基于MATLAB和MIMICS联合应用下的医学图像处理方法研究

董默 周鸿锁 赵若晗

摘  要： 随着计算机技术的高速发展，越来越多的软件应用于医学当中，尤其在影像医学的发展中，计算机对图像的处理技术直接制约着影像学科的发展。目前CT、MRI及核医学成像设备图像均由其自带的平台软件来处理，这使得医学图像主要的处理手段均与大型设备绑定，不够方便。合理的联合使用本文中所涉及的MATLAB和MIMICS软件，结合两种软件的优势，这为医学图像处理的手段提出新的方法，也为影像科医生拓展医学图像后处理的技能，提高其医学影像诊断水平提供了新的思路。

关键词： 医学图像处理;MATLAB;MIMICS

中图分类号： TP319    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.06.011

本文著录格式：董默，周鸿锁，赵若晗，等. 基于MATLAB和MIMICS联合应用下的医学图像处理方法研究[J]. 软件，2019，40（6）：4952

【Abstract】： With the rapid development of computer technology， more and more software is used in medicine. Especially in the development of imaging medicine， computer image processing technology directly restricts the development of imaging science. At present， the images of CT， MRI and nuclear medical imaging equipment are processed by their own platform software， which makes the main processing methods of medical images binding to large-scale equipment，and it is not convenient. Reasonable combination of MATLAB and MIMIMICS software involved in this paper， combined with the advantages of the two software， provides a new method for medical image processing， and also provides a new way for imaging doctors to expand the skills of medical image post-processing and improve the level of medical image diagnosis.

【Key words】： Medical image processing; MATLAB; MIMICS

0  引言

随着计算机技术的高速发展，越来越多的软件应用于医学当中，尤其在影像医学的发展中，计算机对图像的处理技术直接制约着影像学科的发展。医学图像处理技术在医学影像技术及医学影像诊断领域已成为十分重要的图像处理手段，是衡量影像技术及影像诊断人员医疗水平的重要标志。许多医院的CT、MRI及核医学成像设备多正在配备专门的图像后处理人员，其他影像科医生也正在不断学习，拓展医学图像后处理的技能，提高其医学影像诊断水平[7]。

目前CT、MRI及核医学成像设备图像均由其自带的平台软件来处理。主要的医学影像设备制造商的工作站都安装有功能强大的医学影像分析与后处理软件。虽然CT、MRI等图像均由其自带的平台软件来处理，他们具有专业性强、功能强大、图像清晰等优点，但同时也具有如下的缺点[1]：

1. 医学图像的处理与阅读不够便捷，医学图像处理任务只能在特定设备旁进行，无法随时随地的进行图像的深层次处理，图像格式被限定为医学专用格式DICOM，一般电脑不能阅读此图像。操作过于繁琐;

2. 操作人员局限性，影像科室的图像处理技术必须由专业的影像技师或者有经验的医师完成操作，相对比较麻烦，导致医生工作量增加;

3. 不利于多种影像设备配合使用，随着影像技术不断发展多种影像设备相配合进行诊断方式越来越多，即图像融合技术的应用，目前与设备绑定的图像处理方式无法实现这一目标。由于现有软件平台针对的是特定的数据来源或配套的医疗设备进行开发。不利于学生学习实践;

4. 应用不广泛，目前随大型设备绑定的软件平台专业性太强，通用性不足。对于初学者来说，现有平台使用不便，学习成本太高，不但不利于专业人员使用，更不利于医学院校影像专业学生的专业学习和在医学领域的普遍使用。尽管一些专业的软件开发公司研发了一些功能强大的医学影像处理与分析综合平台，但都需要配套医疗设备或特殊硬件才能运行，价格昂贵，不利于普遍使用，由于医学影像数据本身的复杂性，使得现有软件平台的专业性太强，通用性不足，使用不便。

综上所述，合理的利用市场中高性能便捷式的软件，以解除与医疗器械绑定的等不利因素是本文研究的主要内容。目前在医学影像领域中针对影像后处理技术中使用较多的当属Materialise公司的医学影像控制系统MIMICS，以及Mathworks公司的MATLAB，这两款软件也是目前在高校中使用较多医学影像后处理软件。下文将重点介绍如何结合两种軟件完成医学图像处理工作。

1  医学图像处理软件介绍

1.1  MATLAB图像处理模块

MATLAB是MATrixLABoratory的缩写，表示矩阵实验室，最早是由美国MathWorks 公司推出的用于数值计算和图形处理的科学计算系统环，是集图像处理、数据可视化处理、数值分析计算、建模仿真于一体的高级技术计算语言和人机交互式环境[9]。在这套环境下，用户可以集成地进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出等各项操作。MATLAB应用于多学科，也包含今天文中所涉及的图像处理，MATLAB在图像处理方面有其独特的优势：

1. 图像处理运算丰富;

2. 支持专用的医学图像格式;

