医学成像物理 第4版PDF电子书下载

1．医学中的成像技术 1

目的 1

引言 1

医学成像的发展 2

成像技术的渐进式发展 3

分子医学 3

历史上的诊断方法 4

医学成像的简要历史 4

计算机断层成像术（CT）的引入 5

结论 5

参考文献 6

2．物质结构 8

目的 8

原子 8

原子结构 8

电子的量子力学描述 9

电子结合能和能级 9

电子跃迁，特征发射和俄歇发射 10

荧光产率 11

固体 11

超导电性 12

原子核 12

原子核能级 12

核力和稳定性 13

原子核结合能 13

原子核的裂变与聚变 14

核自旋和核磁矩 14

原子核的命名法 15

问题 15

总结 16

参考文献 16

3．放射性衰变 21

目的 21

核稳定性和核衰变 21

α衰变 21

衰变图解 22

β衰变 22

核稳定性 22

负电子衰变 22

正电子衰变和电子俘获 23

同质异能跃迁 24

放射性衰变数学表达 24

衰变方程式和半衰期 25

瞬时平衡 27

长期平衡 27

天然放射现象和衰变系 28

人造放射性核素 28

用中子轰击制造核素的数学问题 29

有关放射性核素的信息 29

问题 29

总结 30

参考文献 30

4．辐射的相互作用 35

目的 35

相互作用的特征 35

直接电离辐射 35

电子相互作用 36

电子散射 36

原子核引起的弹性散射 37

原子核引起的非弹性散射 37

带电重粒子之间的相互作用 37

间接电离辐射 38

中子相互作用 38

X辐射和γ辐射的衰减 38

X-线束和γ-线束的衰减 38

过滤 41

能量吸收和能量传递 41

相干散射：电离辐射 42

光电吸收 42

康普顿（非相干）散射 43

对电子的产生 44

非电离辐射 45

电磁辐射 45

紫外线 46

可见光 47

红外线 47

雷达 47

AM（Amplitude Modulation，调幅）和FM（Frequency Modulation，调频）广播和电视 47

非电离电磁辐射的相互作用 47

可见光的散射 47

问题 48

总结 48

参考文献 48

5．X-线的产生 54

目的 54

引言 54

通用X-线管 54

电子源 54

管电压和电压波形 55

灯丝电流和管电流之间的关系 56

发射光谱 56

滤过 57

管电压 57

管电流和时间 57

靶材料 58

管真空 59

封装和球管封套 59

特殊用途的X-线管 60

栅控X-线管 61

场发射X-线管 61

钼靶X-线管 61

X-线管的额定功率 61

最大管电压、灯丝电流和灯丝电压 61

最大能量 61

问题 64

总结 64

参考文献 65

6．辐射量与辐射质 69

目的 69

强度 69

传统单位与系统国际单位 71

辐射曝光量 71

每单位曝光的能量与光子注量（积分通量） 72

辐射剂量单位 73

戈瑞 73

西弗特 73

相对生物效应剂量（RBE） 74

剂量当量 74

有效剂量当量 75

当量剂量 75

有效剂量 75

辐射剂量测量 76

量热计剂量测定法 76

照相剂量测定法 76

化学剂量测定法 77

闪烁剂量测定法 77

热致发光（热释光）剂量测定法 78

其他固态辐射剂量器 78

电离测量 78

自由空气电离室 79

指形电离室 80

电容器电离室 81

辐射的质 81

半价层（HVL） 81

穿越X-线束的质的变化 82

X-线束的光谱分布 82

问题 82

总结 83

参考文献 84

7．X-线和γ-线在人体内的相互作用 88

目的 88

引言 88

F因子 88

组织中X-线和γ-线的衰减 89

骨骼外软组织接收到的剂量 90

高电压放射摄影术 90

低电压放射摄影术 91

造影剂 91

问题 92

总结 92

参考文献 92

8．用于定量测量的辐射探测器 94

目的 94

电离室 94

脉冲型电离室 94

电流型电离室 95

电离室的应用 96

正比计数器 96

盖革-缪勒电子管 97

固体闪烁探测器 98

闪烁探测的原理 98

闪烁晶体 98

安装闪烁晶体 99

光电倍增管 99

NaI（T1）探测器的能量依赖性 99

液体闪烁探测器 99

半导体辐射探测器 100

半导体探测器的响应 100

半导体探测器的特征 101

