醫(yī)學(xué)成像的基本原理

前言

前些年，開設(shè)生物醫(yī)學(xué)工程本科或研究生教育的學(xué)校大多集中在國內(nèi)比較知名的重點(diǎn)院校，但現(xiàn)在大多數(shù)醫(yī)學(xué)院和相當(dāng)一部分工科院校都有了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，累計(jì)高校已超過百所。然而，與各學(xué)校培養(yǎng)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)高級人才的熱情相比，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的教材建設(shè)卻相對滯后，各門專業(yè)課都缺少業(yè)界公認(rèn)的優(yōu)秀教材，教師選擇教材的余地很小。以“醫(yī)學(xué)成像技術(shù)”課程為例，國內(nèi)目前同類教材極為匱乏。清華大學(xué)高上凱教授主編的《醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)》（清華大學(xué)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(dá)到一定深度還顯困難。西安交通大學(xué)黃詒焯教授翻譯的《醫(yī)學(xué)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(xué)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(xùn)臨床醫(yī)生和相關(guān)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(xué)的本科生教學(xué)。另外，該書原版出版較早（1988年），許多成像技術(shù)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(xué)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(jià)與影響因素、放射防護(hù)、偽像的產(chǎn)生與消除，有的還介紹了不少相關(guān)的基礎(chǔ)知識如概率與統(tǒng)計(jì)、傅里葉變換、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，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(xì)，部分我們認(rèn)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(dāng)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(xué)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(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生授課所用講義的基礎(chǔ)上充實(shí)而成的。

內(nèi)容概要

本書完整系統(tǒng)地討論了醫(yī)學(xué)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(jià)，說明最新發(fā)展與趨勢。除此之外，對目前成像領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)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(dá)到一定深度，通俗易懂，方便自學(xué)。讀者只要經(jīng)過理工科大學(xué)二年級的數(shù)理訓(xùn)練，讀懂本書應(yīng)該不存在知識盲點(diǎn)。?  盡管本書編寫的目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn)都是立足于為研究型大學(xué)“生物醫(yī)學(xué)工程”專業(yè)的本科高年級學(xué)生、或?yàn)檠芯可虒W(xué)提供深度適中的教材，但幾乎所有理工科畢業(yè)的相關(guān)從業(yè)人員或?qū)︶t(yī)學(xué)成像技術(shù)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(qiáng)度   ?    1.2.2  輻射         ?    1.2.3  標(biāo)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(jī)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(diǎn)與額定參數(shù)       ?    2.4.1  X射線管的焦點(diǎn)         ?    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(qiáng)度       ?    2.5.2  照射量與吸收劑量        ?    2.5.3  不同輻射源生物效應(yīng)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(jī)制     ?   3.1.1  作用參數(shù)         ?   3.1.2  光電效應(yīng)       ?   3.1.3  康普頓散射         ?   3.1.4  電子對效應(yīng)        ?   3.1.5  三種效應(yīng)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(jì)算機(jī)X射線攝影術(shù)  ?    4.3.4  直接數(shù)字?jǐn)z影術(shù)——DR     ?    4.3.5  線掃描直接數(shù)字?jǐn)z影術(shù)——多絲正比法  ?    4.3.6  數(shù)字減影技術(shù)    ?第5章  X射線計(jì)算機(jī)斷層成像?  5.1  引言  ?  5.2  XCT的掃描方式?    5.2.1  幾個(gè)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(shù)       ?    5.4.3  其他后處理技術(shù)簡介  ?  5.5  CT掃描機(jī)的硬件組成        ?    5.5.1  X射線管         ?    5.5.2  準(zhǔn)直器        ?    5.5.3  X射線探測器      ?    5.5.4  機(jī)架和滑環(huán)         ?  5.6  CT圖像的質(zhì)量評價(jià)  ?    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(zhǔn)確度         ?    5.6.5  劑量        ?    5.6.6  圖像質(zhì)量及相關(guān)參數(shù)間的制約關(guān)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(shè)計(jì)相關(guān)的偽像         ?    5.7.3  與射線管相關(guān)的偽像  ?    5.7.4  與射線探測器相關(guān)的偽像  ?    5.7.5  受檢人體引起的偽像        ?  5.8  CT技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用      ?    5.8.1  基本趨勢         ?    5.8.2  CT技術(shù)進(jìn)展        ?    5.8.3  新技術(shù)的典型應(yīng)用         ?第6章  放射性核素成像基礎(chǔ)?  6.1  概述  ?    6.1.1  放射性核素示蹤技術(shù)  ?    6.1.2  核素成像的分類和技術(shù)特點(diǎn)  ?  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(yīng)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(biāo)記         ?    6.3.2  放射性藥物的體內(nèi)選擇性聚集機(jī)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(dǎo)  ?    6.4.3  光電倍增管  ?  6.5  放射性測量中的統(tǒng)計(jì)特征  ?    6.5.1  放射性衰變與測量的統(tǒng)計(jì)漲落         ?    6.5.2  放射性測量的誤差估計(jì)        ?    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(jī)         ?    7.1.1  γ照相機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成       ?    7.1.2  γ照相機(jī)的性能評價(jià)        ?  7.2  單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像       ?    7.2.1  SPECT的成像原理         ?    7.2.2  SPECT圖像的特點(diǎn)與質(zhì)量控制         ?  7.3  正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像     ?    7.3.1  引言           7.3.2  PET成像的原理     ?第8章  醫(yī)學(xué)超聲的物理基礎(chǔ)  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(yīng)             8.2.1  生物效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制       ?    8.2.2  超聲醫(yī)學(xué)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(yīng)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(shù)            9.2.1  脈沖回波檢測技術(shù)  ?    9.2.2  回波檢測技術(shù)涉及的參數(shù)討論         9.2.3  回波信號處理技術(shù)         ?  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(shù)指標(biāo)  ?    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(yīng)         ?  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(dá)        ?  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(chǔ)?  11.1  靜磁場中的磁性核      ?    11.1.1  拉莫爾進(jìn)動  ?    11.1.2  塞曼效應(yīng)與磁共振現(xiàn)象       ?  11.2  核磁共振的宏觀描述         ?    11.2.1  磁化強(qiáng)度矢量         ?    11.2.2  弛豫和弛豫時(shí)間       ?    11.2.3  自由感應(yīng)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(shù)     ?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(yīng)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(xiàn)

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

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

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