醫(yī)學圖形圖像處理識別技術與醫(yī)學信息分析.ppt

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醫(yī)學圖形圖像處理識別技術與醫(yī)學信息分析 目錄內(nèi)容 序醫(yī)學信息學簡述第一講醫(yī)學信號處理概述第二講醫(yī)學圖形信號的采集 存儲與處理第三講Mathlab與圖形信號的處理識別第四講醫(yī)學圖像信號的采集 存儲格式 處理方法第五講Mathlab Vtk Mtk與醫(yī)學圖像的處理第六講醫(yī)學信息挖掘第七講用于教學的醫(yī)學圖片處理技術 作業(yè) 第三講Mathlab與圖形信號的處理識別 MATLAB軟件的使用介紹圖形信號的處理與識別程序介紹臨床電生理數(shù)據(jù)分析實驗模擬軟件介紹實驗 一 MATLAB軟件的使用介紹 1 MATLAB的簡介 1 MATLAB 高級交互式軟件包 2 MATLAB典型應用數(shù)學計算算法推導建模和仿真模擬數(shù)據(jù)分析和結果的可視化工程圖形繪制應用程序開發(fā) 包括用戶圖形界面的建立 3 MATLAB產(chǎn)生的歷史背景調(diào)用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序庫 EISPACK和LINPACK的接口程序 MATLAB 發(fā)展成為適合多學科 多種工作平臺的功能強大的大型軟件 美國MathWorks公司設計的 科學和工程計算的高級交互式軟件包 CleveMoler NewMexico JohnLittle MATLAB軟件 續(xù)1 3 MATLAB的語言特點語言簡潔緊湊 使用方便靈活 庫函數(shù)極其豐富 運算符豐富 MATLAB既具有結構化的控制語句 又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦?程序限制不嚴格 程序設計自由度大 程序的可移植性很好 基本上不做修改就可以在各種型號的計算機和操作系統(tǒng)上運行 MATLAB的圖形功能強大 MATLAB的缺點是程序的執(zhí)行速度較慢 功能強大的工具箱 源程序的開放性 如 解方程組Ax b x A b MATLAB軟件 續(xù)2 2 MATLA的安裝進入MATLAB軟件安裝程序目錄 然后單擊 Setup 程序 在安裝程序的引導下 逐步完成以下操作 1 選擇 Install 安裝或 Updatelicense 升級許可證 單擊 Next 然后輸入姓名 公司與序列號 單擊 Next 2 選擇接受許可證協(xié)議 單擊 Yes 單擊 Next 然后選擇 Typical 典型安裝 單擊 Next 3 選擇或輸入安裝目的路徑 單擊 Next 后單擊 Yes 4 單擊 Install 系統(tǒng)開始安裝 MATLAB軟件 續(xù)3 5 在提示插入第2張CD時 插入CD2 然后單擊 OK 接著在文件擴展名警示對話框內(nèi)單擊 Yestoall 6 單擊 Next 接著單擊 Finish 7 如果在單擊 Finish 按鈕之前 選擇了 Start 選項 則此時進入MATLAB工作環(huán)境 MATLAB軟件 續(xù)4 3 MATLAB啟動與退出啟動MATLAB 進入MATLAB工作環(huán)境 啟動MATLAB MATLAB軟件 續(xù)5 結束MATLAB 退出MATLAB工作環(huán)境鍵入exit鍵入quit直接關閉MATLAB的命令視窗 退出MATLAB MATLAB軟件 續(xù)6 1 4 MATLAB變量與基本輸入輸出變量命名的規(guī)則 第一個字母必須是英文字母 字母間不可留空格 最多只能有19個字母 MATLAB會忽略多余字母 變量定義與輸入輸出向量與標量矩陣 行和列組成的數(shù)據(jù)表行向量 矩陣只有一行時 稱為行向量 列向量 矩陣只有一列時 稱為列向量 標量 矩陣只有1個元素時 稱為標量 MATLAB軟件 續(xù)6 2 變量定義var expt expt可以是數(shù)字 變量 操作符和函數(shù)等組成 例如 X 7A 123 456 789 B 11121314 C 21 22 23 24 D X B注意 用方括號 確定的范圍內(nèi)逐行給定元素 相同行元素由空格 或逗號 分隔 不同行數(shù)據(jù)由分號 