《醫(yī)學成像系統(tǒng)(第2版)》介紹目前在臨床上廣泛使用的各種醫(yī)學成像系統(tǒng),包括投影X射線成像、X射線計算機斷層成像、放射性核素成像、超聲成像以及磁共振成像系統(tǒng)。
《醫(yī)學成像系統(tǒng)(第2版)》的特點是以線性系統(tǒng)的理論為基礎(chǔ),分析成像過程,以便使讀者更好地了解成像的機理及系統(tǒng)的性能!夺t(yī)學成像系統(tǒng)(第2版)》同時還提供對斷層圖像重建算法的實驗研究指導。
《醫(yī)學成像系統(tǒng)(第2版)》可供高等院校生物醫(yī)學工程專業(yè)的研究生或本科生用做教材,也可供有關(guān)專業(yè)的教師及工程技術(shù)人員閱讀參考。
隨著近代科學技術(shù)的發(fā)展,醫(yī)學成像系統(tǒng)已迅速發(fā)展成為一個專門的技術(shù)領(lǐng)域。各種類型的醫(yī)學圖像不僅使醫(yī)生有可能觀察到體內(nèi)臟器在形態(tài)學上的變化,而且有可能對臟器的功能作出判斷。目前,醫(yī)學成像系統(tǒng)已成為臨床與醫(yī)學研究中不可缺少的工具。
本書主要介紹目前臨床上廣泛使用的各種成像系統(tǒng),包括投影X射線成像、X射線計算機斷層成像、放射性核素成像、超聲成像以及磁共振成像系統(tǒng)。為了滿足系統(tǒng)分析的需要,本書在附錄A中扼要介紹了線性系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識,在附錄B中介紹了計算機斷層圖像重建算法的計算機仿真實驗研究方法。
鑒于醫(yī)學成像系統(tǒng)近十年來的新進展,本次再版中除了保留原版本中有關(guān)的基礎(chǔ)知識和基本概念外,將重點放在增添近年來發(fā)展起來的新技術(shù)與新方法上。具體增添的內(nèi)容包括:
(1) 在第2章投影X射線成像系統(tǒng)中增加了數(shù)字X射線成像系統(tǒng);
(2) 在第3章XCT中增加了螺旋CT、多排螺旋CT的內(nèi)容;
(3) 在第4章放射性核素成像系統(tǒng)中,加強了PET的內(nèi)容;
(4) 在第5章超聲成像系統(tǒng)中,增加了諧波成像、編碼激勵成像等內(nèi)容;
(5) 在第6章MRI成像系統(tǒng)中增加了快速成像等內(nèi)容;
(6) 在第7章中增加了PET/CT、fMRI等內(nèi)容。
本書除可供高等院校生物醫(yī)學工程專業(yè)的本科生或研究生用做教材外,也可供有關(guān)專業(yè)的教師及工程技術(shù)人員閱讀參考。
由于篇幅的限制,本書的內(nèi)容只包含了目前臨床上最常用的成像系統(tǒng),還有一些其他的成像系統(tǒng)沒有在書中提及,即使是書中
涉及的成像系統(tǒng),所介紹的內(nèi)容也有一定的局限性。另外,由于作者水平有限,書中難免會有錯誤與不妥之處,懇請廣大讀者給予批評、指正。
編者2010年1月
第1章 概述
1.1 歷史回顧與發(fā)展現(xiàn)狀
1.1.1 投影X射線成像系統(tǒng)
1.1.2 X射線計算機斷層成像系統(tǒng)
1.1.3 超聲成像系統(tǒng)
1.1.4 放射性核素成像系統(tǒng)
1.1.5 磁共振成像系統(tǒng)
1.2 醫(yī)學成像系統(tǒng)的評價
1.2.1 電磁波透射成像與超聲波反射成像的分析
1.2.2 解剖形態(tài)學成像與功能成像分析
1.2.3 對人體的安全性
1.3 未來的展望
第2章 投影X射線成像系統(tǒng)
2.1 X射線成像的物理基礎(chǔ)
2.1.1 X射線的產(chǎn)生及其性質(zhì)
2.1.2 X射線與人體組織的相互作用
2.2 投影X射線成像設(shè)備
2.2.1 透視成像系統(tǒng)
2.2.2 膠片攝影系統(tǒng)
2.2.3 數(shù)字X射線減影成像
2.2.4 數(shù)字式X射線成像
2.3 投影X射線成像系統(tǒng)的分析
2.3.1 X射線源對成像系統(tǒng)的影響
2.3.2 記錄器對成像系統(tǒng)分辨率的影響
2.3.3 投影X射線成像系統(tǒng)的總響應(yīng)
2.4 圖像質(zhì)量的評價
2.4.1 信噪比
2.4.2 對比度
2.4.3 空間分辨率
2.4.4 調(diào)制傳遞函數(shù)
2.4.5 量子檢測效率
第3章 X射線計算機斷層成像系統(tǒng)
3.1 基本原理與發(fā)展概況
3.2 從投影重建圖像的原理
3.2.1 中心切片定理
3.2.2 正弦圖
3.2.3 Radon空間與變換
3.2.4 從投影重建圖像——傅里葉變換法
3.3 從投影重建圖像的算法(一)——平行束反投影重建算法
3.3.1 直接反投影法
3.3.2 濾波反投影法
3.3.3 卷積反投影法
3.4 從投影重建圖像的算法(二)——扇形束反投影重建算法
3.4.1 扇形束掃描數(shù)據(jù)的采集方法
3.4.2 等角度扇形束掃描的圖像重建方法
3.4.3 檢測器等距離扇形束掃描的圖像重建方法
3.4.4 數(shù)據(jù)重排算法
3.5 螺旋CT
3.5.1 螺旋CT的工作原理
3.5.2 多排螺旋CT
3.5.3 螺旋CT設(shè)備
3.6 圖像質(zhì)量的評價
第4章 放射性核素成像系統(tǒng)
