03-医学图形图像处理识别技术与医学信息分析

1、医学图形图像处理识别技术与医学信息分析刘燕E-Mail: Phone No. 87331856-811目录内容容序医医学信息息学简述述第一讲医医学信信号处理理概述第二讲医医学图图形信号号的采集集、存储储与处理理第三讲Mathlab 与图图形信号号的处理理识别第四讲医医学图图像信号号的采集集、存储储格式、处理方方法第五讲Mathlab、Vtk、Mtk与医医学图像像的处理理第六讲医医学信信息挖掘掘第七讲用用于教教学的医医学图片片处理技技术作业第三讲Mathlab与与图形信信号的处处理识别别MATLAB软软件的使使用介绍绍图形信号号的处理理与识别别程序介介绍临床电生生理数据据分析实实验模拟拟软件介介

2、绍实验 一、MATLAB软件件的使用用介绍1.MATLAB的的简介(1)MATLAB高级级交互式式软件包包(2)MATLAB典型应应用数学计算算算法推导导建模和仿仿真模拟拟数据分析析和结果果的可视视化工程图形形绘制应应用程序序开发（包括用用户图形形界面的的建立）(3)MATLAB产生的的历史背背景调用EISPACK和和LINPACK的FORTRAN子程序序库EISPACK和LINPACK的的接口程程序MATLAB发展展成为适适合多学学科，多多种工作作平台的的功能强强大的大大型软件件。美国MathWorks公司司设计的的“科学学和工程程计算的的高级交交互式软软件包”CleveMoler、NewM

3、exico、JohnLittleMATLAB软软件_续1(3)MATLAB的的语言特特点语言简洁洁紧凑，使用方方便灵活活，库函函数极其其丰富。运算符丰丰富。MATLAB既既具有结结构化的的控制语语句，又又有面向向对象编编程的特特性。程序限制制不严格格，程序序设计自自由度大大。程序的可可移植性性很好，基本上上不做修修改就可可以在各各种型号号的计算算机和操操作系统统上运行行。MATLAB的的图形功功能强大大。MATLAB的的缺点是是程序的的执行速速度较慢慢。功能强大大的工具具箱。源程序的的开放性性。如：解方方程组Ax=bx=AbMATLAB软软件_续22.MATLA的安安装进入MATLAB软件件安

4、装程程序目录录，然后后单击“Setup”程序，在安装装程序的的引导下下，逐步步完成以以下操作作:(1)选选择“Install”安装装或”Updatelicense”升级级许可证证，单击击Next；然后后输入姓姓名、公公司与序序列号，单击Next。(2)选选择接受受许可证证协议，单击“Yes”单单击Next，然然后选择择“Typical”典型安安装，单单击Next。(3)选选择或输输入安装装目的路路径，单单击Next，后后单击“Yes”(4)单单击Install，系系统开始始安装。MATLAB软软件_续3(5)在在提示插插入第2张CD时，插插入CD2，然然后单击击OK，接接着在文文件扩展展名警示

5、示对话框框内单击击Yestoall。(6)单单击Next，接接着单击击Finish。(7)如果在单单击Finish按钮之之前，选选择了“Start”选项，则此时时进入MATLAB工工作环境境。MATLAB软软件_续43.MATLAB启启动与退退出启动MATLAB，进进入MATLAB工作作环境启动MATLABMATLAB软软件_续5结束MATLAB，退退出MATLAB工作作环境键入exit键入quit直接关闭闭MATLAB的命令令视窗退出MATLABMATLAB软软件_续6-14.MATLAB变变量与基基本输入入输出变量命名名的规则则：第一一个字母母必须是是英文字字母；字母间间不可留留空格；最多

6、多只能有有19个个字母，MATLAB会忽略略多余字字母。变量定义义与输入入输出向量与标标量矩阵行和列列组成的的数据表表行向量矩阵阵只有一一行时，称为行行向量。列向量矩阵阵只有一一列时，称为列列向量。标量矩阵只只有1个个元素时时，称为为标量。MATLAB软软件_续6-2变量定义义var=expt;expt可以是是数字、变量、操作符符和函数数等组成成。例如：X=7A=1 23;45 6; 789B=11121314C=21;22;23;24D=X*B注意：用方括号号“”确确定的的范围内内逐行给给定元素素，相同同行元素素由空格格“”或逗号号“,”分隔，不同行行数据由由分号“;”或或回车键键分隔。语句

