醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與系統(tǒng)是一門綜合性的工程學(xué)課程，包含了數(shù)理科學(xué)、電子信息技術(shù)和機(jī)械制造等學(xué)科知識(shí)，主要研究醫(yī)學(xué)圖像采集、重建、顯示、傳輸、存儲(chǔ)、處理和解讀等一系列過程。利用不同模態(tài)、無創(chuàng)（或微創(chuàng)）的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)可以獲取反映人體內(nèi)部組織形態(tài)和功能變化的醫(yī)學(xué)影像，從而挖掘出重要病理特征和相關(guān)知識(shí)。這種多模態(tài)、多維度、多尺度、動(dòng)態(tài)的、定量化信息將人類對(duì)于健康和疾病的認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)前所未有的水平，也推動(dòng)了整個(gè)醫(yī)療過程正由“以疾病為中心的模式”向“以健康為中心的模式”演變。日新月異的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)極大地延伸了人們觀察世界的能力，在推動(dòng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)快速進(jìn)步的同時(shí)，也不斷地受到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中新需求的挑戰(zhàn)，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)在持續(xù)創(chuàng)新中得到傳承和發(fā)展�？傮w上，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)正在由解剖結(jié)構(gòu)向生理生化功能、由靜態(tài)向動(dòng)態(tài)、由定性向定量、由模擬向數(shù)字、由組織非特異向靶向、由單純?cè)\斷向診斷治療發(fā)展。同時(shí)，無創(chuàng)、多模態(tài)融合和分子影像也是醫(yī)學(xué)成像技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。相應(yīng)地，醫(yī)學(xué)影像裝備制造始終是一個(gè)具有高科技含量和高附加值的高科技行業(yè)，體現(xiàn)著一個(gè)國(guó)家整體的科技水平和綜合競(jìng)爭(zhēng)力。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)的醫(yī)學(xué)影像裝備制造起步較晚，醫(yī)學(xué)成像的核心技術(shù)和專業(yè)人才極其匱乏，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與系統(tǒng)有必要成為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科和碩士研究生的核心必修專業(yè)課程之一。1998年，中國(guó)的第一臺(tái)CT在東北大學(xué)和東軟集團(tuán)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的實(shí)踐中誕生。這不僅打破了國(guó)外產(chǎn)品和技術(shù)對(duì)中國(guó)醫(yī)學(xué)影像裝備的長(zhǎng)期壟斷，更開啟了中國(guó)高校產(chǎn)學(xué)研模式的新變革。編者在多年的產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的實(shí)踐中，深感現(xiàn)有教材在知識(shí)全面性、技術(shù)鮮活性及理論聯(lián)系實(shí)際等方面尚無法滿足人才培養(yǎng)的實(shí)際需求。在教育部教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)工程碩士培養(yǎng)專家組的鼓勵(lì)和倡導(dǎo)下，我們組成了以東北大學(xué)中荷生物醫(yī)學(xué)與信息工程學(xué)院和東軟醫(yī)療系統(tǒng)有限公司相關(guān)研究人員和產(chǎn)業(yè)專家為核心的教材編著團(tuán)隊(duì)。歷時(shí)4年的積累和完善，完成了本書的編著工作。本書受益于近些年蓬勃發(fā)展的生物醫(yī)學(xué)工程研究和醫(yī)學(xué)影像產(chǎn)業(yè)，在借鑒國(guó)內(nèi)外大量參考資料的同時(shí)，還緊密結(jié)合工程轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐，力求做到內(nèi)容全面、結(jié)構(gòu)合理、詳略得當(dāng)、貼近產(chǎn)業(yè)第一線，成為一本實(shí)用型的工程教材。