基于Hessian矩阵及梯度熵的疑似肺结节检测算法*郭薇1，魏颖1，周翰逊2，薛定宇1（1东北大学信息科学与工程学院沈阳110004；2沈阳化工学院计算机科学与技术学院沈阳110142）摘要：提出一种基于Hessian矩阵的多尺度增强滤波和梯度熵选择的疑似肺结节检测算法。首先，构造基于Hessian矩阵的多尺度圆形增强滤波器对肺部计算机断层扫描(CT)图像中的圆形区域进行增强，使得类似圆形的疑似结节区域得以增强，其他干扰区域得以抑制。然后，计算增强后的圆形肺结节区域(孤立圆、线交叉形成的圆)在原始灰度图像中相应区域的梯度熵，采用切比雪夫不等式确定孤立圆梯度熵分布区间，进行疑似结节区域的选择。实验结果表明，该算法能较好地检测肺部CT图像中疑似肺结节区域，为后续的肺结节检测以及诊断打下基础。关键词：疑似肺结节；Hessian矩阵；多尺度增强滤波；梯度熵；切比雪夫不等式：TP391.41文献标识码：A国家标准学科分类代码：501.4050SuspectedpulmonarynoduledetectienalgorithmbasedonHessianmatrixandgrad-sentropyGuoWei1,WeiYing1,ZhouHanxun2,XueDingyu1（1SchoolofInformationScienceEngineering,NortheasternUniversity,Shenyang110004,China;2ComputerScienceandTechnologyInsti-tute,ShenyangUniversityofChemicalTechnology,Shenyang110142,China）Abstract：Asuspectedpulmonarynoduledetectionalgorithmispresentedbasedonmulti-scaleenhancementfil-teringofHessianmatrixandselectingofgradsentropy.Firstly,themulti-scalecircularfilterbasedonHessianmatrixiscon-structedtoenhancethecircularareaofthepulmonarycomputedtomography(CT)images,whichenhancesthecircularsus-pectedpulmonarynoduleandsuppressesotherinterferingareas.Secondly,thegradsentropyoftheareaoftheoriginalgrayim-agecorrespondingtotheareaoftheenhancedcircle(thesolitarycircleandthecircleformedbytheintersectionofthelines)is-calculated,andtherangeofthegradsentropyofthesolitarycircleconfirmedbyChebyshevinequalityisusedtoselectthesus-pectedpulmonarynodules.Experimentresultsindicatethatthealgorithmdetectsthesuspectedpulmonarynoduleaccu-rately,whichisabasisforfurtherpulmonarynoduledetectionanddiagnose.Keywords：suspectedpulmonarynodule;Hessianmatrix;multi-scaleenhancementfiltering;gradsentropy;Cheby-shevinequality1引言肺癌是当今对人类健康与生命危害最大的恶性肿瘤之一，肺癌的计算机辅助诊断(CAD)能帮助医生及时发现肺癌病灶。一些肺癌病灶区域在CT图像上是以圆形肺结节形式表现，所以肺结节的检测受到越来越多人的关注。但是，由于血管等复杂背景的影响，使得对肺结节的检测有一定的困难。如果能在肺结节检测之前，对疑似肺结节进行检测，能有效地提高肺结节检测的效率。许多学者对疑似肺结节检测提取进行研究。例如：收稿日期：2008-09ReceivedDate：2008-09*基金项目：国家自然科学基金（60671050）、辽宁省自然科学基金(20052021）资助项目2仪器仪表学报第30卷石羽等人[1]使用灰度分布的阈值对疑似肺结节进行检测。Ge等人[2]使用多阈值对疑似肺结节进行检测；Paik等人[3]提出基于子空间投影的肺结节增强滤波器对疑似肺结节进行检测；S.Yamamoto等人[4]提出基于形态学膨胀运算的V-N-Q滤波器检测孤立的圆形疑似肺结节；Bae等人[5]提出基于形态学配准滤波器对与血管粘连的疑似肺结节进行检测；LiQiang等人[6-7]构造基于Hessian矩阵的选择性增强滤波器增强肺部CT图像中的圆、线区域，对疑似肺结节进行检测，该方法的不足在于将血管等线性交叉区域也作为疑似圆形肺结节检测出来。本文提出一种基于Hessian矩阵的多尺度增强滤波和梯度熵选择的疑似肺结节检测算法，用来提取CT图像中不同大小的疑似肺结节。在经过基于Hessian矩阵的多尺度增强滤波处理后，获得的疑似区域中包含一些交叉血管形成的圆形干扰区域。计算增强后的圆形区域在原始灰度图像中相应区域的梯度熵，根据由切比雪夫不等式确定圆形肺结节的梯度熵分布区间，完成对疑似肺结节的初步...