7、结尾尾没有分分号的命命令在屏屏幕显示示结果；有分号号的命令令只执行行而不显显示。MATLAB软软件_续75.MATLAB常常用命令令(1)MATLAB常用的的基本数数学函数数abs(x)：纯量的的绝对值值或向量量的长度度sqrt(x)：开平平方round(x)：四四舍五入入至最近近整数fix(x)：无论正正负，舍舍去小数数至最近近整数sign(x)：符号号函数(Signumfunction)exp(x)：自然指指数pow2(x)：2的的指数log(x)：以e为为底的对对数log10(x)：以以10为为底的对对数举例:4x2+58x-89=0（a=4,b=58,c=89）MATLAB软软件_续8

8、(2)适适用于于向量的的常用函函数min(x): 向量量x的元元素的最最小值max(x): 向量量x的元元素的最最大值mean(x):向向量x的的元素的的平均值值median(x): 向量量x的元元素的中中位数std(x): 向量量x的元元素的标标准差diff(x):向向量x的的相邻元元素的差差sort(x):对对向量x的元素素进行排排序（Sorting）length(x): 向量量x的元元素个数数sum(x): 向量量x的元元素总和和举例:对对130名正常常成年男男子红细细胞数(RBC ,万万/mm)的数数据进行行描述性性统计。(x=zeros(130,1)平均、中中位数、众数、标准差差MA

9、TLAB软软件_续9适用于向向量的常常用函数数_续prod(x):向向量x的的元素总总乘积cumsum(x): 向量量x的累累计元素素总和cumprod(x):向向量x的的累计元元素总乘乘积dot(x,y): 向量量x和y的内积积cross(x,y):向向量x和y的的外积MATLAB软软件_续10一些常用用的操作作函数format语语句是控控制输出出的显示示格式，句法如如下：format设设置默默认显示示格式5位的定定点数formattype设设置置按指定定的type格格式输出出显示。例如：formatratRatio of small integersformat(type)与与上上面语句句

10、一样，但以函函数形式式出现disp(x)显显示矩阵阵函数%注注释语语句zeros、ones 预先先定义矩矩阵的大大小。例如：h =zeros(6);%生成66的0矩阵MATLAB软软件_续11(3)重重复命命令1）for循环环（for-loop），其其基本形形式为：for变变量=矩矩阵；运算式；end变量值会会被依次次设定为为矩阵的的每一行行，来执执行for和end之之间的运运算式。因此，若中断断情况，运算式式执行的的次数等等于矩阵阵的行数数。其中中“;”是终结结内语句句的可抑抑制的重重复显示示。举例:产产生一个个长度为为6的调调和数列列x =zeros(1,6);% x是是一个16的的矩阵f

11、ori= 1:6,x(i) =1/i;endMATLAB软软件_续122）while循环，其基本本形式为为：while条条件式；运算式；End实现功能能：只要要条件成成立，就就会一再再执行运运算式。举例:用用while循循环产生生一个长长度为6的调和和数列x =zeros(1,6);%x是一个个16的零矩矩阵i =1;whilei 0.5disp(Givenrandomnumber is greaterthan0.5.);elsedisp(Givenrandomnumber is lessthan0.5.);endMATLAB软软件_续14(5)将多多个命令令写入一一个M文文件若要一次次执行大

12、大量的MATLAB命命令，可可将这些些命令存存于一个个文件类类型为m的文件件中，并并在MATLAB提示示号下键键入此文文件名即即可执行行。包含含MATLAB命令的的文件以以m为扩扩展名，通称M文件（M-files）。举例:名名为test.m的M文件有有以下内内容：% ThisismyfirsttestM-file.% Roger Jang, March 3, 1997fprintf(Startoftest.m!n);fori= 1:3,fprintf(i =%d-i3=%dn,i,i3);endfprintf(Endoftest.m!n);MATLAB软软件_续15建立test.m的的M文件件

13、进入MATLAB编辑辑器FileNewM-File在编辑器器内输入入以下内内容% ThisismyfirsttestM-file.% Roger Jang, March 3, 1997fprintf(Startoftest.m!n);fori= 1:3,fprintf(i =%d-i3=%dn,i,i3);endfprintf(Endoftest.m!n);保存文件件到指定定或默认认的目录录下FileSave输入文文件名“test.m”MATLAB软软件_续16执行文文件“test.m”进入文件件所在目目录或查查看文件件CDdir执行test.mtestStartoftest.m!i =1-