或回車鍵分隔 語句結尾沒有分號的命令在屏幕顯示結果 有分號的命令只執(zhí)行而不顯示 MATLAB軟件 續(xù)7 5 MATLAB常用命令 1 MATLAB常用的基本數(shù)學函數(shù)abs x 純量的絕對值或向量的長度sqrt x 開平方round x 四舍五入至最近整數(shù)fix x 無論正負 舍去小數(shù)至最近整數(shù)sign x 符號函數(shù) Signumfunction exp x 自然指數(shù)pow2 x 2的指數(shù)log x 以e為底的對數(shù)log10 x 以10為底的對數(shù) 舉例 4x2 58x 89 0 a 4 b 58 c 89 MATLAB軟件 續(xù)8 2 適用于向量的常用函數(shù)min x 向量x的元素的最小值max x 向量x的元素的最大值mean x 向量x的元素的平均值median x 向量x的元素的中位數(shù)std x 向量x的元素的標準差diff x 向量x的相鄰元素的差sort x 對向量x的元素進行排序 Sorting length x 向量x的元素個數(shù)sum x 向量x的元素總和 舉例 對130名正常成年男子紅細胞數(shù) RBC 萬 mm 的數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計 x zeros 130 1 平均 中位數(shù) 眾數(shù) 標準差 MATLAB軟件 續(xù)9 適用于向量的常用函數(shù) 續(xù)prod x 向量x的元素總乘積cumsum x 向量x的累計元素總和cumprod x 向量x的累計元素總乘積dot x y 向量x和y的內(nèi)積cross x y 向量x和y的外積 MATLAB軟件 續(xù)10 一些常用的操作函數(shù)format語句是控制輸出的顯示格式 句法如下 format設置默認顯示格式5位的定點數(shù)formattype設置按指定的type格式輸出顯示 例如 formatratRatioofsmallintegersformat type 與上面語句一樣 但以函數(shù)形式出現(xiàn)disp x 顯示矩陣函數(shù) 注釋語句zeros ones預先定義矩陣的大小 例如 h zeros 6 生成6 6的0矩陣 MATLAB軟件 續(xù)11 3 重復命令1 for循環(huán) for loop 其基本形式為 for變量 矩陣 運算式 end變量值會被依次設定為矩陣的每一行 來執(zhí)行for和end之間的運算式 因此 若中斷情況 運算式執(zhí)行的次數(shù)等于矩陣的行數(shù) 其中 是終結內(nèi)語句的可抑制的重復顯示 舉例 產(chǎn)生一個長度為6的調(diào)和數(shù)列x zeros 1 6 x是一個1 6的矩陣fori 1 6 x i 1 i end MATLAB軟件 續(xù)12 2 while循環(huán) 其基本形式為 while條件式 運算式 End實現(xiàn)功能 只要條件成立 就會一再執(zhí)行運算式 舉例 用while循環(huán)產(chǎn)生一個長度為6的調(diào)和數(shù)列x zeros 1 6 x是一個1 6的零矩陣i 1 whilei 6 x i 1 i i i 1 endformatshort MATLAB軟件 續(xù)13 4 邏輯命令if end 其基本形式為 if條件式 運算式 end實現(xiàn)功能 條件成立 執(zhí)行運算式 舉例 產(chǎn)生一個隨機數(shù)ifrand 1 1 0 5disp Givenrandomnumberisgreaterthan0 5 elsedisp Givenrandomnumberislessthan0 5 end MATLAB軟件 續(xù)14 5 將多個命令寫入一個M文件若要一次執(zhí)行大量的MATLAB命令 可將這些命令存于一個文件類型為m的文件中 并在MATLAB提示號下鍵入此文件名即可執(zhí)行 包含MATLAB命令的文件以m為擴展名 通稱M文件 M files 舉例 名為test m的M文件有以下內(nèi)容 ThisismyfirsttestM file RogerJang March3 