4.1 放射性核素成像的物理基礎(chǔ)
4.2 γ照相機
4.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成
4.2.2 準直器
4.2.3 閃爍晶體
4.2.4 光電倍增管陣列與位置計算電路
4.2.5 脈沖高度分析器與顯示裝置
4.3 放射性核素成像系統(tǒng)的分析
4.3.1 系統(tǒng)的靈敏度
4.3.2 系統(tǒng)的模糊度或分辨率
4.3.3 對比度
4.3.4 均勻性
4.3.5 系統(tǒng)噪聲
4.4 發(fā)射型計算機斷層成像
4.4.1 單光子發(fā)射型斷層成像
4.4.2 正電子發(fā)射型斷層成像
第5章 超聲成像系統(tǒng)
5.1 超聲成像的物理基礎(chǔ)
5.1.1 超聲在人體組織中的衰減
5.1.2 超聲在人體組織中的傳播速度
5.1.3 超聲在人體組織中的反射、折射、衍射與散射
5.2 脈沖回波式超聲成像系統(tǒng)
5.2.1 A型
5.2.2 B型
5.2.3 M型
5.2.4 C型
5.2.5 多普勒血流測量
5.3 B型超聲成像系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵技術(shù)
5.3.1 換能器與波束形成技術(shù)
5.3.2 數(shù)字掃描變換器
5.4 超聲彩色血流圖
5.4.1 多普勒彩色血流圖
5.4.2 時域彩色血流圖
5.5 超聲成像中的新方法
5.5.1 諧波成像
5.5.2 編碼激勵成像
5.5.3 擴展視野成像
5.5.4 組織多普勒成像
5.6 超聲成像系統(tǒng)的評價
第6章 磁共振成像系統(tǒng)
6.1 磁共振成像的物理基礎(chǔ)
6.1.1 磁共振現(xiàn)象
6.1.2 磁共振現(xiàn)象中幾個重要的參數(shù)
6.2 磁共振信號的采集方法——脈沖序列
6.2.1 部分飽和序列
6.2.2 倒轉(zhuǎn)恢復(fù)序列
6.2.3 自旋回波序列
6.3 磁共振成像方法的基本原理
6.3.1 成像平面的選擇
6.3.2 空間編碼的概念
6.3.3 投影重建方法
6.4 傅里葉變換法
6.4.1 層面選擇激勵
6.4.2 相位編碼
6.4.3 頻率編碼(數(shù)據(jù)讀出)
6.4.4 二維傅里葉變換法
6.4.5 k空間
6.5 先進成像方法
6.5.1 快速自旋回波成像方法
6.5.2 平面回波成像方法
6.5.3 三維成像
6.6 磁共振成像設(shè)備
第7章 醫(yī)學成像的新方法
7.1 多維成像
7.1.1 三維醫(yī)學成像系統(tǒng)
7.1.2 三維醫(yī)學圖像的應(yīng)用
7.2 多模式成像
7.2.1 多模式圖像間的配準問題
7.2.2 PET/CT簡介
7.3 多參數(shù)成像
7.3.1 超聲組織彈性成像
7.3.2 功能磁共振成像
7.3.3 分子影像學
附錄A 線性系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識
A.1 線性系統(tǒng)的定義
A.2 δ函數(shù)、沖激響應(yīng)及空不變系統(tǒng)
A.3 二維傅里葉變換
A.4 二維采樣定理
附錄B X-CT圖像重建的計算機仿真實驗研究
B.1 仿真頭模型
B.2 仿真投影數(shù)據(jù)的產(chǎn)生
B.3 卷積反投影方法的計算機仿真實驗研究
參考文獻
發(fā)射型CT(emission computed tomography,ECT)是放射性核素成像系統(tǒng)較新的發(fā)展成果。ECT可分為單光子發(fā)射型CT(single photon ECT,SPECT)與正電子CT(positron emission tomography,PET)兩類。目前,SPECT在臨床上已得到廣泛的應(yīng)用。它是將y照相機的探測器圍繞探查部位旋轉(zhuǎn),并采集相應(yīng)的投影數(shù)據(jù),然后采用與X-CT類似的重建算法計算出放射性同位素分布的斷層圖像。PET系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集原理與SPECTT完全不同。它是根據(jù)有一類放射性同位素在衰變過程中釋放正電子的物理現(xiàn)象來設(shè)計的。正電子與電子相互作用發(fā)生湮滅現(xiàn)象后,會產(chǎn)生兩個能量為511keV且傳播方向完全相反的光子,用一個符合檢測器就可以檢測出這種成對出現(xiàn)的y射線光子。根據(jù)這樣采集到的數(shù)據(jù)同樣能重建出斷層圖像。圖1-1(d)是一幅人體核素斷面圖像。
為了將X-CT的高空間分辨率和PET系統(tǒng)的功能成像有效地結(jié)合起來,一種全新的稱為PET/CT的系統(tǒng)在20世紀初問世,并得到迅速的發(fā)展。PET/CT把兩種不同的成像模式統(tǒng)一在一臺機架上,病人無需挪動,就能完成兩種不同模式的掃描。掃描結(jié)束后通過計算機軟件可以準確地實現(xiàn)兩種不同模式的圖像融合。這一新的多模式成像方式在腫瘤、心血管疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的早期診斷中發(fā)揮著越來越重要的作用。