半导体探测器的应用 101

问题 101

总结 102

参考文献 102

9．核数据的累积和分析 107

目的 107

引言 107

计数系统 107

前置放大器 107

放大器 107

脉冲高度分析器 108

多道分析器 109

定标器和计时器 110

高压电源 110

放射性测量中的确定性误差 110

本底计数率 110

分辨时间 110

探测器效率 111

部分发射 111

探测器几何形状 111

散射 111

空气和窗口吸收 112

自吸收 112

γ线光谱测定法 112

脉冲高度谱 113

光峰 113

康普顿谷、边缘和坪台 113

X-线逃逸峰 113

特征X-线峰 114

反向散射峰 114

湮灭峰 114

湮灭逃逸峰 114

符合峰 114

韧致辐射 114

光峰计数 115

用于临床研究的放射性药物 115

问题 116

总结 117

参考文献 117

10．计算机和图像网络 122

目的 122

历史 122

数据的机器表示法 123

数字和基数 123

数值和逻辑运算 123

位、字节、字 124

字母和符号的存储 124

图像存储：像素 124

模拟／数字和数字／模拟转换器 126

计算机系统硬件 126

输入和输出 127

中央处理器 127

特殊处理器 127

速度：兆赫兹、每秒百万条指令、每秒百万浮点运算 128

存储器 129

软件 129

网络 129

网络组件和结构 129

接口 131

传输媒介 131

数据压缩 131

显示台和标准 132

问题 132

总结 133

参考文献 133

11．概率和统计 139

目的 139

引言 139

误差性质 139

概率分布 140

泊松分布 140

正态分布 140

信号与噪声 141

描述概率分布的方法 142

平均数、中位数、众数 142

平均数 142

中位数 142

众数 142

标准偏差 142

误差传播 143

描述精度的其它方法 145

分数标准偏差 145

均值标准偏差 145

选定的统计检验 146

学生t检验 146

卡方（x2）检验 146

总结 148

问题 148

参考文献 148

12．核成像仪器 151

目的 151

引言 151

积聚和排泄速率的测量 151

甲状腺摄取 151

稀释研究 152

时间-活度（动态）研究 153

单晶体闪烁相机 153

闪烁相机的工作原理 154

准直器 154

替代准直器的编码孔径 155

闪烁晶体 155

光导 155

光电倍增管（Photomultiplier Tube,PM管） 156

光电倍增管前置放大器 156

位置编码矩阵 156

求和放大器 156

偏转放大器 156

脉冲求和（加法）电路 157

阴极射线管（CRT） 157

处理、显示及记录 157

闪烁相机的分辨时间特征 158

多晶体闪烁相机 158

固态照相机 158

直线扫描仪 159

发射型CT 159

纵向截面SPECT 159

横截面SPECT 159

PET 160

问题 161

总结 162

参考文献 162

13．放射摄影术 166

目的 166

X-线胶片 166

摄影过程 166

光学密度和胶片伽马值 167

胶片感光速度 168

胶片互易性 168

固有光学密度和胶片灰雾 168

处理X-线胶片 168

胶片分辨率 169

增感屏 169

结构和特性 169

放射摄影栅格 171

栅格的结构 171

栅格的类型 171

描述放射摄影栅格 172

移动栅格 173

栅格截止 173

空隙 173

移动狭缝放射摄影术 173

放大放射摄影术 174

数字放射摄影术 174

离散数字探测器 174

存储荧光体 174

胶片扫描 175

用于放射摄影术的大面积数字图像接收器 176

问题 176

总结 177

参考文献 177

14．荧光透视检查术 183

目的 183

荧光透视检查术与图像增强 183

X-线影像增强器管 183

影像增强器的增益与转换效率 184

影像增强器的分辨率与图像失真 185

影像增强器的大小 185

双重和三重射野增强器 185

荧光检查图像的电视显示 186

电视摄像机 186

荧光图像的电视扫描 186

数字荧光检查术 188

数字减影血管造影术 189

自动亮度控制 189

