醫(yī)學(xué)圖像檢索技術(shù)的應(yīng)用研究

馮伍，曹曉莉

延安大學(xué)附屬醫(yī)院 a.網(wǎng)絡(luò)中心；b.放射科，陜西 延安 716000

醫(yī)學(xué)圖像檢索技術(shù)的應(yīng)用研究

馮伍a，曹曉莉b

延安大學(xué)附屬醫(yī)院 a.網(wǎng)絡(luò)中心；b.放射科，陜西 延安 716000

醫(yī)學(xué)圖像的檢索一直是人們所關(guān)注的焦點(diǎn)，本文主要介紹了基于內(nèi)容的醫(yī)學(xué)圖像檢索的意義、工作原理和方法。本研究將COM技術(shù)引入到醫(yī)學(xué)圖像檢索中，使用MATLAB制作COM組件供VB調(diào)用、實(shí)現(xiàn)圖像處理。實(shí)驗(yàn)表明，在VB開(kāi)發(fā)環(huán)境中調(diào)用COM組件，能大大加快軟件開(kāi)發(fā)的進(jìn)度、縮短源代碼，提高代碼質(zhì)量及軟件的穩(wěn)定性。

醫(yī)學(xué)圖像檢索；醫(yī)學(xué)圖像；圖像檢索技術(shù)；COM技術(shù)

隨著醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展和醫(yī)院信息網(wǎng)絡(luò)的普及，我院每天都會(huì)產(chǎn)生大量的病人生理、病理和解剖信息的醫(yī)學(xué)圖像。這些圖像為醫(yī)生進(jìn)行臨床診斷、手術(shù)計(jì)劃、鑒別診斷以及病情跟蹤提供了客觀依據(jù)。但是醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)的爆炸性增長(zhǎng)使得圖像管理和檢索成為關(guān)鍵，如何快速、準(zhǔn)確地檢索出所需的醫(yī)學(xué)圖像，一直是近年來(lái)人們所關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的方法是基于文本[1]的醫(yī)學(xué)圖像檢索，即根據(jù)病人的姓名、住院號(hào)、圖像的序列號(hào)、醫(yī)師姓名等文本字段查詢(xún)所需圖像。但是基于文本的檢索需要醫(yī)師對(duì)每幅醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行人工注解，因此，難免會(huì)出現(xiàn)一些弊端：① 人工注釋有很強(qiáng)的主觀性，有時(shí)也存在用詞不規(guī)范和不精確的情況，因此，根據(jù)圖像注釋檢索時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致檢索結(jié)果會(huì)出現(xiàn)失敗；② 醫(yī)師對(duì)同一幅醫(yī)學(xué)圖像所下的兩次診斷報(bào)告不可能完全一致； ③ 很難用文字準(zhǔn)確地描述醫(yī)學(xué)圖像的物理特征和視覺(jué)特征；④ 檢索的范圍有很大的局限性。基于文本的檢索只能檢索某個(gè)人或者某個(gè)醫(yī)師對(duì)應(yīng)的圖像，但要檢索不同醫(yī)師、不同病人卻有相同疾病的圖像時(shí)有很大的局限性，這大大地限制了醫(yī)學(xué)圖像在臨床診斷、醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)、醫(yī)學(xué)教育等領(lǐng)域中的應(yīng)用。人工標(biāo)注速度慢、效率低，檢索的結(jié)果往往不能滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。如果能利用圖像處理工具M(jìn)ATLAB軟件，從醫(yī)學(xué)圖像中提取灰度、形狀、紋理等特征參量，構(gòu)成描述圖像內(nèi)容的特征向量，并以這些特征向量作為建立索引和匹配的客觀依據(jù)，這樣就可直接根據(jù)醫(yī)學(xué)圖像的特征向量從醫(yī)學(xué)庫(kù)中檢索出所需的圖像。