1997fprintf Startoftest m n fori 1 3 fprintf i d i 3 d n i i 3 endfprintf Endoftest m n MATLAB軟件 續(xù)15 建立test m的M文件進入MATLAB編輯器File New M File在編輯器內(nèi)輸入以下內(nèi)容 ThisismyfirsttestM file RogerJang March3 1997fprintf Startoftest m n fori 1 3 fprintf i d i 3 d n i i 3 endfprintf Endoftest m n 保存文件到指定或默認的目錄下File Save 輸入文件名 test m MATLAB軟件 續(xù)16 執(zhí)行文件 test m 進入文件所在目錄或查看文件 CD dir執(zhí)行test m testStartoftest m i 1 i 3 1i 2 i 3 8i 3 i 3 27Endoftest m MATLAB軟件 續(xù)17 注意 M檔案可分為命令集 Scripts 及函數(shù) Functions 前述的test m即為命令集 其效用和將命令逐一輸入完全一樣 因此在命令集直接使用工作空間的變量 則在命令集中設定的變量 可在工作空間中看得到 函數(shù)則需要用到輸入?yún)?shù) Inputarguments 和輸出參數(shù) Outputarguments 來傳遞資訊 例如 計算一個正整數(shù)的階乘 Factorial 可以寫一個如下的MATLAB函數(shù)并將之存檔于fact m functionoutput fact n FACTCalculatefactorialofagivenpositiveinteger output 1 fori 1 n output output i end其中fact是函數(shù)名 n是輸入?yún)?shù) output是輸出參數(shù) 而i則是此函數(shù)用到的暫時變量 MATLAB軟件 續(xù)18 要使用此函數(shù) 直接鍵入函數(shù)名及適當輸入?yún)?shù)值即可 y fact 5 y 120注意 在執(zhí)行fact之前 你必須先進入fact m所在的目錄 在執(zhí)行fact 5 時 MATLAB會進入一個下層的暫時工作空間 Temperaryworkspace 將變量n的值設定為5 然后進行各項函數(shù)的內(nèi)部運算 所有內(nèi)部運算所產(chǎn)生的變量都存在此暫時工作空間中 運算完畢后 MATLAB會將最后輸出參數(shù)output的值設定給上層的變量y 并將清除此暫時工作空間及其所含的所有變量 MATLAB軟件 續(xù)19 6 MATLAB的文件 目錄等操作指令顯示當前目錄pwd顯示當前工作目錄s pwd將當前工作目錄賦予變量s改變工作目錄cd顯示當前工作目錄w cd將當前工作目錄賦予wcd directory 設置當前工作目錄為directory指定的目錄cd 將當前工作目錄改為它的上級目錄cddirectoryorcd 與上面兩條指令等同 MATLAB軟件 續(xù)20 MATLAB的文件 目錄等操作指令 續(xù)顯示目錄列表dir列示當前工作目錄的文件dirname列示指定的文件files dir directory 將指定目錄的文件列表信息返回到files中 例如 afiles dir d work afiles 3 name afiles 3 date顯示文件內(nèi)容type filename typefilenamefilename是要被顯示的文件的路徑和名字 MATLAB軟件 續(xù)21 MATLAB的文件 目錄等操作指令 續(xù)瀏覽或改變MATLAB目錄的搜尋路徑path顯示當前MATLAB搜索路徑 初始搜索路徑由toolbox local pathdef m文件定義的 path newpath 將搜索路徑改變?yōu)橐粋€新路徑 這里新路徑是一個目錄的字符串數(shù)組 path path newpath 將一個新路徑增加到當前的搜索路徑后 path newpath path 將一個新路徑加到當前的搜索路徑前 p path 將指定的路徑返回到一個字符串變量 MATLAB軟件 續(xù)22 