第1章 概述 1
1.1 医学成像的发展史和现状 1
1.1.1 X射线摄影成像 1
1.1.2 X射线计算机断层成像 2
1.1.3 磁共振成像 3
1.1.4 核医学成像 4
1.1.5 医学超声成像 5
1.2 医学影像在临床应用中的重要作用 6
1.3 医学成像系统的一般性规律 9
1.3.1 医学成像的一般过程 9
1.3.2 多学科交叉促进医学影像的进步和原始创新 10
1.4 医学成像系统的发展趋势 10
1.4.1 医学成像系统向微创或无创发展 11
1.4.2 多模态融合是影像设备发展的重要趋势 11
1.4.3 分子影像技术在疾病的早期检测、机理研究和新药研发方面将发挥重要作用 12
1.5 医学成像技术的学科和产业背景 13
1.5.1 生物医学影像是生物医学工程学科的重要组成部分 13
1.5.2 生物医学影像设备产业和市场状况 14
习题 14
第2章 X射线摄影成像 15
2.1 X射线的发现和物理本质 15
2.1.1 X射线的发现 15
2.1.2 X射线的物理本质 15
2.2 X射线的产生 17
2.2.1 X射线产生的微观物理机制 17
2.2.2 X射线产生的宏观设备器件 19
2.3 X射线与物质的相互作用 27
2.3.1 X射线的质和量 27
2.3.2 X射线与物质相互作用的宏观效应 30
2.3.3 X射线与物质相互作用的微观机制 31
2.3.4 X射线束与物质的相互作用 36
2.3.5 X射线与人体的相互作用 37
2.4 X射线摄影成像 39
2.4.1 屏片X射线摄影成像 40
2.4.2 CR 41
2.4.3 DR 43
2.4.4 探测器性能评价 50
2.4.5 DR的典型临床应用 52
2.5 X射线透视和DSA 58
2.5.1 X射线透视 58
2.5.2 数字减影血管成像 59
习题 63
第3章 计算机断层成像 64
3.1 CT的发展和概述 64
3.2 CT投影和重建算法 66
3.2.1 CT投影 67
3.2.2 Radon空间与变换 69
3.2.3 图像重建理论 70
3.2.4 图像重建算法 73
3.3 扇形束反投影重建算法 82
3.3.1 等角度扇形束扫描的图像重建算法 83
3.3.2 等距离扇形束扫描的图像重建算法 86
3.4 迭代重建 90
3.4.1 代数重建方法 90
3.4.2 统计迭代重建 94
3.5 螺旋CT 98
3.5.1 螺旋CT的特点 98
3.5.2 螺旋截距 99
3.5.3 图像重建算法 99
3.5.4 多层螺旋CT 100
3.6 CT图像显示、质量和伪影 102
3.6.1 CT图像显示 102
3.6.2 CT图像质量 103
3.6.3 伪影 104
3.7 CT扫描设备的基本结构 108
3.7.1 扫描机架系统 108
3.7.2 X射线球管 109
3.7.3 高压发生器 111
3.7.4 探测器 111
3.7.5 数据采集系统（DAS） 112
3.7.6 准直器 112
3.7.7 过滤器 113
3.7.8 重建引擎 113
3.8 特定用途CT 114
3.8.1 心脏CT（cardiac CT） 114
3.8.2 平板探测器CT 115
3.8.3 多X射线球管CT（multiple X-ray tube CT） 117
3.8.4 多焦点X射线球管CT 118
3.8.5 双能CT 119
3.9 CT辐射剂量和降低措施 122
3.9.1 CT辐射剂量 122
3.9.2 CT剂量降低技术和措施 123
习题 126
第4章 磁共振成像 128
4.1 磁共振物理基础 128
4.1.1 自旋和角动量 128
4.1.2 磁矩 129
4.1.3 进动 130
4.1.4 塞曼能级分裂 131
4.1.5 宏观磁化矢量 132
4.1.6 核磁共振现象 134
4.1.7 信号测量和加权 141
4.1.8 NMR测量 145
4.2 MR图像 145
4.2.1 层面选择 145
4.2.2 位置编码：k理论 147
4.2.3 失相位现象 150
4.2.4 基本成像脉冲序列 152