14、i3= 1i =2- i3= 8i =3- i3= 27Endoftest.m! MATLAB软软件_续17注意：M档案案可分为为命令集(Scripts)及及函数(Functions)。前前述的test.m即即为命令令集，其其效用和和将命令令逐一输输入完全全一样，因此在在命令集集直接使使用工作作空间的的变量，则在命命令集中中设定的的变量，可在工工作空间间中看得得到。函数则需需要用到到输入参参数(Inputarguments)和输出参数数(Output arguments)来来传递资资讯。例如：计计算一个个正整数数的阶乘乘（Factorial），可以写写一个如如下的MATLAB函函数并将将之存档

15、档于fact.m：functionoutput=fact(n)% FACTCalculate factorialofa given positive integer.output=1;fori= 1:n,output=output*i;end其中fact是是函数名名，n是是输入参参数，output是是输出参参数，而而i则是是此函数数用到的的暂时变变量。MATLAB软软件_续18要使用此此函数，直接键键入函数数名及适适当输入入参数值值即可。y=fact(5)y =120注意：在执行fact之前，你必须须先进入入fact.m所在的的目录。在执行fact(5)时，MATLAB会会进入一一个下层层的暂

16、时时工作空空间（Temperaryworkspace），将将变量n的值设设定为5，然后后进行各各项函数数的内部部运算，所有内内部运算算所产生生的变量量都存在在此暂时时工作空空间中。运算完完毕后，MATLAB会将最最后输出出参数output的的值设定定给上层层的变量量y，并并将清除除此暂时时工作空空间及其其所含的的所有变变量。MATLAB软软件_续19(6)MATLAB的的文件、目录等等操作指指令显示当前前目录pwd显显示当前前工作目目录s =pwd将将当前前工作目目录赋予予变量s改变工作作目录cd显显示当当前工作作目录w =cd将将当当前工作作目录赋赋予wcd(directory)设设置置当前

17、工工作目录录为directory指定定的目录录cd(.)将将当前前工作目目录改为为它的上上级目录录cddirectoryorcd.与与上面两两条指令令等同MATLAB软软件_续20MATLAB的的文件、目录等等操作指指令_续显示目录录列表dir列列示示当前工工作目录录的文件件dirname列列示示指定的的文件files= dir(directory)将将指指定目录录的文件件列表信信息返回回到files中。例如：afiles=dir(d:/work/*.*)afiles(3).nameafiles(3).date显示文件件内容type (filename)type filenamefilenam

18、e是要要被显示示的文件件的路径径和名字字MATLAB软软件_续21MATLAB的的文件、目录等等操作指指令_续浏览或改改变MATLAB目目录的搜搜寻路径径path显显示当前前MATLAB 搜索索路径。初始搜索索路径由由toolbox/local/pathdef.m文文件定义义的。path(newpath)将将搜索路路径改变变为一个个新路径径，这里里新路径径是一个个目录的的字符串串数组。path(path,newpath)将将一个个新路径径增加到到当前的的搜索路路径后。path(newpath,path)将将一个个新路径径加到当当前的搜搜索路径径前。p =path(.)将将指定定的路径径返回到到

19、一个字字符串变变量。MATLAB软软件_续22浏览或改改变MATLAB目目录的搜搜寻路径径_续举例:pathMATLABPATHd:matlab5toolboxmatlabgenerald:matlab5toolboxmatlabopsd:matlab5toolboxsimulinkdeed:matlab5toolboxlocal查询某一一命令是是在搜寻寻路径的的何处，用which命令：which testc:datamlbooktest.m将c:datamlbook加加入MATLAB的搜搜寻路径径，用pathpath(path,c:datamlbook)MATLAB软软件_续23(7)资资料

20、的储储存与载载入_续1)将将计算所所得的储储存倒文文件的命命令savesave将将工作作空间的的所有变变量储存存到名为为matlab.mat的二二进制文文件。save filename将将工工作空间间的所有有变量储储存到名名为filename.mat的二二进制文文件。save filename xyz将将变量量x、y、z储储存到名名为filename.mat的二二进制文文件。save filename xascii将将变变量x以以八位数数存到名名为filename的ASCII文件。save filename x-ascii double将将变量量x以十十六位数数存到名名为filename的AS

21、CII文件。注意:命令后后不加任任何选项项时，save会将变变量以二二进制（Binary）的方方式储存存至扩展展名为mat的的文件；另另一个选选项是-tab，可将将同一列列相邻的的数目以以定位键键（tab）隔隔开。MATLAB软软件_续24将计算所所得的储储存倒文文件的命命令save_续举例：who列列出工工作空间间的变量量Your variablesare:B hjyansix zsavetestB y将将变变数B与与y储存存至test.matdir列列出现在在目录中中的文件件. 2plotxy.doc fact.msimulink.doctest.m $1basic.doc.3plotxy

