第10卷第6期 智能系统学报 Vol.10 No.6 2015年12月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Dee.2015 D0:10.11992/is.201303032 基于EMD和模极大值的造影图像血管提取 邵欣，尹清波，鲁明羽 (大连海事大学信息科学技术学院，辽宁大连116026) 摘要：针对冠脉造影图像噪音大且血管边缘模糊问题，提出一种基于经验模态分解的冠脉造影图像血管提取方法 以较完整有效地提取出造影图像中的血管信息。该方法首先对图像预处理后的造影图像进行经验模态分解，将其 分解成若干图像层，保留包含血管信息的图像层并丢弃含非血管信息图像层：其次对保留的图像层进行血管特征提 取，依据连通区域的一系列属性来提取图像层中血管信息以获取清晰明显的血管段：最后通过层间信息相互参照， 重构血管脉络明显的心血管图像。实验证明了方法有很高的精确度和实际的医用价值。 关键词：血管提取：经验模态分解：冠脉造影图像：特征提取；连通区域；层间参照：血管重构：图像层 中图分类号：TP39文献标志码：A文章编号：1673-4785(2015)06-0851-07 中文引用格式：邵欣，尹清波，鲁明羽.基于EMD和模极大值的造影图像血管提取[J].智能系统学报，2015,10(6)：851-857. 英文引用格式：SHAO Xin,YIN Qingbo,LU Mingyu.Vessels extraction in coronary angiogram based on empirical mode decompo- sition[J].CAAI Transactions on Intelligent Systems,2015,10(6):851-857. Vessels extraction in coronary angiogram based on empirical mode decomposition SHAO Xin,YIN Qingbo,LU Mingyu (College of Information Science and Technology,Dalian Maritime University,Dalian 116026,China) Abstract:In this paper,we present a new vascular characteristics extraction method based on empirical mode de- composition.The proposed method overcomes the problems of noise and the blurred vascular edge generally encoun- tered in the image processing procedure.This method uses empirical mode decomposition to resolve the coronary an- giogram into several image layers,retaining the layers that contain blood vessel information and discarding layers that contain only background information.Clear and distinct vessel segments are then extracted from the reserved image layers,based on the connected region's properties.Finally,the coronary angiogram is reconstructed accord- ing to the information extracted from the reserved layers.The experimental results prove that this method has high accuracy and practical medical value. Keywords:vessels extraction;empirical mode composition;coronary angiogram;characteristics extraction;con- nected region;interlayer reference;vascular remodeling;image layer 冠脉造影图像是临床诊断冠心病的“金标准”。 节的模糊，影响医生对病情的诊断。 其成像过程中，受心脏跳动、成像设备等因素影响， 近年来，不少学者致力于研究冠脉造影图像中 图像不可避免地会引入一些噪声，使得图像中的血 血管脉络特征的提取。常见的提取冠脉造影图像中 管脉络一定程度上模糊不清，尤其是血管边缘与细 的血管信息方法主要有数学形态学方法1]、匹配 滤波方法[46]、基于中心线的方法[]等。其中，数学 收稿日期：2013-03-20. 形态学方法是通过膨胀和腐蚀2种最主要的形态学 基金项目：国家自然科学基金资助项目(61175053,61272369)：中央高 校基本科研业务费基金主项目(20110N126). 操作实现图像中目标的扩张或收缩，以先腐蚀后膨 通信作者：邵欣.E-mail:shaoxin2123@163.com. 胀的开操作和先膨胀后腐蚀的闭操作作为基础，实第 １０ 卷第 ６ 期 智 能 系 统 学 报 Ｖｏｌ．１０ №．６ ２０１５ 年 １２ 月 ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｄｅｃ． ２０１５ ＤＯＩ：１０．１１９９２ ／ ｔｉｓ．２０１３０３０３２ 基于 ＥＭＤ 和模极大值的造影图像血管提取 邵欣，尹清波，鲁明羽 （大连海事大学 信息科学技术学院，辽宁 大连 １１６０２６） 摘 要：针对冠脉造影图像噪音大且血管边缘模糊问题，提出一种基于经验模态分解的冠脉造影图像血管提取方法 以较完整有效地提取出造影图像中的血管信息。 该方法首先对图像预处理后的造影图像进行经验模态分解，将其 分解成若干图像层，保留包含血管信息的图像层并丢弃含非血管信息图像层；其次对保留的图像层进行血管特征提 取，依据连通区域的一系列属性来提取图像层中血管信息以获取清晰明显的血管段；最后通过层间信息相互参照， 重构血管脉络明显的心血管图像。 实验证明了方法有很高的精确度和实际的医用价值。 关键词：血管提取；经验模态分解；冠脉造影图像；特征提取；连通区域；层间参照；血管重构；图像层 中图分类号：ＴＰ３９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３⁃４７８５（２０１５）０６⁃０８５１⁃０７ 中文引用格式：邵欣，尹清波，鲁明羽． 基于 ＥＭＤ 和模极大值的造影图像血管提取［Ｊ］． 