瀏覽或改變MATLAB目錄的搜尋路徑 續(xù)舉例 pathMATLABPATHd matlab5 toolbox matlab generald matlab5 toolbox matlab ops d matlab5 toolbox simulink deed matlab5 toolbox local查詢某一命令是在搜尋路徑的何處 用which命令 whichtestc data mlbook test m將c data mlbook加入MATLAB的搜尋路徑 用path path path c data mlbook MATLAB軟件 續(xù)23 7 資料的儲存與載入 續(xù)1 將計算所得的儲存倒文件的命令savesave將工作空間的所有變量儲存到名為matlab mat的二進制文件 savefilename將工作空間的所有變量儲存到名為filename mat的二進制文件 savefilenamexyz將變量x y z儲存到名為filename mat的二進制文件 savefilenamex ascii將變量x以八位數(shù)存到名為filename的ASCII文件 savefilenamex ascii double將變量x以十六位數(shù)存到名為filename的ASCII文件 注意 命令后不加任何選項時 save會將變量以二進制 Binary 的方式儲存至擴展名為mat的文件 另一個選項是 tab 可將同一列相鄰的數(shù)目以定位鍵 tab 隔開 MATLAB軟件 續(xù)24 將計算所得的儲存倒文件的命令save 續(xù)舉例 who列出工作空間的變量Yourvariablesare Bhjyansixz savetestBy將變數(shù)B與y儲存至test mat dir列出現(xiàn)在目錄中的文件 2plotxy docfact msimulink doctest m 1basic doc 3plotxyz docfirst doctemp doctest mat1basic docbook dotgo mtemplate doctestfile dat deletetest mat刪除test mat MATLAB軟件 續(xù)25 2 將文件載入儲存得變量命令loadloadfilename尋找名稱為filename mat的文件 并以二進制格式載入 若找不到filename mat 則尋找名稱為filename的文件 并以ASCII格式載入 loadfilename ascii尋找名稱為filename的文件 并以ASCII格式載入 若以ASCII格式載入 則變量名稱即為文件名稱 但不包含擴展名 若以二進制載入 則可保留原有的變量名稱 舉例 clearall 清除工作空間中的變數(shù) x 1 10 savetestfile datx ascii 將x以ASCII格式存至testfile dat文件 loadtestfile dat 載入testfile dat who 列出工作空間中的變量Yourvariablesare testfilex注意 上述過程由于是以ASCII格式儲存與載入 所以產(chǎn)生了一個與文件名稱相同的變量testfile 此變量的值和原變量x完全相同 MATLAB軟件 續(xù)26 8 基本xy平面繪圖命令1 length獲得一組數(shù)的個數(shù)或一個向量的長度 x ones 1 8 n length x 2 linspace產(chǎn)生線性間隔向量y linspace a b 在 a b 之間產(chǎn)生一組100點的線性間隔的行向量 generatesarowvectoryof100pointslinearlyspacedbetweenandincludingaandb y linspace a b n 在 a b 之間產(chǎn)生一組n點的線性間隔的行向量 generatesarowvectoryofnpointslinearlyspacedbetweenandincludingaandb 舉例 t linspace 0 005 0 005 length y1 length y1 MATLAB軟件 續(xù)27 基本xy平面繪圖命令 續(xù)3 plot繪制一維曲線的基本函數(shù) 使用此函數(shù)之前 需先定義曲線上每一點的x及y座標 舉例 畫出一條正弦曲線 