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引言 1

第一部分　数字化医学影像信息获取与处理技术 1

第1章　医学影像获取技术 1

目录 1

1.1　X线摄影 2

1.1.1　X线的特性 2

1.1.2　传统X线摄影 2

1.1.3 间接X线数字影像（CR和DF） 3

1.1.4　直接数字X线摄影（DDR） 3

1.2 X线计算机断层摄影（X-Ray Computerized Tomography） 4

1.2.1 X-CT系统组成和工作原理 4

1.2.2 CT图像重建原理 5

1.2.3 X-CT系统的演变 5

1.3.1　γ照相机成像 6

1.3　核医学成像 6

1.3.2　单光子发射断层成像（SPECT） 7

1.3.3　正电子发射断层成像（PET） 8

1.4　磁共振成像（MRI） 9

1.4.1 MRI的物理学基础 9

1.4.2 MRI内在的磁特性参数 10

1.4.3 MRI成像的基本原理 11

1.4.4 MRI的成像系统 14

1.4.5 功能性MRI成像技术 14

1.5　超声成像 15

1.5.1　超声原理 15

1.5.2　超声系统的组成与功能 16

1.6.1 电阻抗断层成像（EIT） 17

1.5.3　发展状况 17

1.6　其他新型的医学成像技术 17

1.6.2　磁源成像（MSI） 18

1.6.3 医学光学成像（MOP） 18

参考文献 19

第2章　医学影像库及图谱 21

2.1　医学影像数据库 21

2.1.1　美国的可视人工程及数据 22

2.1.2　中国的可视人数据 26

2.1.3　一些重要的网络上公开的医学影像数据 27

2.2　基于医学影像数据建立的图谱 30

参考文献 32

3.1 绪论 35

第3章　三维医学图像的分析、可视化及应用 35

3.2　三维医学图像的可视化 38

3.2.1　三维医学图像的面绘制技术 38

3.2.2　三维医学图像的体绘制技术 42

3.2.3　体绘制技术与面绘制技术的比较 45

3.3　三维医学图像的分割与配准 45

3.3.1　三维医学图像的分割技术及其特点 46

3.3.2　三维医学图像的配准技术 48

3.3.3　基于偏微分方程的生物医学图像的处理算法 50

3.4　三维医学图像中高精度边界曲面的重建 51

3.4.1 三维医学图像中高精度边界曲面的重构 53

3.4.2　三维图像中边界曲面的逼近曲面的计算 56

3.4.3　讨论 62

3.5　基于三维医学图像的计算机辅助分析技术 64

参考文献 66

第二部分　基于医学影像的建模与数字仿真 78

第4章　基于医学影像的腹主动脉瘤动态模拟和力学特性分析 78

4.1　腹主动脉瘤的临床表现及治疗 79

4.1.1　动脉瘤病因和临床后果 79

4.1.2　腹主动脉瘤的临床治疗 80

4.2　生物力学因素在动脉瘤的产生与发展中的作用 80

4.2.1　腹主动脉瘤的管壁力学特性的研究 80

4.2.2　血管瘤壁的应力分布特性研究 81

4.2.3　血管瘤腔内血液流场分布特点研究 82

4.2.4　腔内附壁血栓对血管瘤应力分布的影响 82

4.3.1　方法 83

4.3　脉动压力作用下腹主动脉受力状态的特点 83

4.3.2　结果 86

4.4　腹主动脉瘤稳定性及影响因素的仿真研究 87

4.4.1　腹主动脉瘤的稳定性 87

4.4.2　参数分析研究 89

4.5　结束语 90

参考文献 90

第5章　基于人体断层图像的股骨有限元应力分析和三维模拟 94

5.1　绪论 94

5.1.1　承重骨力场分析的意义 94

5.1.2　研究思路 94

5.1.3　有限元法简介 95

5.1.4　并行计算简介 95

5.2.2　方法与步骤 96

5.2.1　VTK简介 96

5.2　模型的建立 96

5.2.3　重建结果 98

5.3　接口的设计 98

5.3.1　方案选择 99

5.3.2　转换结果 99

5.4　有限元分析 100

5.4.1　理论基础 100

5.4.2　MARC简介 102

5.4.3　网格重划分 102

5.4.4　方法与步骤 103

5.4.5　分析结果 107

参考文献 108

6.1.1　背景 110

第6章　基于人体断层图像的寰枢关节有限元模拟和应用 110

6.1　绪论 110

6.1.2　建立三维寰枢椎有限元模型的意义 113

6.2　三维寰枢椎骨外轮廓的提取 113

6.2.1　决定三维建模外轮廓的因素 114

6.2.2　决定各个器官之间相对位置的因素 114

6.2.3　决定与Matlab灰度映射程序中坐标变换矩阵的因素 115

6.2.4　三维建模外轮廓提取的主要步骤 115

6.2.5　寰枢椎骨三维外轮廓提取的结果 115

6.3　寰枢椎骨有限元模型的建立 117

6.3.1　读入STL数据文件 117

6.3.2　三维有限元划分前的准备工作 117

6.3.3　两种三维有限元单元的划分方法 118

6.3.4　寰枢椎有限元划分结果 119

6.4　韧带模型的建立 122

6.4.1　三种建立有限元韧带的方法 122

