醫(yī)學成像的基本原理

前言

前些年，開設生物醫(yī)學工程本科或研究生教育的學校大多集中在國內(nèi)比較知名的重點院校，但現(xiàn)在大多數(shù)醫(yī)學院和相當一部分工科院校都有了生物醫(yī)學工程專業(yè)，累計高校已超過百所。然而，與各學校培養(yǎng)生物醫(yī)學工程專業(yè)高級人才的熱情相比，生物醫(yī)學工程專業(yè)的教材建設卻相對滯后，各門專業(yè)課都缺少業(yè)界公認的優(yōu)秀教材，教師選擇教材的余地很小。以“醫(yī)學成像技術”課程為例，國內(nèi)目前同類教材極為匱乏。清華大學高上凱教授主編的《醫(yī)學成像系統(tǒng)》（清華大學出版社2000年出版）注重系統(tǒng)分析方法，但以不足二百頁的篇幅要使討論達到一定深度還顯困難。西安交通大學黃詒焯教授翻譯的《醫(yī)學成像的物理原理》一書（高等教育出版社1993年出版）用淺顯的語言定性描述醫(yī)學成像的原理，曾在國內(nèi)多所高校使用。但該書外文原版編寫的主要目的是為培訓臨床醫(yī)生和相關工程師使用的，其內(nèi)容側(cè)重、理論深度和描述方式都使得該書不太適合用于研究型大學的本科生教學。另外，該書原版出版較早（1988年），許多成像技術的新發(fā)展不可能提及。相比之下，近年出版的國外原版醫(yī)學成像原理類著作的內(nèi)容往往十分豐富，除了四大成像的基本知識外，還涉及發(fā)展歷史、圖像質(zhì)量的評價與影響因素、放射防護、偽像的產(chǎn)生與消除，有的還介紹了不少相關的基礎知識如概率與統(tǒng)計、傅里葉變換、計算機網(wǎng)絡，甚至包括人類的視覺特性等。但原版書不適合作為教材使用的原因包括篇幅過大、內(nèi)容過多過細，部分我們認為重要的內(nèi)容卻一帶而過，如斷層成像的重建算法在多本原版書中都介紹得相當簡略。另外，購買國外原版書非常昂貴，翻印又會存在知識產(chǎn)權(quán)問題。編寫適合我國國情的醫(yī)學成像教材刻不容緩。本教材是在作者多年來為西安電子科技大學生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生授課所用講義的基礎上充實而成的。

內(nèi)容概要

本書完整系統(tǒng)地討論了醫(yī)學臨床上最常見的X光（包括X射線、CT）、超聲、磁共振、核素等四大成像的基本原理，描述對圖像性能的評價，說明最新發(fā)展與趨勢。除此之外，對目前成像領域的研究熱點如分子成像、功能成像也在最后給出了簡要介紹。?    本書的特色是注重基本概念和方法，盡可能地采取定量描述以使討論達到一定深度，通俗易懂，方便自學。讀者只要經(jīng)過理工科大學二年級的數(shù)理訓練，讀懂本書應該不存在知識盲點。?  盡管本書編寫的目標和出發(fā)點都是立足于為研究型大學“生物醫(yī)學工程”專業(yè)的本科高年級學生、或為研究生教學提供深度適中的教材，但幾乎所有理工科畢業(yè)的相關從業(yè)人員或?qū)︶t(yī)學成像技術感興趣的讀者閱讀起來也不會有太大困難。

