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