closeall x linspace 0 2 pi 100 1產(chǎn)生00個點的x座標 y sin x 生成對應的y座標 plot x y 關于MATLAB基本繪圖函數(shù)的應用說明 繪圖刻度plot x軸和y軸均為線性刻度 Linearscale loglog x軸和y軸均為對數(shù)刻度 Logarithmicscale semilogx x軸為對數(shù)刻度 y軸為線性刻度semilogy x軸為線性刻度 y軸為對數(shù)刻度 MATLAB軟件 續(xù)28 關于MATLAB基本繪圖函數(shù)的應用說明 續(xù)畫出多條曲線 只需將座標對依次放入plot函數(shù)plot x sin x x cos x 若要改變顏色 在座標對後面加上相關字串plot x sin x c x cos x g 若要同時改變顏色及圖線型態(tài) Linestyle 也是在座標對後面加上相關字串plot x sin x co x cos x g MATLAB軟件 續(xù)29 關于MATLAB基本繪圖函數(shù)的應用說明 續(xù)plot繪圖函數(shù)的叁數(shù)說明在用plot a b s 繪圖時 可以使用各類線型 圖符 顏色 這里s是由下表中的任一元素或3列中所有元素組合的字符串 MATLAB軟件 續(xù)30 4 將一圖形窗口劃分為多個顯示區(qū) 使之同時畫出數(shù)個小圖形於同一個視窗之中 subplot m n p 實現(xiàn)功能 將圖形窗口劃分為m n矩陣的顯示區(qū) 同時激活第p個顯示區(qū) 舉例 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軟件 續(xù)31 5 其他各種二維繪圖函數(shù)bar長條圖errorbar圖形加上誤差范圍fplot較精確的函數(shù)圖形polar極座標圖hist累計圖rose極座標累計圖stairs階梯圖stem針狀圖fill實心圖 二 圖形信號的處理程序介紹 1 峰值程序fori 1 length u ifu i max u m i breakendendp h h m 處理程序 續(xù)1 求起點和終點的程序 judge startfori 5 length y2 7s 5 ify2 7s i 4 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 0 y2 7s i 4 0 y2 7s i 5 0 y2 7s i 6 0j ibreakendend 處理程序 續(xù)2 2 時距程序 judge start judge end u y2 7s k j 宮縮單波數(shù)據(jù) h y1 k j 對應單波宮縮的心率數(shù)據(jù) t0 length u 1 0 005 處理程序 續(xù)3 3 面積程序 t linspace 0 005 0 005 length h length h subplot 2 1 1 plot t h 心率 時間圖 subplot 2 1 2 plot t u 宮縮 時間圖 area 0 005 sum u 15 1024 計算面積 三 臨床電生理數(shù)據(jù)分析實驗模擬軟件介紹 1 實驗模擬軟件簡介臨床電生理數(shù)據(jù)分析實驗模擬軟件Med exe是用于對臨床功能類的信號進行初步分析的軟件 該軟件是用VisualBasic程序語言來編寫的 目前具有如下功能 1 可以瀏覽醫(yī)學儀器采集的電生理信號數(shù)據(jù) 人工干預信號截取 并以二進制格式和文本格式來保存截取的信號數(shù)據(jù) 2 可以利用面板按扭工具 對胎心率信號 孕婦的宮縮信號進行人工干預的信號處理和分析 包括 奇異點處理 平均心率 瞬時心率 宮縮峰值 宮縮時距和宮縮面積的計算 3 可以進行信號數(shù)字平滑濾波 基線調(diào)整 自動計算部分時域參數(shù) 2 軟件的使用說明 實驗模擬軟件介紹 續(xù)1 1 原始采樣數(shù)據(jù)回顯 臨床信號截取 選取數(shù)據(jù)源位置 確定位置后 單擊 OK 在輸入病歷號的輸入框內(nèi)輸入 A0012 在選擇文件框內(nèi)選擇項目 R0012A 5 單擊 開始 單擊 回放 2 進行人工干預操作 在需要截波或人工分析時 單擊 