6.4.2　寰枢椎关节韧带和关节囊弹簧组建立结果 123

6.5　Matlab灰度映射程序的编写 127

6.5.1　Marc输入文件的格式 128

6.5.2 VHP切片图像、Marc模型和VHP计算机断层扫描图像的配准问题 128

6.6　寰枢关节模型的调试和几何非线性算法的使用 130

6.6.1　几何非线性的原理 130

6.6.2　几何非线性的算法 131

6.6.3　几何非线性计算的设置方法 133

6.6.4　关于有限元几何非线性计算中载荷增量的优化考虑 133

6.6.6　关于并行计算单元分区设置的优化考虑 137

6.6.5　并行计算设置方法 137

6.7　内固定钉模型的建立 138

6.7.1 内固定钉模型的建模方法 138

6.7.2　寰椎内固定钉模型的建模结果 138

6.8　有限元模拟计算的结果和分析 139

6.9　小结 146

参考文献 146

第三部分　几种无创成像新方法 148

第7章　心肌缺血的超声功能成像新方法 148

7.1　绪论 148

7.1.1　心肌缺血及现有诊断方法 148

7.1.2　心肌背向散射积分的研究现状 149

7.2　全数字化超声射频信号采集系统与分析软件设计 152

7.2.1　引言 152

7.2.2　二维全数字化超声射频信号采集系统的研制 153

7.2.3　超声射频信号采集与分析系统软件的设计 156

7.3　CVIB计算方法在随机性噪声环境中统计性能的研究 165

7.3.1　引言 165

7.3.2　各种算法描述 166

7.3.3　基于小波变换的CVIB估计方法（Wavelet） 169

7.3.4　各种CVIB计算方法的理论仿真实验 171

7.4　基于固定位置回波的二维CVIB成像法 176

7.4.1 引言 176

7.4.2　基于固定位置回波的二维CVIB成像法 177

7.4.3　正常心肌与局域缺血心肌超声回波强度的运动变化模型 184

7.5　跟踪心肌边缘的二维CVIB成像法 189

7.5.1　心肌边缘的检测 189

7.5.2　跟踪心肌边缘的二维CVIB成像法 193

7.5.3　仿真结果 195

7.6　实验研究与结果 197

7.6.1　动物实验 197

7.6.2　人体实验 203

参考文献 203

第8章　生物组织超声应变成像方法 210

8.1　绪论 210

8.1.1 引言 210

8.1.2　相关研究综述 210

8.2　软组织超声散射模型与互相关算法 213

8.2.1　互相关应变成像基本原理 213

8.2.2　一维组织超声散射模型 214

8.2.3　基于有限元分析的二维组织超声散射模型 217

8.2.4　互相关算法的改进 222

8.3　组织横向位移影响的相关信噪比分析 226

8.3.1　问题的提出 227

8.3.2　相关信噪比 228

8.3.3　实验参数的影响 238

8.4　变尺度应变成像 240

8.4.1 引言 240

8.4.2　跟踪波段的影响 240

8.4.3　变尺度方法应变重建 246

8.5　二维综合互相关应变成像 247

8.5.1　二维综合互相关方法 248

8.5.2　组织压缩与弹性差异的影响 250

8.5.3　对伪峰误差的抑制 253

8.5.4　仿真实验 255

8.6　二维应变成像实验 259

8.6.1　实验系统 259

8.6.2　微波烧灼组织的二维应变成像实验 260

8.6.3　高强度聚焦超声烧灼组织应变成像实验 263

参考文献 267

第9章　近红外乳腺成像新方法 273

9.1　乳腺癌及其检测方法 273

9.1.1　乳腺癌及其病原学 273

9.1.2　乳腺癌的检查和诊断 275

9.1.3　近红外检测在乳腺癌检测中的应用前景和现状 277

9.2　生物组织的光学特性及生物医学光学成像方法 278

9.2.1　光学参数的定义 278

9.2.2　人体组织的光学特性 279

9.2.3　光学成像方法分类 281

9.3　准直线传播光子 286

9.3.1　光子在浑浊媒质中的传播 286

9.3.2　玻尔兹曼输运方程及其P1近似 287

9.3.3　准直线传播光子：定义和计算 289

9.3.4　受控蒙特卡罗方法 290

9.3.5　仿真结果 291

9.3.6　时间门成像技术及相关问题 294

9.4　漫射方程及相关问题 294

9.4.1　漫射近似和漫射方程 294

9.4.2　浑浊与透明媒质的边界 295

9.4.3　用自洽的蒙特卡罗方法确定边界条件 297

9.4.4　等效光源项 299

9.5.1　最可几路径的概念 301

9.5　最可几漫射路径 301

9.5.2　反射模式的最可几漫射路径 303

9.5.3　透射模式的最可几漫射路径 305

9.5.4　在异物定位中的应用 306

9.6　乳腺癌的近红外检测系统 309

9.6.1 系统框架 309

9.6.2　吸收中心的二维定位算法 311

9.6.3　异物中心的三维定位 313

9.6.4　二维图像的去模糊处理 314

9.7　实验与结果 317

9.7.1　脂肪乳溶液实验 317

9.7.2　猪脂肪实验 322

9.7.3　讨论 324

参考文献 324