智能系统学报， ２０１５， １０（６）： ８５１⁃８５７． 英文引用格式：ＳＨＡＯ Ｘｉｎ， ＹＩＮ Ｑｉｎｇｂｏ， ＬＵ Ｍｉｎｇｙｕ． Ｖｅｓｓｅｌｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｒｏｎａｒｙ ａｎｇｉｏｇｒａｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｍｏｄｅ ｄｅｃｏｍｐｏ⁃ ｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］． ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ， ２０１５， １０（６）： ８５１⁃８５７． Ｖｅｓｓｅｌｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｒｏｎａｒｙ ａｎｇｉｏｇｒａｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｍｏｄｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ＳＨＡＯ Ｘｉｎ， ＹＩＮ Ｑｉｎｇｂｏ， ＬＵ Ｍｉｎｇｙｕ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｄａｌｉａｎ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｄａｌｉａｎ １１６０２６， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｗｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ａ ｎｅｗ ｖａｓｃｕｌａｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｍｏｄｅ ｄｅ⁃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｖｅｒｃｏｍｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｌｕｒｒｅｄ ｖａｓｃｕｌａｒ ｅｄｇｅ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｅｎｃｏｕｎ⁃ ｔｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ． Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｅｓ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｍｏｄｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｏ ｒｅｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｃｏｒｏｎａｒｙ ａｎ⁃ ｇｉｏｇｒａｍ ｉｎｔｏ ｓｅｖｅｒａｌ ｉｍａｇｅ ｌａｙｅｒｓ， ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｌａｙｅｒｓ ｔｈａｔ ｃｏｎｔａｉｎ ｂｌｏｏｄ ｖｅｓｓｅｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｃａｒｄｉｎｇ ｌａｙｅｒｓ ｔｈａｔ ｃｏｎｔａｉｎ ｏｎｌｙ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ． Ｃｌｅａｒ ａｎｄ ｄｉｓｔｉｎｃｔ ｖｅｓｓｅｌ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｔｈｅｎ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｅｓｅｒｖｅｄ ｉｍａｇｅ ｌａｙｅｒｓ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｒｅｇｉｏｎ＇ｓ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｃｏｒｏｎａｒｙ ａｎｇｉｏｇｒａｍ ｉｓ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ａｃｃｏｒｄ⁃ ｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｅｓｅｒｖｅｄ ｌａｙｅｒｓ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｍｅｄｉｃａｌ ｖａｌｕｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｖｅｓｓｅｌｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ； ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｍｏｄｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ； ｃｏｒｏｎａｒｙ ａｎｇｉｏｇｒａｍ； ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ； ｃｏｎ⁃ ｎｅｃｔｅｄ ｒｅｇｉｏｎ； ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ； ｖａｓｃｕｌａｒ ｒｅｍｏｄｅｌｉｎｇ； ｉｍａｇｅ ｌａｙｅｒ 收稿日期：２０１３⁃０３⁃２０． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（ ６１１７５０５３， ６１２７２３６９）；中央高 校基本科研业务费基金主项目（２０１１ＱＮ １２６）． 通信作者：邵欣．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｓｈａｏｘｉｎ２１２３＠ １６３．ｃｏｍ． 冠脉造影图像是临床诊断冠心病的“金标准”。 其成像过程中，受心脏跳动、成像设备等因素影响， 图像不可避免地会引入一些噪声，使得图像中的血 管脉络一定程度上模糊不清，尤其是血管边缘与细 节的模糊，影响医生对病情的诊断。 近年来，不少学者致力于研究冠脉造影图像中 血管脉络特征的提取。 常见的提取冠脉造影图像中 的血管信息方法主要有数学形态学方法［１⁃３］ 、匹配 滤波方法［４⁃６］ 、基于中心线的方法［７］ 等。 其中，数学 形态学方法是通过膨胀和腐蚀 ２ 种最主要的形态学 操作实现图像中目标的扩张或收缩，以先腐蚀后膨 胀的开操作和先膨胀后腐蚀的闭操作作为基础，实