本書共7章。第1章概述了醫(yī)學(xué)成像的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀、醫(yī)學(xué)影像在臨床應(yīng)用中的重要作用，并歸納和總結(jié)醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的一般性規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)；第2~6章分別闡述了臨床中廣泛應(yīng)用的5種成像模態(tài)，即X射線攝影成像、計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)（computed tomography, CT）、磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）、核醫(yī)學(xué)成像和醫(yī)學(xué)超聲成像。對(duì)于每種成像模態(tài)，都從物理和化學(xué)基礎(chǔ)、成像原理、成像過程、系統(tǒng)架構(gòu)、核心部件、基本成像技術(shù)和重要最新技術(shù)，以及典型的臨床應(yīng)用、生物效應(yīng)與安全等幾個(gè)維度展開。第7章是關(guān)于醫(yī)學(xué)影像的后處理技術(shù)，包括圖像再現(xiàn)、增強(qiáng)、分割、特征檢測(cè)、配準(zhǔn)與融合等，也包括肺部、心臟、乳腺、結(jié)腸、腦部等方面的臨床應(yīng)用和影像處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。本書是由東北大學(xué)和東軟醫(yī)療系統(tǒng)有限公司相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)合作完成的�？笛憬淌谡w組織和策劃了全書的編寫，并與齊守良副教授聯(lián)合撰寫了第1章和第3章，齊守良副教授撰寫了第2章和第4章，項(xiàng)士海副教授撰寫了第5章，張耀楠教授撰寫了第6章，李宏博士和李建華博士共同撰寫了第7章。東軟派斯通醫(yī)療系統(tǒng)有限公司吳國(guó)城工程師參與了第5章的撰寫，東軟醫(yī)療系統(tǒng)有限公司李雙學(xué)總工程師和胡紅兵博士參與了前期策劃和后期審稿，金程工程師參與了第6章的撰寫。書中部分研究成果得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51006021，61071213）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（N110419001）和遼寧省科技項(xiàng)目教育廳一般項(xiàng)目（L2012080）的資助。感謝徐明杰、吳昊、鄒云鵬等在部分章節(jié)整理和插圖繪制過程中給予的幫助。本書可作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生和研究生的入門教材，對(duì)從事醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)研究和開發(fā)的工程技術(shù)人員、醫(yī)學(xué)影像專業(yè)的醫(yī)師和工作人員也有一定參考價(jià)值。作為教材時(shí)，建議理論授課50學(xué)時(shí)，并設(shè)置相應(yīng)仿真和實(shí)驗(yàn)課20學(xué)時(shí)。國(guó)內(nèi)高校可根據(jù)實(shí)際情況有重點(diǎn)地選擇部分內(nèi)容深入講解，同時(shí)可考慮補(bǔ)充一些線性系統(tǒng)理論的知識(shí)，如信號(hào)與系統(tǒng)、傅里葉變換、信號(hào)采樣與重建等。與本書配套的雙語教學(xué)課件也已經(jīng)制作完畢。采用本書作為教材的教師可通過電子郵件（kangyan@bmie.neu.edu.cn或qisl@bmie.neu.edu.cn）聯(lián)系編者。當(dāng)前科技迅猛發(fā)展，產(chǎn)業(yè)跨界融合，給醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與系統(tǒng)的教材編著工作帶來了極大的挑戰(zhàn)，準(zhǔn)確描述全部知識(shí)點(diǎn)十分困難，加上編著團(tuán)隊(duì)時(shí)間和精力的限制，盡管已經(jīng)十分努力，但仍難免存在遺漏和不準(zhǔn)確之處，懇請(qǐng)讀者給予批評(píng)和指正，以便再版時(shí)修改。
康雁齊守良2014年8月于沈陽
第1章 概述