書籍目錄

第1章  物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)?1.1  物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)         ?    1.1.1  原子與原子核       ?    1.1.2  電子  ?    1.1.3  原子核的自旋與磁矩     ?    1.1.4  核素       ?  1.2  能量與輻射       ?    1.2.1  能量、功率、強度   ?    1.2.2  輻射         ?    1.2.3  標識輻射和俄歇電子  ?  1.3  放射性物質(zhì)        ?    1.3.1  衰變指數(shù)規(guī)律和描述參數(shù)     ?    1.3.2  典型衰變簡介       ?    1.3.3  衰變綱圖（decay schemes）         1.3.4  連續(xù)衰變       ?    1.3.5  放射平衡      ?第2章  X射線的產(chǎn)生與輻射劑量  2.1  X射線管       ?  2.2  管電壓的產(chǎn)生與控制        ?    2.2.1  高電壓的產(chǎn)生       ?    2.2.2  控制電路        ?  2.3  X射線產(chǎn)生的物理機制      ?    2.3.1  X射線的能量譜        ?    2.3.2  X射線管的效率         ?    2.3.3  X射線的濾過        ?  2.4  X射線管的焦點與額定參數(shù)       ?    2.4.1  X射線管的焦點         ?    2.4.2  X射線管的額定參數(shù)       ?  2.5  X射線的劑量         ?    2.5.1  流量、通量與強度       ?    2.5.2  照射量與吸收劑量        ?    2.5.3  不同輻射源生物效應的比較      ?  2.6  X射線的物理特征         第3章  X射線與物質(zhì)的相互作用?  3.1  X射線與物質(zhì)作用的機制     ?   3.1.1  作用參數(shù)         ?   3.1.2  光電效應       ?   3.1.3  康普頓散射         ?   3.1.4  電子對效應        ?   3.1.5  三種效應的總結(jié)        ?  3.2  X射線在介質(zhì)中的吸收        ?    3.2.1  化合物與混合物的等效原子序數(shù)       ?    3.2.2  X射線在介質(zhì)中的邊緣吸收現(xiàn)象       ?    3.2.3  連續(xù)能譜X射線在介質(zhì)中的衰減      ?  3.3  X射線與人體組織的交互     ?第4章  X射線攝影與透視  4.1  X射線攝影      ?    4.1.1  膠片      ?    4.1.2  增感屏         ?    4.1.3  散射與濾線器        ?    4.1.4  特殊X射線攝影       ?  4.2  X射線透視        ?  4.3  數(shù)字X射線成像     ?    4.3.1  概述  ?    4.3.2  膠片的數(shù)字化  ?    4.3.3  計算機X射線攝影術  ?    4.3.4  直接數(shù)字攝影術——DR     ?    4.3.5  線掃描直接數(shù)字攝影術——多絲正比法  ?    4.3.6  數(shù)字減影技術    ?第5章  X射線計算機斷層成像?  5.1  引言  ?  5.2  XCT的掃描方式?    5.2.1  幾個基本概念 ?    5.2.2  主要的掃描方式簡介      ?  5.3  CT圖像的重建算法         ?    5.3.1  解方程組法圖像重建       ?    5.3.2  直接反投影法  ?    5.3.3  濾波反投影法      ?   5.4  CT圖像的顯示與后處理        ?    5.4.1  CT圖像的灰度顯示  ?    5.4.2  CT圖像顯示的窗口技術       ?    5.4.3  其他后處理技術簡介  ?  5.5  CT掃描機的硬件組成        ?    5.5.1  X射線管         ?    5.5.2  準直器        ?    5.5.3  X射線探測器      ?    5.5.4  機架和滑環(huán)         ?  5.6  CT圖像的質(zhì)量評價  ?    5.6.1  對比度分辨率  ?    5.6.2  空間分辨率  ?    5.6.3  噪聲  ?    5.6.4  CT值的準確度         ?    5.6.5  劑量        ?    5.6.6  圖像質(zhì)量及相關參數(shù)間的制約關系        ?  5.7  偽像及其產(chǎn)生的原因  ?    5.7.1  偽像的定義     ?    5.7.2  與系統(tǒng)設計相關的偽像         ?    5.7.3  與射線管相關的偽像  ?    5.7.4  與射線探測器相關的偽像  ?    5.7.5  受檢人體引起的偽像        ?  5.8  CT技術的發(fā)展和應用      ?    5.8.1  基本趨勢         ?    5.8.2  CT技術進展        ?    5.8.3  新技術的典型應用         ?第6章  放射性核素成像基礎?  6.1  概述  ?    6.1.1  放射性核素示蹤技術  ?    6.1.2  核素成像的分類和技術特點  ?  6.2  醫(yī)用放射性核素的生產(chǎn)        ?    6.2.1  回旋加速器法        ?    6.2.2  核反應堆法  ?    6.2.3  核素發(fā)生器法         ?  6.3  放射性藥物  ?    6.3.1  放射性藥物的標記         ?    6.3.2  放射性藥物的體內(nèi)選擇性聚集機制         ?    