亮度传感器 189

自动亮度控制所控制的技术变量 189

峰值千伏电压的可变性 189

电流的可变性 189

峰值千伏电压-电流的可变性 189

脉冲宽度的可变性 190

组合电路 190

荧光电影摄制术 190

光学点片图像 191

问题 191

总结 191

参考文献 192

15．CT 194

目的 194

引言 194

历史 194

CT成像的原理 194

重建算法 195

扫描运动 196

第一代到第四代CT扫描仪 196

螺旋CT扫描 196

超快速CT扫描仪 197

X-线源 197

准直 198

X-线探测器 198

观察系统 198

病人剂量 199

质量控制 199

总结 200

问题 200

参考文献 201

16．图像质量的影响因素 204

目的 204

引言 204

失锐 204

几何失锐 204

主题失锐 205

运动失锐 206

接受器失锐 206

对比度 207

固有对比度 207

成像技术 207

造影剂 207

接受器对比度 208

图像噪声 208

结构噪声 208

辐射噪声 209

接受器噪声 209

量子斑点 210

图像失真与伪影 210

总结 211

问题 211

参考文献 211

17．图像质量的解析描述 214

目的 214

引言 214

点响应 214

线响应 214

对比度响应 215

调制传递函数 215

量子能级和转换效率 216

总结 217

问题 217

参考文献 217

18．视觉感知 219

目的 219

引言 219

人类视觉 220

人眼的解剖结构和生理机能 220

视觉的特性 221

视觉信息的探测 222

信号-噪声模型 222

计算模型 222

信号通道模型 222

视敏度 223

对比度鉴别力 223

视觉信息的识别和解释 223

视觉性能的表达方式 224

对比度-细节分析 224

显著性 224

真值表 224

相对工作特性分析 225

总结 225

问题 225

参考文献 226

19．超声波 229

目的 229

引言 229

历史 229

波的运动 229

波的特性 230

超声波的强度 230

超声波的速度 231

超声波的衰减 231

反射 233

折射 234

吸收 235

总结 235

问题 236

参考文献 236

20．超声换能器 239

目的 239

引言 239

压电效应 239

换能器设计 239

换能器的频率响应 240

超声束 241

波前 241

超声束轮廓 242

聚焦换能器 243

多普勒探测器 243

多元件换能器 244

换能器损坏 245

问题 245

总结 245

参考文献 245

21．超声诊断仪 248

目的 248

显像模式 248

A型超声 248

B型超声 248

M型超声 249

获取图像所需时间 249

系统组件 250

信号处理 250

预处理 250

后处理 251

动态范围 251

超声图像的伪影 252

斑点 252

遮掩与增强 252

多重路径 252

折射 252

质量控制 252

质量控制测试 253

问题 253

总结 254

参考文献 254

22．多普勒效应 259

目的 259

引言 259

多普勒频移的起源 259

脉冲多普勒 261

频谱分析 262

频率谱 262

频谱轨迹 262

彩色映射 262

多谱勒的定量使用 263

多谱勒系统的局限性 263

脉冲重复频率 263

频谱变宽 264

问题 264

总结 264

参考文献 265

23．磁共振基本原理 267

目的 267

原子核与静态磁场的相互作用 267

转动和进动 267

原子核与射频波的相互作用：章动 268

磁共振信号在线圈中的感应 268

量子力学解释 269

宏观磁化 269

弛豫过程：T1和T2 270

生物材料的弛豫时间（T1和T2） 271

问题 272

总结 272

参考文献 272

24．磁共振成像与频谱分析 276

目的 276

概述：磁共振作为一种人体探测器 276

脉冲序列 276

自由感应衰减 276

自旋回波 277

Carr-Purcall-Meiboom-Gill 277

反转恢复 277

磁共振成像信号的空间编码 278