1.1 醫(yī)學(xué)成像的發(fā)展史和現(xiàn)狀
1.1.1 X射線攝影成像
1.1.2 X射線計(jì)算機(jī)斷層成像
1.1.3 磁共振成像
1.1.4 核醫(yī)學(xué)成像
1.1.5 醫(yī)學(xué)超聲成像
1.2 醫(yī)學(xué)影像在臨床應(yīng)用中的重要作用
1.3 醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的一般性規(guī)律
1.3.1 醫(yī)學(xué)成像的一般過程
1.3.2 多學(xué)科交叉促進(jìn)醫(yī)學(xué)影像的進(jìn)步和原始創(chuàng)新
1.4 醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
1.4.1 醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)向微創(chuàng)或無創(chuàng)發(fā)展
1.4.2 多模態(tài)融合是影像設(shè)備發(fā)展的重要趨勢(shì)
1.4.3 分子影像技術(shù)在疾病的早期檢測(cè)、機(jī)理研究和新藥研發(fā)方面將發(fā)揮重要作用
1.5 醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的學(xué)科和產(chǎn)業(yè)背景
1.5.1 生物醫(yī)學(xué)影像是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的重要組成部分
1.5.2 生物醫(yī)學(xué)影像設(shè)備產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)狀況
習(xí)題
第2章 X射線攝影成像
2.1 X射線的發(fā)現(xiàn)和物理本質(zhì)
2.1.1 X射線的發(fā)現(xiàn)
2.1.2 X射線的物理本質(zhì)
2.2 X射線的產(chǎn)生
2.2.1 X射線產(chǎn)生的微觀物理機(jī)制
2.2.2 X射線產(chǎn)生的宏觀設(shè)備器件
2.3 X射線與物質(zhì)的相互作用
2.3.1 X射線的質(zhì)和量
2.3.2 X射線與物質(zhì)相互作用的宏觀效應(yīng)
2.3.3 X射線與物質(zhì)相互作用的微觀機(jī)制
2.3.4 X射線束與物質(zhì)的相互作用
2.3.5 X射線與人體的相互作用
2.4 X射線攝影成像
2.4.1 屏片X射線攝影成像
2.4.2 CR
2.4.3 DR
2.4.4 探測(cè)器性能評(píng)價(jià)
2.4.5 DR的典型臨床應(yīng)用
2.5 X射線透視和DSA
2.5.1 X射線透視
2.5.2 數(shù)字減影血管成像
習(xí)題
第3章 計(jì)算機(jī)斷層成像
3.1 CT的發(fā)展和概述
3.2 CT投影和重建算法
3.2.1 CT投影
3.2.2 Radon空間與變換
3.2.3 圖像重建理論
3.2.4 圖像重建算法
3.3 扇形束反投影重建算法
3.3.1 等角度扇形束掃描的圖像重建算法
3.3.2 等距離扇形束掃描的圖像重建算法
3.4 迭代重建
3.4.1 代數(shù)重建方法
3.4.2 統(tǒng)計(jì)迭代重建
3.5 螺旋CT
3.5.1 螺旋CT的特點(diǎn)
3.5.2 螺旋截距
3.5.3 圖像重建算法
3.5.4 多層螺旋CT
3.6 CT圖像顯示、質(zhì)量和偽影
3.6.1 CT圖像顯示
3.6.2 CT圖像質(zhì)量
3.6.3 偽影
3.7 CT掃描設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)
3.7.1 掃描機(jī)架系統(tǒng)
3.7.2 X射線球管
3.7.3 高壓發(fā)生器
3.7.4 探測(cè)器
3.7.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）
3.7.6 準(zhǔn)直器
3.7.7 過濾器
3.7.8 重建引擎
3.8 特定用途CT
3.8.1 心臟CT（cardiac CT）
3.8.2 平板探測(cè)器CT
3.8.3 多X射線球管CT（multiple X—ray tube CT）
3.8.4 多焦點(diǎn)X射線球管CT
3.8.5 雙能CT
3.9 CT輻射劑量和降低措施
3.9.1 CT輻射劑量
3.9.2 CT劑量降低技術(shù)和措施
習(xí)題
第4章 磁共振成像
4.1 磁共振物理基礎(chǔ)
4.1.1 自旋和角動(dòng)量
4.1.2 磁矩
4.1.3 進(jìn)動(dòng)
4.1.4 塞曼能級(jí)分裂
4.1.5 宏觀磁化矢量
4.1.6 核磁共振現(xiàn)象
4.1.7 信號(hào)測(cè)量和加權(quán)
4.1.8 NMR測(cè)量