6.3.3  典型顯像劑簡介         ?  6.4  核輻射探測器  ?    6.4.1  閃爍體         ?    6.4.2  光的收集和光導  ?    6.4.3  光電倍增管  ?  6.5  放射性測量中的統(tǒng)計特征  ?    6.5.1  放射性衰變與測量的統(tǒng)計漲落         ?    6.5.2  放射性測量的誤差估計        ?    6.5.3  放射性測量的質(zhì)量控制        ?第7章  放射性核素成像裝置?  7.1  γ照相機         ?    7.1.1  γ照相機的系統(tǒng)構(gòu)成       ?    7.1.2  γ照相機的性能評價        ?  7.2  單光子發(fā)射計算機斷層成像       ?    7.2.1  SPECT的成像原理         ?    7.2.2  SPECT圖像的特點與質(zhì)量控制         ?  7.3  正電子發(fā)射計算機斷層成像     ?    7.3.1  引言           7.3.2  PET成像的原理     ?第8章  醫(yī)學超聲的物理基礎  8.1  超聲波的性質(zhì)           8.1.1  超聲波的分類和特征量  ?    8.1.2  聲波在介質(zhì)中的傳播規(guī)律       ?    8.1.3  聲波在介質(zhì)中的衰減         ?  8.2  超聲波的生物效應             8.2.1  生物效應的發(fā)生機制       ?    8.2.2  超聲醫(yī)學成像的安全劑量        第9章  超聲成像系統(tǒng)?  9.1  超聲波的發(fā)射與接收        ?    9.1.1  壓電效應與壓電材料       ?    9.1.2  超聲換能器        ?    9.1.3  超聲換能器的聲場分布         ?    9.1.4  超聲波聲束的聚焦         ?  9.2  超聲成像的基本技術            9.2.1  脈沖回波檢測技術  ?    9.2.2  回波檢測技術涉及的參數(shù)討論         9.2.3  回波信號處理技術         ?  9.3  超聲成像的主要方式       ?    9.3.1  A型超聲診斷儀         ?    9.3.2  M型超聲診斷儀       ?    9.3.3  B型超聲診斷儀        ?  9.4  超聲圖像的質(zhì)量評估         ?    9.4.1  典型技術指標  ?    9.4.2  偽像         第10章  超聲多普勒血流測量與成像?  10.1  多普勒效應         ?  10.2  多普勒血流測量中的信號處理        ?    10.2.1  血流方向信息的提取        ?    10.2.2  血流速度值的提取  ?  10.3  超聲多普勒血流測量系統(tǒng)  ?    10.3.1  連續(xù)波超聲多普勒血流測量儀        ?    10.3.2  脈沖波超聲多普勒血流測量儀       10.3.3  多普勒信息的表達        ?  10.4  超聲多普勒血流成像  ?    10.4.1  連續(xù)波超聲多普勒血流成像        ?    10.4.2  脈沖超聲多普勒血流成像        ?    10.4.3  彩色超聲多普勒血流成像    ?第11章  磁共振成像基礎?  11.1  靜磁場中的磁性核      ?    11.1.1  拉莫爾進動  ?    11.1.2  塞曼效應與磁共振現(xiàn)象       ?  11.2  核磁共振的宏觀描述         ?    11.2.1  磁化強度矢量         ?    11.2.2  弛豫和弛豫時間       ?    11.2.3  自由感應衰減信號     ?  11.3  脈沖序列與組織對比         ?    11.3.1  部分飽和序列與T1對比       ?    11.3.2  組織的T2對比與自旋回波技術     ?第12章  磁共振圖像的建立  12.1  基于梯度場的斷層選取  ?    12.1.1  MRI圖像建立概述        ?    12.1.2  影響斷層選取的因素         ?  12.2  平面內(nèi)信號源的定位      ?    12.2.1  頻率編碼     ?    12.2.2  相位編碼      ?  12.3  K空間與傅里葉變換圖像重建        ?    12.3.1  數(shù)據(jù)空間及其數(shù)字化       ?    12.3.2  K空間          12.4  MRI掃描儀        ?    12.4.1  磁體系統(tǒng)        ?    12.4.2  梯度場系統(tǒng)         ?    12.4.3  射頻發(fā)射與接收系統(tǒng)         ?第13章  功能成像與分子成像?  13.1  概述         ?  13.2  彌散加權(quán)與彌散張量成像       ?    13.2.1  彌散加權(quán)成像         ?    13.2.2  彌散張量成像      13.2.3  彌散成像的應用         ?  13.3  基于BOLD的腦功能成像        ?    13.3.1  BOLD功能成像的基本原理      13.3.2  BOLD功能成像的過程         13.4  磁共振分子成像  ?    13.4.1  磁共振造影劑        ?    13.4.2  磁共振分子探針         ?  13.5  超聲分子成像         ?    13.5.1  超聲造影與造影劑  ?    13.5.2  超聲分子成像造影劑      ?  參考文獻

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《醫(yī)學成像的基本原理》為生物醫(yī)學工程學科規(guī)劃教材之一。

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