將基于內(nèi)容的圖像檢索[2]（Content-base image retrieval，CBIR）技術(shù)運(yùn)用于醫(yī)學(xué)圖像，是醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是醫(yī)學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)的典型應(yīng)用。它不僅為醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)的工作減輕了負(fù)擔(dān)，而且還擴(kuò)展了醫(yī)學(xué)圖像在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

1 CBIR系統(tǒng)的基本工作原理

CBIR技術(shù)涉及到圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等學(xué)科，同時(shí)也和人腦的認(rèn)識(shí)程度緊密相關(guān)。它的基本工作原理[3]是：對(duì)圖像中的每幅圖像，先進(jìn)行圖像分析，提取圖像特征或目標(biāo)的特征向量，建立相應(yīng)的特征向量庫(kù)。

典型的圖像檢索系統(tǒng)一般由2部分構(gòu)成：數(shù)據(jù)庫(kù)生成子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)圖像查詢(xún)子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)包含相應(yīng)的功能模塊和部件。CBIR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。

圖1 CBIR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行圖像檢索時(shí)，對(duì)給定的查詢(xún)例圖，先進(jìn)行特征提取，然后將該例圖的特征向量與特征庫(kù)中的特征向量進(jìn)行匹配，并根據(jù)匹配結(jié)果再到圖像庫(kù)中檢索，就可檢索出所需的圖像。醫(yī)學(xué)圖像CBIR系統(tǒng)可以幫助醫(yī)生在海量數(shù)據(jù)庫(kù)中快速尋找具有類(lèi)似病理特征的圖像，大大擴(kuò)展了醫(yī)學(xué)圖像在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

2 COM技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像檢索中的應(yīng)用

通過(guò)MATLAB COM Builder編譯生成的COM組件[5]，具有與開(kāi)發(fā)工具語(yǔ)言無(wú)關(guān)的特性，而且運(yùn)行效率高、易擴(kuò)展、便于使用和管理，它可以供VB或其他應(yīng)用程序調(diào)用。COM組件和其他軟件集成在一起，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用程序。

2.1 制作COM控件基本步驟

用MATLAB COM生成器創(chuàng)建COM[6]組件過(guò)程：① 啟動(dòng)COM Builder，創(chuàng)建一個(gè)工程，設(shè)置相關(guān)屬性；② 增加所需的功能，即添加相應(yīng)的.m和.mex文件，添加組件的屬性和事件；③ 編譯創(chuàng)建組件；④ 包裝/注冊(cè)和發(fā)布組件文件。

2.2 VB調(diào)用COM組件在圖像邊緣提取中的應(yīng)用[7]

把制作好的組件注冊(cè)到計(jì)算機(jī)后，就可以在VB中調(diào)用COM組件了[6]。

（1）界面設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)兩個(gè)按鈕：“輸入圖像”和“邊緣提取”，見(jiàn)圖2。

圖2 VB程序窗口

（2）引入COM組件。在VB開(kāi)發(fā)工具中，首先通過(guò)“工程”→“引用”將MATLAB編譯的組件引入到工程中來(lái)[8]。

（3）加關(guān)鍵字WithEvents。為了讓類(lèi)實(shí)例能響應(yīng)事件，需要在類(lèi)實(shí)例前加上關(guān)鍵字WithEvents。加入這條指令相當(dāng)于程序運(yùn)行此處時(shí)，其實(shí)現(xiàn)的代碼將由客戶(hù)端程序VB完成。

（4）邊緣檢測(cè)的部分代碼。

（5）程序運(yùn)行結(jié)果（圖3）。

圖3 圖像邊緣檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

利用MATLAB制作COM組件供VB調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了基于內(nèi)容的圖像檢索。應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明，在VB開(kāi)發(fā)環(huán)境中調(diào)用COM組件，有很大的優(yōu)點(diǎn)：能大大加快軟件開(kāi)發(fā)的進(jìn)度；能高效地進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，縮短源代碼，對(duì)程序設(shè)計(jì)產(chǎn)生很大的影響；能提高代碼質(zhì)量及軟件的穩(wěn)定性，使得程序更加專(zhuān)業(yè)和靈活。