4.2 MR圖像
4.2.1 層面選擇
4.2.2 位置編碼：k理論
4.2.3 失相位現(xiàn)象
4.2.4 基本成像脈沖序列
4.3 圖像品質(zhì)
4.3.1 對(duì)比度
4.3.2 分辨率
4.3.3 噪聲
4.3.4 偽影
4.4 MRI成像系統(tǒng)構(gòu)造
4.4.1 磁體系統(tǒng)
4.4.2 梯度系統(tǒng)
4.4.3 射頻系統(tǒng)
4.5 生物效應(yīng)和安全
4.5.1 生物效應(yīng)
4.5.2 安全
4.6 未來展望
習(xí)題
第5章 核醫(yī)學(xué)成像
5.1 核醫(yī)學(xué)物理化學(xué)基礎(chǔ)
5.1.1 放射性核素
5.1.2 放射性核素的產(chǎn)生
5.1.3 放射性藥物及其選擇性聚集機(jī)制
5.2 核醫(yī)學(xué)探測(cè)器
5.2.1 核醫(yī)學(xué)探測(cè)器種類
5.2.2 探測(cè)器材料的物理特性
5.2.3 核醫(yī)學(xué)探測(cè)器的基本性能
5.3 核醫(yī)學(xué)平面成像設(shè)備
5.3.1 y相機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成
5.3.2 成像準(zhǔn)直器
5.3.3 y相機(jī)閃爍晶體
5.3.4 y相機(jī)電子學(xué)系統(tǒng)
5.4 單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像
5.4.1 SPECT探測(cè)器
5.4.2 SPECT衰減校正
5.4.3 SPECT圖像重建
5.5 正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像
5.5.1 PET成像物理原理
5.5.2 PET探測(cè)器
5.5.3 符合探測(cè)
5.5.4 PET數(shù)據(jù)采集模式
5.5.5 PET圖像重建
5.5.6 飛行時(shí)間PET技術(shù)
5.6 PET／CT／MRI多模成像系統(tǒng)
5.7 小動(dòng)物PET
習(xí)題
第6章 醫(yī)學(xué)超聲成像
6.1 醫(yī)學(xué)超聲的物理基礎(chǔ)
6.1.1 超聲波的一般概念
6.1.2 超聲波的產(chǎn)生
6.1.3 均勻介質(zhì)中波的傳播
6.1.4 非均勻介質(zhì)中波的轉(zhuǎn)播
6.1.5 多普勒效應(yīng)
6.2 A型、M型、B型超聲成像原理
6.2.1 A型超聲診斷儀
6.2.2 M型超聲診斷儀
6.2.3 B型超聲的掃描方式
6.3 多普勒成像原理
6.3.1 連續(xù)多普勒超聲診斷儀
6.3.2 脈沖多普勒診斷儀
6.3.3 彩色多普勒超聲診斷儀
6.3.4 能量多普勒成像
6.4 超聲成像系統(tǒng)的組成部分
6.4.1 醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
6.4.2 換能器
6.4.3 前端部分
6.4.4 中端部分
6.4.5 后端部分
6.5 超聲成像的信號(hào)、信道、指標(biāo)與相關(guān)算法
6.5.1 超聲發(fā)射信號(hào)的形式及其特性
6.5.2 超聲信號(hào)與系統(tǒng)的主要指標(biāo)
6.5.3 超聲發(fā)射通道
6.5.4 波束形成的基本理論
6.5.5 數(shù)字超聲接收處理通道
6.6 超聲彈性成像
6.6.1 彈性成像基本原理
6.6.2 超聲彈性成像的分類
6.6.3 一維位移／應(yīng)變估計(jì)的基本算法
6.6.4 二維位移／應(yīng)變估計(jì)的基本算法
6.7 超聲成像新技術(shù)
6.7.1 血管內(nèi)超聲成像
6.7.2 超聲造影成像
6.7.3 光聲成像
習(xí)題
第7章 醫(yī)學(xué)影像后處理
7.1 基本的醫(yī)學(xué)影像處理技術(shù)
7.1.1 圖像再現(xiàn)
7.1.2 圖像增強(qiáng)
7.1.3 圖像分割
7.1.4 特征檢測(cè)
7.1.5 圖像配準(zhǔn)及融合
7.2 主要的醫(yī)學(xué)影像處理應(yīng)用
7.2.1 X-ray影像處理應(yīng)用
7.2.2 CT影像處理應(yīng)用
7.2.3 MR影像后處理應(yīng)用
7.2.4 核醫(yī)學(xué)影像后處理
7.2.5 超聲影像后處理應(yīng)用
7.3 醫(yī)學(xué)影像處理的發(fā)展趨勢(shì)
7.3.1 從結(jié)構(gòu)分析到功能分析
7.3.2 多影像融合
7.3.3 多信息綜合輔助診斷
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
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