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第1章 绪论 1

1.1 医学影像图像 1

1.2 医学图像处理的主要研究内容 2

1.2.1 医学图像数据获取 2

1.2.2 医学图像预处理技术 3

1.2.3 医学图像分割 3

1.2.4 医学图像配准 4

1.2.5 医学图像融合 5

1.2.6 医学图像三维重建 5

1.2.7 DICOM标准 6

1.2.8 PACS系统 6

1.2.9 图像引导手术及放疗计划制定 7

1.3 医学图像处理的意义及应用 8

1.3.1 医学图像处理的意义 8

1.3.2 医学图像处理的应用 9

1.4 本章小结 10

第2章 医学影像图像获取 12

2.1 医学影像成像模式 12

2.2 X线成像 14

2.2.1 X线机的构成和分类 14

2.2.2 X线成像的基本原理 15

2.2.3 X线诊断的新进展 17

2.3 CT成像 17

2.3.1 CT设备的基本结构及发展历史 18

2.3.2 CT成像的基本概念 20

2.3.3 CT成像的基本原理和特点 21

2.3.4 螺旋CT 22

2.4 超声成像 23

2.4.1 超声成像的基本原理 23

2.4.2 几种超声诊断仪的成像特点 24

2.5 核磁共振成像 26

2.5.1 核磁共振成像的基本原理 27

2.5.2 核磁共振成像的特点 29

2.5.3 核磁共振成像的临床应用和局限性 30

2.5.4 核磁共振设备的基本结构 30

2.6 发射型计算机断层成像 31

2.6.1 单光子发射型计算机断层（SPECT）设备 32

2.6.2 正电子发射型计算机断层（PET）设备 33

2.7 医学影像文件格式及其相互转换 34

2.7.1 医学影像文件格式 34

2.7.2 医学影像文件格式转换 40

2.8 本章小结 46

第3章 医学图像预处理 47

3.1 医学图像噪声去除 47

3.1.1 图像噪声 47

3.1.2 图像均值滤波算法 48

3.1.3 图像中值滤波算法 52

3.1.4 K近邻平滑（均值、中值）滤波方法 53

3.1.5 高斯平滑滤波方法 54

3.2 医学图像增强 55

3.2.1 医学图像的对比度增强 55

3.2.2 医学图像减影技术 58

3.2.3 直方图均衡化方法 58

3.2.4 医学图像伪彩色处理 60

3.3 医学图像插值 63

3.3.1 最近邻插值 63

3.3.2 均值插值 64

3.3.3 双线性插值 64

3.3.4 双三次插值 65

3.3.5 分形插值 65

3.4 窗宽、窗位调整 66

3.4.1 窗口技术 66

3.4.2 调窗处理 66

3.5 本章小结 68

第4章 医学图像分割 69

4.1 医学图像分割概述 69

4.1.1 图像分割原理 69

4.1.2 图像分割算法分类 70

4.1.3 医学图像分割任务及临床应用 71

4.1.4 医学图像分割的研究特点 72

4.2 基于区域的分割方法 73

4.2.1 阈值分割法 73

4.2.2 区域生长法 77

4.2.3 区域分裂合并法 78

4.2.4 聚类分割法 79

4.3 基于边界的分割方法 79

4.3.1 微分算子法 80

4.3.2 曲面拟合法 85

4.3.3 串行边界查找 85

4.4 基于特定理论的分割 86

4.4.1 基于模糊集理论的方法 86

4.4.2 基于统计学的方法 87

4.4.3 基于人工智能算法的分割方法 88

4.4.4 基于小波变换的分割方法 88

4.5 分水岭分割算法 89

4.5.1 分水岭算法概述 89

4.5.2 分水岭算法原理 90

4.5.3 分水岭算法在医学图像中的运用 92

4.6 水平集分割算法 92

4.6.1 曲线演化理论 93

4.6.2 水平集分割模型 93

4.6.3 水平集分割算法流程 94

4.7 Live-wire交互式分割算法 97

4.7.1 原理概述 97

4.7.2 Live-Wire算法流程 97

4.8 基于Snake模型的交互式分割算法 99

4.8.1 Snake算法的数学模型 100

4.8.2 Snake模型的工作原理 100

4.8.3 改进的Snake算法 102

4.9 序列医学图像分割方法 105

4.9.1 序列图像分割 105

4.9.2 算法原理 105

4.10 图像分割的评价 107

4.10.1 分割评价准则 107

4.10.2 医学图像分割结果的评价 108

4.11 本章小结 109

第5章 医学图像配准 110

5.1 医学图像配准概述 110

5.1.1 图像配准的定义 110

5.1.2 图像配准的分类 111

5.1.3 医学图像配准的临床应用 112

5.2 医学图像配准关键技术 114

5.2.1 图像配准的基本步骤 114

5.2.2 图像配准关键技术 115

5.3 医学图像配准方法 120

5.3.1 基于特征的图像配准 120

5.3.2 基于像素的图像配准 124

5.3.3 医学图像非刚性配准 127

5.4 基于归一化互信息的多模态医学图像配准 129

5.4.1 互信息基础理论 130

5.4.2 互信息配准算法 130

5.4.3 归一化互信息与高阶互信息 132

5.5 基于有限元方法的医学图像非刚性配准 135

5.5.1 图像有限元分析 135

5.5.2 有限元配准理论 136

5.5.3 互信息驱动的有限元配准方法 137

5.6 多分辨率图像配准策略 139