22、z.docfirst.doc temp.doc test.mat1basic.doc book.dot go.mtemplate.doc testfile.datdeletetest.mat删删除除test.matMATLAB软软件_续252)将文文件载入入储存得得变量命命令loadload filename寻寻找名称称为filename.mat的文文件，并并以二进进制格式式载入。若找不不到filename.mat，则则寻找名名称为filename的文文件，并并以ASCII格式载载入。load filename ascii寻寻找名称称为filename的文件件，并以以ASCII格格式载入入。若

23、以以ASCII格格式载入入，则变变量名称称即为文文件名称称（但不不包含扩扩展名）。若以以二进制制载入，则可保保留原有有的变量量名称。举例：clearall;%清清除工作作空间中中的变数数x =1:10;savetestfile.dat x-ascii%将将x以ASCII格式式存至testfile.dat文文件loadtestfile.dat% 载入入testfile.datwho%列列出工作作空间中中的变量量Your variablesare:testfilex注意：上上述过程程由于是是以ASCII格式储储存与载载入，所所以产生生了一个个与文件件名称相相同的变变量testfile，此变变量的值

24、值和原变变量x完完全相同同。MATLAB软软件_续26(8)基基本xy平面绘绘图命令令1)length获获得得一组数数的个数数或一个个向量的的长度x=ones(1,8);n=length(x)2)linspace产产生线线性间隔隔向量y =linspace(a,b)在在a,b之之间产生生一组100点点的线性性间隔的的行向量量。generatesa rowvectoryof100points linearly spacedbetween andincludingaandb.y =linspace(a,b,n)在在a,b之之间产生生一组n点的线线性间隔隔的行向向量。generatesarowvec

25、tor yofnpointslinearlyspaced betweenand includinga andb.举例：t=linspace(0.005,0.005*length(y1), length(y1);MATLAB软软件_续27基本xy平面绘绘图命令令_续3）plot绘绘制制一维曲曲线的基基本函数数，使用用此函数数之前，需先定定义曲线线上每一一点的x及y座座标。举例:画画出一条条正弦曲曲线close all;x=linspace(0,2*pi,100);% 1产产生00个点的的x座标标y=sin(x);%生成成对应的的y座标标plot(x,y);关于MATLAB基本本绘图函函数的应应用

26、说明明 :绘图刻度度plot:x轴和y轴均为为线性刻刻度（Linearscale）loglog: x轴轴和y轴轴均为对对数刻度度（Logarithmic scale）semilogx:x轴为为对数刻刻度，y轴为线线性刻度度semilogy:x轴为为线性刻刻度，y轴为对对数刻度度MATLAB软软件_续28关于MATLAB基本本绘图函函数的应应用说明明_续画出多条条曲线，只需将将座标对对依次放放入plot函函数plot(x, sin(x),x,cos(x);若要改变变颜色，在座标标对後面面加上相相关字串串plot(x, sin(x),c,x,cos(x), g);若要同时时改变颜颜色及图图线型态态

27、（Linestyle），也是是在座标标对後面面加上相相关字串串plot(x, sin(x),co,x,cos(x),g*);MATLAB软软件_续29关于MATLAB基本本绘图函函数的应应用说明明_续plot绘图函函数的叁叁数说明明在用plot(a,b,s)绘图时时，可以以使用各各类线型型、图符符、颜色色，这里里s是由由下表中中的任一一元素或或3列中中所有元元素组合合的字符符串。MATLAB软软件_续304)将将一图形形窗口划划分为多多个显示示区，使使之同时时画出数数个小图图形於同同一个视视窗之中中。subplot(m,n,p)实现功能能：将图图形窗口口划分为为mn矩阵的的显示区区，同时时激活

28、第第p个显显示区。举例：subplot(2,2,1);plot(x,sin(x);subplot(2,2,2);plot(x,cos(x);subplot(2,2,3);plot(x,sinh(x);subplot(2,2,4);plot(x,cosh(x);MATLAB软软件_续315)其其他各种种二维绘绘图函数数bar长长条条图errorbar图图形加加上误差差范围fplot较较精确确的函数数图形polar极极座标标图hist累累计图rose极极座标累累计图stairs阶阶梯梯图stem针针状图fill实实心图二、图形形信号的的处理程程序介绍绍1.峰峰值程序序fori=1:length(u