凍結 截取波形 計算時距 面積和平均心率 或去除奇異項時 要用鼠標在視圖瀏覽區(qū)內(nèi)拖出選區(qū) 然后分別單擊相應的操作按鈕注意 如要取消選區(qū) 可以單擊瀏覽視圖的任意位置即可 計算峰值或瞬時心率時 按著 Alt 鍵 然后單擊曲線的選取點 接著單擊相應的操作按鈕 3 結束軟件使用單擊窗口的關閉按鈕 四 實驗 1 均值計算2 時距計算3 峰值計算4 面積計算5 作圖 平均值 平均幅值 實驗 續(xù)1 1 MatLab實驗內(nèi)容的介紹 1 利用matlab計算宮縮的峰值 宮縮時的平均心率 以及宮縮峰值對應的順時心率 計算宮縮波的面積 宮縮持續(xù)時間實驗步驟 啟動matlab 增加路徑 path path D matlab dat 導入數(shù)據(jù) clearall 清除變量心率 y1 load r0012A0h txt 宮縮 y2 load r0012a0u txt 曲線作圖建立XY坐標軸與繪圖時間數(shù)組點 t linspace 0 005 0 005 length y1 length y1 繪制心率與宮縮圖 subplot 2 1 1 plot t y1 心率 時間圖 subplot 2 1 2 plot t y2 宮縮 時間圖 實驗 續(xù)2 宮縮局部加權平滑濾波 七點平滑 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 123n 2n 1n y2 1 y2 2 y2 3 y2 n 2 y2 n 1 y2 n 再次繪制心率與宮縮圖 觀察曲線變化的情況 subplot 2 1 1 plot t y1 心率 時間圖 subplot 2 1 2 plot t y2 7s 宮縮 時間圖 判斷宮縮波的起始 終止點 judge start judge end 運行文件judge start mj和judge end mk 取宮縮單波數(shù)據(jù)以及對應單波宮縮的心率數(shù)據(jù) u y2 7s k j h y1 k j 實驗 續(xù)3 計算宮縮峰值 Pu max u 建立時間坐標 t linspace 0 005 0 005 length h length h subplot 2 1 1 plot t h 心率 時間圖 subplot 2 1 2 plot t u 宮縮 時間圖 計算宮縮面積 area 0 005 sum u 15 1024 計算對應的平均心率 mean p sum h length h 判斷宮縮最強時對應的瞬時心率 p h 宮縮最強時的瞬時心率用p h表示 運行文件p h m計算持續(xù)時間 t0 length u 1 0 005 實驗 續(xù)4 2 單擊MATLAB程序窗口左邊窗格的Workspace 工作空間 卡片 瀏覽該卡片窗格內(nèi)的所有變量 并執(zhí)行以下命令 clearall然后再瀏覽該卡片窗格內(nèi)的所有變量 你有何結論 3 建立M 文件 輸入以下內(nèi)容 保存為 original dat m 文件 并執(zhí)行該M 文件 觀察其與前面單步執(zhí)行的結果是否一致 給出你的結論 path path D matlab dat y1 load r0012A0h txt y2 load r0012a0u txt t linspace 0 005 0 005 length y1 length y1 subplot 2 1 1 plot t y1 subplot 2 1 2 plot t y2 實驗 續(xù)5 2 Med exe實驗內(nèi)容的簡要介紹 1 啟動臨床電生理數(shù)據(jù)分析實驗模擬軟件 2 在輸入病歷號的輸入框內(nèi)輸入 A0012 3 在選擇文件框內(nèi)選擇項目 R0012A 5 4 對回放的第一個宮縮波曲線對應的心率曲線去除奇異點 然后通過菜單命令 保存截取波形數(shù)據(jù) 將數(shù)據(jù)保存為txt類型文件 記下你在保存文件提示輸入的序號n 保存后你的文件的名字應為R0012Anh txt和R0012Anh txt 5 再對上述選定區(qū)域的數(shù)據(jù)求取平均心率 時距 面積 然后人工選取峰值點 計算峰值和瞬時心率 6 嘗試進入MATLAB 對上面截取的數(shù)據(jù)文件重復上面實驗一的操作 比較其結果