淺談醫學影像數據庫的圖像檢索技術應用

易龍

【摘要】：理想的圖像檢索應該是既自動提取關鍵詞又涉及底層的基于內容的檢索。對于醫學圖像的檢索，不僅要考慮到圖像本身的內容，而且還涉及到圖像相關的其他醫學信息，例如意識診斷報告的文本。隨著圖像處理技術和數據庫技術的不斷發展，醫學信息檢索技術和高級語義檢索技術必然要在基于內容的醫學圖像檢索中起到舉足輕重的作用，這正是今后發展的必然方向，也是醫學數據庫真正廣泛應用的必由之路。

【關鍵詞】：醫學影像數據庫；圖像檢索技術

前言：隨著信息技術的迅猛發展，如何利用先進的通信技術和計算機技術，為人們提供全方位的醫療保健服務，已經成為醫療和信息領域共同關注的熱點，這個交叉領域涉及的內容非常廣泛，包括遠程健康咨詢、電子預約門診、遠程醫學教育、遠程放射成像和遠程手術等。其關鍵技術圍繞著醫學資料的電子化存儲、輔助診斷、管理及網絡信息共享這幾個方面。

1. 醫學影像數據庫簡介

在醫學信息的管理中，醫學影像作為一種最為重要的媒體形式，其表達、處理及管理有其特定的方法和特性，這有更大的難度。醫學影像數據的管理和操縱技術，有別于其他圖像數據。例如，其數據的器官結構形狀、生物紋理特征、醫學領域的相關知識和臨床醫學對形象信息的需求等。建立醫學影像數據庫，可以借助現有的圖像數據庫和工程數據庫的研究基礎，也必須充分利用醫學數據的相關知識。在此基礎上，綜合利用生物醫學工程等多學科的新技術新方法，提供醫學影像數據的集成管理，它將使病情診斷、手術計劃與導航、遠程診療、多媒體教學等系統的核心和基礎，對診斷、治療、教學起到十分重要的作用。醫學影像的處理技術和醫學影像數據庫的研究成為計算機在醫學領域應用的重要方面。醫學影像數據庫是建立在圖像數據庫、圖像處理與理解、人工智能、遠程與局部網絡技術以及醫學領域知識基礎上，支持醫學影像數據有效存儲、傳輸、檢索和管理的數據庫技術。

2. 醫學圖像檢索方案

2.1 圖像檢索特征的性能評價

基于內容的圖像檢索中采用多種不同的圖像特征和相似度算法。對于某個特定的圖像庫，我們需要選擇一種或多種最有效的圖像特征和相似度算法。這需要對不同條件下的檢索效果進行全面地評價，比較不同方法的優劣，找出最好的方法。以下幾個性能指標值的考慮：1）查全率（recall）和準確度（precision）。對檢索效果的評價在于檢索結果的正確與否，主要使用的是查準率（precision）和查全率（recall）兩個指標。查準率的含義是在一次查詢過程中，系統返回的查詢結果中的相關圖像的數目占所有返回圖像數目的比例；查全率則指系統返回的查詢結果中的相關圖像的數目占圖像庫中所有相關圖像數目（包括返回的和沒有返回的）的比例。2） 檢索率（retrieval ratio）。對一個給定的查詢圖像，所提取的相似圖像應該是檢索技術參數的函數。這樣可定義一個稱為檢索率的優度準則。對一個特定的檢索技術，當給定一個查詢圖進行實驗時可給定一組檢索技術參數。

2.2 不同特征的簡單比較

形狀的描述一般有特征方法、形狀變換方法和關系方法。特征方法又分為內部參數方法和外部參數方法。外部參數法對形狀的（局部）不規則性相對不敏感，對檢索那些部分被遮擋的物體，或者相互覆蓋相互接觸的輪廓比較有利。但是他們往往概括性比較高，檢索精度相對差一點。內部參數通過利用區域內像素集合來獲得用以描述目標輪廓所包圍的區域性參數，這些參數可以是幾何參數、密度參數以及區域2-D變換（如傅里葉變換、小波變換等）的系數或傅里葉變換的能量普等。這種方法相對比較精確，但是計算量很大，檢索效率一般偏低。借助變形的方法能及時進行形狀差別的估算，但并不支持索引。這是因為變形是相對的，如果基本（初始）形狀不定，則變形與形狀不是一一對應的。另外，索引是要找到一個實體（或多個樣本），但是變形對應的兩個實體間的距離，這樣根據變形搜索到的將是滿足距離的兩個（相對的）實體。

3. 醫學圖像檢索的實現

3.1 醫學圖像檢索概述

一般的圖像檢索由查詢模塊、特征提取模塊、特征匹配模塊、相似性度量和驗證模塊組成。作為一種實際的醫學應用，系統的這個模塊由特征的提取和描述、圖像和特征描述庫管理、圖像查詢以及特征匹配構成。在圖像入庫前，系統自動提取圖像的拍攝儀器、檢測部位和初步診斷描述等文字信息，用來確定把圖像和特征的存放處，然后提取圖像的基于HIS顏色模型的局部累加直方圖和小波模極大值提取的邊界的不變矩特征描述，然后存入相應的圖像和特征庫中。匹配功能是對查詢圖的表達描述和預備查詢的表達描述（特征表達描述庫的表達描述）進行匹配，以確定它們在內容上的一致性和相似性從而提取需要的圖像。圖像和特征表達描述庫管理是維護庫內的數據，使圖像與特征表達描述以及病人相對應。

3.2 檢索效果分析

利用顏色直方圖相交得到的結果，旋轉變化產生的影響大于尺度變化的影響，但是其誤檢率較高；直方圖的歐式距離得到的結果與利用顏色直方圖得到的結果類似，但誤檢率有所降低；而形狀傅里葉算子旋轉產生的影響比平移、縮放、噪聲等產生的影響都大，但是其誤檢率較低；而本文所用方法有效地克服了疊加噪聲帶來的影響，提高了旋轉變化的影響，使平移、縮放、旋轉對其的影響可以忽略不計，其誤檢率也很低，但是由于其準確性的提高，使其對相似圖像的漏檢率較高，也就是說，我們主觀認為是很相似的圖像，被此檢索方法給拋棄掉了。作為大型的醫療系統，其中存有海量的同類醫學圖像，作為一種檢索的應用，我們可以接受其漏檢，但是不能接受其誤檢，在這一點上它具有一定的使用價值。

結語：

綜上，人類對健康長壽的追求永無止境，這是人們對醫學研究的動力；而醫學研究是為醫療保健服務，這就形成了對能夠提供醫學教、學、研等多種功能的信息管理系統的巨大需求，也促成生物醫學工程和計算機信息工程的結合，形成了目前科學研究的一道亮麗風景線，成為世界尖端人才追逐的焦點。醫學影像數據庫是圖像處理技術和數據庫技術相結合的產物，它拓展了傳統數據庫的應用空間，又為圖像處理技術提供了強有力的支持。把基于內容的圖像檢索技術應用于醫學領域，是未來醫學信息管理發展的必然趨勢。

參考文獻：

[1] 黃祥林.基于內容的圖像檢索技術研究[J].電子學報，2006.

[2] 章毓晉.中國圖像工程及當前研究的幾個熱點[J].計算機輔助設計與圖形圖像學，2002.