 基本步驟： （ 1）濾波。邊緣檢測主要基于導數(shù)計算，但受噪聲影響。但濾波器在降低噪聲的同時也導致邊緣強度的損失。 （ 2）增強。增強算法將鄰域中灰度有顯著變化的點突出顯示。一般通過計算梯度幅值完成。 （ 3）檢測。但在有些圖像中