CBIR是一個(gè)綜合了光學(xué)、數(shù)學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息論、人工智能等各門(mén)學(xué)科的研究領(lǐng)域，它的理論基礎(chǔ)復(fù)雜，應(yīng)用范圍廣，是一個(gè)非常有價(jià)值和發(fā)展前途的研究方向。本文主要是利用MATLAB制作COM組件供VB調(diào)用，它是實(shí)現(xiàn)圖像處理的有效方法。使用MATLAB COM Builder可以很快編譯COM組件，采用這種開(kāi)發(fā)模式，除了跨語(yǔ)言的特性以外，還可以在多個(gè)不同的軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用中重復(fù)利用同一個(gè)組件，編譯的COM組件也易于在Windows操作系統(tǒng)中發(fā)布。在VB開(kāi)發(fā)環(huán)境中用少量的代碼就可以調(diào)用COM組件[9]。同時(shí)，能大大加快軟件開(kāi)發(fā)的進(jìn)度、縮短源代碼，提高代碼質(zhì)量及軟件的穩(wěn)定性。我們用MATLAB制作的圖像的噪聲濾除、圖像銳化、邊緣檢測(cè)、顏色直方圖特征提取等COM組件，可用來(lái)進(jìn)行圖像預(yù)處理與特征提取，為圖像檢索奠定了良好的基礎(chǔ)[10]。

[1]李正超.圖像檢索技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].井岡山學(xué)院學(xué)報(bào),2008,29(6):28.

[2] 沈曄,李敏丹,夏順仁.基于內(nèi)容的醫(yī)學(xué)圖像檢索技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),2010,22(4):569.

[3] 李封,趙燕.基于內(nèi)容的醫(yī)學(xué)圖像檢索技術(shù)的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2009,(12):28.

[4] 王正林,劉明.精通MATLAB7[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006:611.

[5] 張賽民,陳靈君.VB調(diào)用MATLAB制的COM組件實(shí)現(xiàn)二者混合編程[J].微型電腦應(yīng)用,2006,22(4):53.

[6]趙海春.COM組件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].邵陽(yáng)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,26(1):58.

[7] 王夢(mèng)蛟,等.基于COM組件的VB與Matlab混合編程在醫(yī)學(xué)影像處理中的[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2009,24(1):32-33.

[8] 胡靜,吳云,張燕.基于COM組件的VB與MATLAB混合編程技術(shù)在地形變數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué),2011,31(6):123.

[9]曹玉珍,等.基于Web的醫(yī)院信息系統(tǒng)架構(gòu)及其數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2010,25(8):23-25.

[10] 陳武凡,秦安,江少蜂,等.醫(yī)學(xué)圖像分析的現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào),2008,27(2):175.

Appliecation Research of Medical Image Retrieval Technology

FENG Wua, CAO Xiao-lib
a. Network Center; b.Radiology Department,Yan'an University Affiliated, Yan'an shaanxi 716000, China

Medical image retrieval has been the focus of people attention. This paper describes the concept,principles and methods of content-based medical image retrieval, introduces the COM technology into the medical image retrieval, and achieves the image processing by using MATLAB COM object in the VB software.The experiment indicated that the use of COM object in the VB development environment can greatly speed up the progress of software development, shorten the source code and improve the code quality and the software stability.

medical image retrieval; medical image; image retrieval technique; COM technology

1674-1633(2011)10-0025-02

2011-05-12

2011-08-22基金項(xiàng)目：延安大學(xué)附屬醫(yī)院研究生管理科創(chuàng)新基金項(xiàng)目（10YJ52）。

本文作者：馮伍，碩士研究生；主要研究方向：圖形圖像處理。

作者郵箱：sxyadxfw@163.com

TP391.41

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.10.006