基于Matlab GUI的医学图像处理课程虚拟实验平台设计.pdf

基于MatlabGUI的医学图像处理课程虚拟
实验平台设计

医学图像处理是图像处理技术应用到医学领域所产生的交叉

学科，具有很强的理论性和实践性，也具有学问面广、理论难度大、

试验内容深的特点[1]。在医学院校开设医学图像处理课程，不仅教授

医同学医学图像处理的基本原理、方法及编程技术等，更重要的是培

育医同学应用所学学问的力量。

医学图像处理教学需要课堂教授，更需要加强实践性教学环节

[2-3]，但由于课时和试验条件的限制，传统授课有时难以达到教学要

求，而虚拟试验则可弥补这方面的局限[4]：通过将Matlab仿真技术

与GUI界面设计引入到教学中，开发可视化的医学图像处理虚拟试验

平台，既取得抱负的教学效果，也可培育医同学的自主学习力量、独

立思索力量和综合应用力量[5]。医同学通过图像处理仿真熟识各种医

学图像处理方法的原理，并通过调整参数，了解参数变化对医学图像

处理效果的影响。

1试验平台的结构

医学图像处理虚拟试验平台的设计思想是结合医学图像处理

的基本理论，通过虚拟试验的方法强化医学图像处理的基本思想与核

心概念，为医同学的理解和应用供应关心[6]。

通过GUI界面，医同学可选择任意感爱好的项目或老师指定的

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项目进行仿真试验[7]。试验平台还供应医学图像处理相关课件、图像

处理Matlab编程的教学视频、仿真试验指导书、拓展试验题等资料，

医同学可利用GUI界面随时调入进行自学。

同时，试验平台还供应脑肿瘤fmri处理示例，此示例选取于

临床影像三维显示的实际应用，关心医同学了解如何将自己所学的图

像处理学问应用到工作实践中，从而提高医同学的综合素养。

依据教学方案的要求，医学图像处理虚拟试验平台包含医学图

像处理教学内容中全部典型的试验项目，详细内容如下：

（1）图像插值试验。主要分析最近邻插值（Nearest

Interpolation）、双线性插值（BilinearInterpolation）和双三次插值

（BicubicInterpolation）的原理[8]和Matlab编码。

（2）图像锐化试验。主要分析Roberts算子、Prewitt算子和

Sobel算子的原理和Matlab编码，并且比较每种边缘检测算法对应的

6个结果，包括原图、直接梯度输出图像、门槛推断图像、边缘规定

图像、背景规定图像和二值图像。

（3）图像去噪试验。主要分析均值滤波、中值滤波、维纳滤

波等图像平滑处理算法[9]的原理和Matlab编码。

（4）图像融合试验。主要分析像素灰度值极大/微小融合法、

加权平均融合法、傅里叶变换法的原理[10]和Matlab编码。

（5）图像分割试验。主要分析全局阈值法、大津阈值法、迭

代法、最大熵分割法和局部阈值法等图像分割方法[11]的原理和

Matlab编码。

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（6）头动校正试验。主要讨论投影法[12]配准技术的原理与

Matlab编码，并且展现投影法头动校正后的效果。

（7）三维可视化试验。主要讨论基于体绘制的三维重建算法

[13]原理与Matlab编码。

例如，在图像去噪试验中，加入噪声的参数可由用户自己输入。

针对噪声图像，医同学可以选用不同的平滑算法，自行设置模板参数，

进行图像去噪处理。通过观看加噪效果及比较各种平滑处理算法处理

后的结果，医同学对平滑算法处理的针对性、参数取值范围和试验结

果都会比较熟识，从而达到教学目的（详细操作过程见第3部分）。

2试验平台的设计

使用Matlab图形用户界面开发环境（MatlabGraphicalUser

InterfaceDevelopmentEnvironment，GUIDE）创建GUI图形界面是常

用创建MatlabGUI的方法，该方法简洁易学，能便利实现图形控件的

各种功能。医学图像处理虚拟试验平台的GUI界面主要包括虚拟试验

平台主界面、课件界面、试验名称界面、各试验项目界面、教学视频

界面、脑肿瘤fmri处理示例界面等。

医学图像处理虚拟试验平台主界面的主要控件为7个按钮

（PushButton）。按钮有多个功能，如函数的调入、界面之间的跳转

等。将所需控件移入GUI界面，再对各控件根据程序要求进行属性编

辑，修改完成后，点击GUI界面工具栏中的运行按钮，即可运行设计

完成的GUI界面，Matlab系统会自动生成相应的M文件。

设计试验平台时，考虑到医学图像处理的理论学问较多，同时

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考虑到医同学自学的要求，将课件与教学视频根据由易到难的挨次排

列。根据教学要求，设置7项医学图像处理试验，而每个试验都有试

验目的、试验原理、试验内容、试验结果与分析等项目，因此设置成

试验目的、