3. 自带GUI系统，可以设计出美观的方便用户使用的操作界面。

MATLAB迄今已经发展了近30年，已经是十分成熟的软件，关于其强大的优势此处不再赘述，但相对其他专业的医学图像处理软件它也有其劣势，如需要有专业的编程技巧完成相关的处理手段，这对非计算机专业的医师有着很大的困难，除此之外，MATLAB在图像三维重建方面不如当今发展较快的其他软件，如MIMICS等。

1.2  MIMICS逆向工程软件

MIMICS软件是比利时Materialise公司推出的一套高度整合、快捷易用的医学图像处理和可视化商用软件。它可以快速导入CT、MRI等断层序列图像数据，对序列图像进行基于阈值和形态学算法的组织分割、执行面绘制为主的三维重建以及大规模数据的转换处理[5]。

MIMICS的主要功能有：

1. 图像导入转换

2. 图像分割

3. 图像可视化

4. 图像配准

5. 图像测量

6. 有限元前处理

7. 手术模拟

MIMICS相对比MATLAB它不需计算机语言的支持，并且可以调用MATLAB程序语言，这让很多非计算机专业的人员使用十分方便。在使用过程中，用户可以发现MIMICS在图像分割、三维重建、配准等三维图像领域有着更多的应用，而针对图像的增强、滤波、锐化等等图像基础处理功能却没有具体的处理手段，相对比MATLAB数百种之多的图像处理功能显得略有不足。

因此，在当今的非绑定设备的图像处理软件当中，笔者认为如果能充分的结合上述两种软件的优势，取长补短，必将更好的完成医学图像处理工作。下文将具体介绍结合两种软件方法的医学图像处理实例。

2  基于MATLAB和MIMICS联合应用下的医学图像处理实例

本文所设计的基于MATLAB和MIMICS联合应用下的医学图像处理采用了如图1所示的进程完成。其中MATLAB部分所做的处理完全取决于不同部位的医学图像特点来进行，比如软组织与骨骼密度不同[3]，采用的处理手段也不同，诸如平滑去噪，边缘提取等也是根据不同图像的特点视情况而定。

2.1  MATLAB图像处理实际效果

1. 平滑去噪处理

由于成像设备中各种电子器件的随机扰动和周围的环境噪声，获取的图像中难免会遭

受噪声污染，因此使用MATLAB所提供的中值滤波、均值滤波方式加入高斯和椒盐噪声完成测试，对实际的医学图像进行处理，本实验中对头部医学图像的处理可以看出使用中值滤波效果较好，具体结果如图2所示。

2. 锐化处理

图像在传输和转换过程中，通常质量都要降低，除了噪声因素外，图像一般都要变得模糊。通过图像锐化的作用就是补偿图像的轮廓，使图像比较清晰。本文中使用了Laplacian算子进行了锐化操作，但是实际的效果并不理想，这也进一步证明了在进行医学图像处理的过程中，使用MATLAB操作图像时并不是通用的批量处理，需要分析原始图像的特点进行后续操作，通过锐化后的处理结果如图2.3所示。

3. 边缘检测提取

提取边缘是医学图像处理常用的操作，只有提取出边缘轮廓，将目标和背景区分开来，才能实现后续的分割及重建。笔者将分别运用 Canny 算子、Roberts 算子、Sobel 算子、Prewitt 算子、Laplacian of Gaussian算子五种边缘检测方法进行实际操作，可以看出Canny算子的实际处理效果更好。如图4所示。

2.2  MIMICS图像处理实际效果

将上文中通过MATLAB处理好的系列图片导入的MIMICS软件当中，如图5所示。

按顺序依次完成阈值分割（阈值选择270）→区域增长→三维模型重建。重建效果如图6所示。后续可以使用MIMICS进一步完成重建修补工作，本文没有再详述。

3  总结

通过上文的介绍可以得知，在充分利用MATLAB和MIMICS两个软件的情况下，笔者完成了从大型设备上获取的医学图像→基本的图像处理操作（MATLAB提供）→医学图像分割及三维重建（MIMICS提供）的完整流程，这种联合应用两种软件的方式具有以下优点：

1. 完全脱离的大型医疗设备的绑定图像处理的弊端，使得图像处理工作可以轻型化，便捷化;

2. 充分利用了两种软件的优势，MATLAB处理手段丰富，MIMICS软件操作简便三维重建能力强，保证完成甚至超越了大型设备自带的图像后处理软件的处理水平;

3. 图像处理方法相对简单，为影像科室医师和技师在学习提高图像后处理技能提供了更好的方法和思路。

再接下来的研究中，笔者将继续针对MIMICS软件调用MATLAB程序相关问题进行深入研究，为解决医学图像处理问题提供新的思路。

参考文献

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[10] 董默， 赵若晗等. 医学图像三维重建系统设计与应用[J]. 软件， 2018， 39（1）： 87-90.

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