29、)ifu(i)=max(u)m=i;breakendendp_h=h(m)处理程序序_续1求起点和和终点的的程序%judge_startfori=5:(length(y2_7s)-5)ify2_7s(i-4)=0&y2_7s(i-3)=0&y2_7s(i-2)=0&y2_7s(i-1)0&y2_7s(i+1)0&y2_7s(i+2)0&y2_7s(i+3)0&y2_7s(i+4)0y2_7s(i+5)0k=ibreakendend%judge_endfori=1:(length(y2_7s)-6)ify2_7s(i)0&y2_7s(i+1)=0&y2_7s(i+2)=0&y2_7s(i+3)=

30、0&y2_7s(i+4)=0&y2_7s(i+5)=0&y2_7s(i+6)judge_startjudge_endu=y2_7s(k:j);%宫缩缩单波数数据h=y1(k:j);%对应应单波宫宫缩的心心率数据据t0=(length(u)-1)*0.005;处理程序序_续33.面面积程程序t=linspace(0.005,0.005*length(h),length(h);subplot(2,1,1),plot(t,h);%心率-时间图图;subplot(2,1,2),plot(t,u);%宫宫缩-时时间图;area=0.005*sum(u)*15./1024%计计算面面积三、临床床电生理理数

31、据分分析实验验模拟软软件介绍绍1.实验验模拟软软件简介介临床电生生理数据据分析实实验模拟拟软件Med.exe是用于于对临床床功能类类的信号号进行初初步分析析的软件件，该软软件是用用Visual Basic程序语语言来编编写的。目前具具有如下下功能：（1）可可以浏览览医学仪仪器采集集的电生生理信号号数据，人工干干预信号号截取，并以二二进制格格式和文文本格式式来保存存截取的的信号数数据；（2）可可以利用用面板按按扭工具具，对胎胎心率信信号、孕孕妇的宫宫缩信号号进行人人工干预预的信号号处理和和分析，包括：奇异点点处理，平均心心率、瞬瞬时心率率、宫缩缩峰值、宫缩时时距和宫宫缩面积积的计算算；（3）可可

32、以进行行信号数数字平滑滑滤波、基线调调整、自自动计算算部分时时域参数数。2.软软件的使使用说明明实验模拟拟软件介介绍_续1（1）原原始采样样数据回回显“临床床信号截截取”“选取取数据源源位置”确定定位置后后，单击击OK在输入入病历号号的输入入框内输输入：A0012在选择择文件框框内选择择项目：R0012A_5单击开始单击击回放放（2）进进行人工工干预操操作在需要要截波或或人工分分析时，单击冻结截取波波形，计计算时距距、面积积和平均均心率，或去除除奇异项项时，要要用鼠标标在视图图浏览区区内拖出出选区，然后分分别单击击相应的的操作按按钮注意：如要取取消选区区，可以以单击浏浏览视图图的任意意位置即即

33、可。计算峰峰值或瞬瞬时心率率时，按按着Alt键，然然后单击击曲线的的选取点点，接着着单击相相应的操操作按钮钮（3）结结束软件件使用单击窗口口的关闭闭按钮。四、实验验1均值值计算2.时时距计算算3.峰峰值计算算4.面面积计算算5.作作图平均值：平均幅值值：实验_续11.MatLab实实验内容容的介绍绍（1）利利用matlab计算算宫缩的的峰值、宫缩时时的平均均心率，以及宫宫缩峰值值对应的的顺时心心率、计计算宫缩缩波的面面积、宫宫缩持续续时间实验步骤骤启动matlab；增加路路径：path(path,D:matlab_dat)导入数数据clear all;%清除变变量心率：y1=load(r001

34、2A0h.txt);宫缩：y2=load(r0012a0u.txt);曲线作作图建立XY坐标轴轴与绘图图时间数数组点t=linspace(0.005,0.005*length(y1),length(y1);绘制心率率与宫缩缩图subplot(2,1,1),plot(t,y1);%心心率-时时间图;subplot(2,1,2),plot(t,y2);%宫宫缩-时间图图；实验_续2宫缩局部部加权平平滑滤波波(七点点平滑)n=length(y2)fori=4:n-3y2_7s(i)=(-2*y2(i-3)+3*y2(i-2)+6*y2(i-1)+7*y2(i)-2*y2(i+3)+3*y2(i+2)+6*y2(i+1)/21;end;y2_7s(12 3n-2 n-1n)=y2(1) y2(2) y2(3) y2(n-2)y2(n-1)y2(n)再次绘制制心率与与宫缩图图，观察察曲线变变化的情情况subplot(2,1,1),plot(t,y1);%心心率-时时间图;subplot(2,1,2),plot(t,y2_7s);%宫宫缩-时间