5.6.1 图像多级分解金字塔 140

5.6.2 基于多分辨率策略的图像配准 140

5.7 图像配准评价 142

5.7.1 评价指标 142

5.7.2 评价方法 143

5.8 本章小结 144

第6章 医学图像融合 146

6.1 医学图像融合概述 146

6.2 医学图像融合分类 148

6.3 简单的医学图像融合方法 150

6.4 基于塔形分解的医学图像融合方法 151

6.4.1 基于拉普拉斯金字塔的医学图像融合 152

6.4.2 基于比率金字塔的医学图像融合 155

6.4.3 基于对比度金字塔的医学图像融合 156

6.4.4 基于梯度金字塔的医学图像融合 157

6.5 基于小波变换的医学图像融合方法 158

6.5.1 小波变换的基础理论 159

6.5.2 图像的二维小波分解 161

6.5.3 基于小波变换的医学图像融合 163

6.6 医学图像融合评价指标 165

6.6.1 主观评价指标 166

6.6.2 客观评价指标 166

6.7 本章小结 168

第7章 医学图像三维重建 169

7.1 医学图像三维重建概述 169

7.1.1 基本概念 170

7.1.2 医学图像三维重建流程 172

7.1.3 医学图像三维重建算法分类 172

7.1.4 医学图像三维重建主要应用 173

7.2 医学图像三维重建算法 174

7.2.1 面绘制算法 174

7.2.2 体绘制算法 177

7.2.3 面绘制与体绘制的比较 180

7.3 移动立方体算法 181

7.3.1 移动立方体算法的原理 181

7.3.2 移动立方体算法存在的问题 185

7.3.3 对移动立方体算法的改进 187

7.4 光线投射算法 191

7.4.1 光线投射算法的基本原理 191

7.4.2 光线投射算法流程 191

7.4.3 对光线投射算法的优化 195

7.5 基于GPU的医学图像三维重建算法 199

7.5.1 可编程GPU简介 199

7.5.2 基于GPU的体绘制 200

7.5.3 GPU体绘制算法流程 201

7.6 本章小结 202

第8章 医学图像处理在放射治疗中的应用 203

8.1 放射治疗技术的发展 203

8.1.1 三维适形放疗 203

8.1.2 调强放射治疗 204

8.1.3 图像引导放疗 206

8.1.4 剂量引导放疗 208

8.1.5 自适应放疗 208

8.2 放疗计划系统的软硬件组成 209

8.2.1 放疗计划软件系统 209

8.2.2 直线加速器 209

8.2.3 多叶光栅MLC 210

8.2.4 独立准直器 210

8.2.5 模拟定位机 210

8.2.6 电子射野影像装置EPID 211

8.2.7 锥形束计算机断层扫描技术CBCT 212

8.2.8 平板探测器FPD 213

8.3 基于医学图像处理的放疗计划软件系统 214

8.3.1 放疗计划软件系统概述 214

8.3.2 RTPS中的医学图像处理关键技术 215

8.3.3 系统功能及实施流程 216

8.3.4 系统的各模块功能及实现 217

8.4 本章小结 222

第9章 基于DICOM标准的PACS系统 224

9.1 PACS概述 224

9.1.1 PACS概念的提出 224

9.1.2 PACS的国内外进展 225

9.1.3 PACS的基本构成 226

9.1.4 PACS系统的应用 226

9.2 数字医学图像的DICOM标准 227

9.2.1 DICOM标准发展概述 227

9.2.2 DICOM的总体结构和主要内容 228

9.2.3 DICOM标准中涉及的基本概念和定义 229

9.2.4 DICOM信息模型及数据结构 230

9.2.5 DICOM文件结构和文件解析 234

9.2.6 DICOM的网络通信 236

9.2.7 DICOM标准的意义 238

9.3 PACS的软件体系结构 238

9.3.1 C/S架构 238

9.3.2 B/S架构 240

9.3.3 分布式架构 241

9.3.4 基于CORBA的三层分布式PACS的体系结构 242

9.4 PACS中的关键技术 244

9.4.1 存储技术和数据库技术 244

9.4.2 影像数据获取技术 245

9.4.3 医学影像显示技术 246

9.4.4 医学图像处理与压缩技术 246

9.4.5 系统集成技术 247

9.5 PACS的主要影响因素及发展趋势 248

9.5.1 影响PACS功能和性能的主要因素 248

9.5.2 PACS的发展趋势 249

9.6 本章小结 250

第10章 医学图像处理与分析软件平台 251

10.1 算法工具包 251

10.1.1 医学图像分割与配准工具包ITK 251

10.1.2 可视化工具包VTK 255

10.1.3 集成化医学图像处理与分析算法研发平台MITK 258

10.1.4 图像导航手术工具包IGSTK 261

10.2 国内外医学影像处理与分析软件 263

10.2.1 VolView 263

10.2.2 VGStudio MAX 264

10.2.3 3D Doctor 266

10.2.4 3D Slicer 267

10.2.5 MedINRIA 267

10.2.6 GIMIAS 268

10.2.7 MeVisLab 269

10.2.8 3DMed 270

10.2.9 Medical Imaging Interaction Toolkit 272

10.3 本章小结 273

参考文献 274