4.3 图像品质 171
4.3.1 对比度 171
4.3.2 分辨率 172
4.3.3 噪声 173
4.3.4 伪影 174
4.4 MRI成像系统构造 176
4.4.1 磁体系统 176
4.4.2 梯度系统 181
4.4.3 射频系统 184
4.5 生物效应和安全 187
4.5.1 生物效应 187
4.5.2 安全 188
4.6 未来展望 189
习题 189
第5章 核医学成像 193
5.1 核医学物理化学基础 194
5.1.1 放射性核素 194
5.1.2 放射性核素的产生 195
5.1.3 放射性药物及其选择性聚集机制 195
5.2 核医学探测器 197
5.2.1 核医学探测器种类 197
5.2.2 探测器材料的物理特性 198
5.2.3 核医学探测器的基本性能 199
5.3 核医学平面成像设备 200
5.3.1 γ相机系统构成 201
5.3.2 成像准直器 201
5.3.3 γ相机闪烁晶体 203
5.3.4 γ相机电子学系统 203
5.4 单光子发射计算机断层成像 206
5.4.1 SPECT探测器 207
5.4.2 SPECT衰减校正 208
5.4.3 SPECT图像重建 210
5.5 正电子发射计算机断层成像 210
5.5.1 PET成像物理原理 210
5.5.2 PET探测器 212
5.5.3 符合探测 214
5.5.4 PET数据采集模式 216
5.5.5 PET图像重建 217
5.5.6 飞行时间PET技术 219
5.6 PET/CT/MRI多模成像系统 219
5.7 小动物PET 222
习题 224
第6章 医学超声成像 226
6.1 医学超声的物理基础 226
6.1.1 超声波的一般概念 226
6.1.2 超声波的产生 227
6.1.3 均匀介质中波的传播 227
6.1.4 非均匀介质中波的转播 230
6.1.5 多普勒效应 232
6.2 A型、M型、B型超声成像原理 233
6.2.1 A型超声诊断仪 233
6.2.2 M型超声诊断仪 233
6.2.3 B型超声的扫描方式 234
6.3 多普勒成像原理 237
6.3.1 连续多普勒超声诊断仪 238
6.3.2 脉冲多普勒诊断仪 238
6.3.3 彩色多普勒超声诊断仪 240
6.3.4 能量多普勒成像 242
6.4 超声成像系统的组成部分 243
6.4.1 医学超声系统结构 244
6.4.2 换能器 245
6.4.3 前端部分 246
6.4.4 中端部分 249
6.4.5 后端部分 251
6.5 超声成像的信号、信道、指标与相关算法 252
6.5.1 超声发射信号的形式及其特性 252
6.5.2 超声信号与系统的主要指标 253
6.5.3 超声发射通道 257
6.5.4 波束形成的基本理论 259
6.5.5 数字超声接收处理通道 263
6.6 超声弹性成像 266
6.6.1 弹性成像基本原理 267
6.6.2 超声弹性成像的分类 267
6.6.3 一维位移／应变估计的基本算法 268
6.6.4 二维位移／应变估计的基本算法 270
6.7 超声成像新技术 273
6.7.1 血管内超声成像 273
6.7.2 超声造影成像 275
6.7.3 光声成像 276
习题 278
第7章 医学影像后处理 279
7.1 基本的医学影像处理技术 280
7.1.1 图像再现 280
7.1.2 图像增强 286
7.1.3 图像分割 291
7.1.4 特征检测 293
7.1.5 图像配准及融合 295
7.2 主要的医学影像处理应用 298
7.2.1 X-ray影像处理应用 298
7.2.2 CT影像处理应用 300
7.2.3 MR影像后处理应用 312
7.2.4 核医学影像后处理 312
7.2.5 超声影像后处理应用 312
7.3 医学影像处理的发展趋势 315
7.3.1 从结构分析到功能分析 316
7.3.2 多影像融合 316
7.3.3 多信息综合辅助诊断 317
习题 317
参考文献 318