敏感点方法 278

二维傅里叶变换 278

运动抑制技术 280

患者运动的抑制 280

运动影响的消除 280

快速扫描技术 280

半傅里叶技术 281

时变梯度 281

造影剂 281

功能MRI（fMRI） 282

磁共振成像中的组织对比度 282

自旋回波 282

自旋回波脉冲序列中对比度的总结 283

反转恢复 283

梯度回波 284

MR血管造影术 284

磁共振频谱学 284

用于在体频谱学的原子核 285

31P 285

1H 285

23Na,39K 286

13C 286

19F 286

化学位移成像 286

问题 287

总结 287

参考文献 287

25．磁共振成像：设备、生物效应和选址规划 296

目的 296

主系统磁体 296

电磁体 296

永磁体 297

梯度磁场 297

射频线圈 297

发射和接收线圈 297

影响接收线圈性能的因素 297

电子组件 298

计算机 298

伪影 298

异物伪影 298

磁场 298

梯度场 299

射频 299

运动 299

化学位移 299

质量保证 299

生物效应 300

静态磁场 300

时变磁场 301

射频电磁波 301

选址规划 302

磁场均匀性 302

射频干扰 302

病人和工作人员安全 303

总结 303

参考文献 304

26．实验放射生物学 308

目的 308

引言 308

细胞和组织水平的相互作用 308

细胞存活研究 309

细胞响应的修正 310

氧 310

线性能量传递 310

剂量率和分割 310

细胞周期 310

分割剂量存活曲线 311

辐射防护剂和辐射增敏剂 311

动物研究 312

躯体效应 312

遗传效应 312

总结 313

参考文献 313

27．人类放射生物学 316

目的 316

辐射的随机效应 316

辐射的非随机效应 316

造血系统综合征 316

胃肠综合征 317

脑血管综合征 317

个体和群体的剂量学 318

本底辐射 318

天然本底辐射 318

人造本底辐射 319

接受非正常水平辐射的人群 320

原子弹爆炸幸存者 320

早期的放射学家、护士和技术人员 320

铀矿和其它矿矿工 320

镭表盘漆工 320

放射治疗病人 320

诊断放射病人 321

核武器试验 321

居住在高天然本底辐射地区的居民 321

航空和太空旅行：遭遇宇宙射线和太阳耀斑 321

核事故 322

剂量-效应模型 322

剂量的影响 322

剂量率的影响 323

影响剂量-效应模型的因素 324

估计辐照的风险：BEIR报告 325

对胚胎的影响 327

遗传效应 327

信息来源 327

总结 329

参考文献 329

28．外辐射源的防护 334

目的 334

辐射防护的管理机构 335

有效剂量限值 335

职业照射人员辐射剂量 335

公众辐射剂量 337

人群曝光量、性腺剂量、遗传显著性剂量 337

对X、γ辐射源的安全建议 337

辐射源的防护装置 337

对小型密闭γ辐射源的保护 338

X-线束的初级屏蔽物 338

散射X-辐射的次级屏蔽物 340

漏辐射的次级屏蔽物 341

X-线胶片的特殊防护要求 342

防护建议的变化 343

放射诊断学中对病人剂量的估计 343

区域和员工的监测 344

问题 344

总结 345

参考文献 345

29．内辐射源的防护 348

目的 348

引言 348

待积剂量当量 348

估计内剂量 348

来自内放射活度的辐射剂量 349

标准人 349

内部剂量的测量 350

内部吸收剂量 350

放射性核素的安全使用建议 353

总结 353

参考文献 353

30．医学成像未来的发展 356

目的 356

引言 356

新成像方法 356

电源成像 356

磁源成像 357

电阻抗成像 357

微波计算机断层摄影术 357

可见光成像 357

相位对比度X-线成像 358

信息管理和通信 358

成本 358

软拷贝观察 359

组件不相容 359

数据存储要求 359

工作站设计 359

先前的记录 359

地位之战 359

实时查询 360

技术评估 360

放射学的专业知识 360

总结 360

参考文献 361

部分习题答案 362

附录 364