本書重點闡述五種模態的成像技術與系統，即X射線攝影成像、計算機斷層成像、磁共振成像、核醫學成像和醫學超聲成像。對于每種成像模態，均從物理化學基礎、成像原理與過程、系統架構、核心部件和臨床應用等維度展開。最后，闡述了幾種重要的醫學圖像后處理技術。
醫學成像技術與系統是一門綜合性的工程學課程，包含了數理科學、電子信息技術和機械制造等學科知識，主要研究醫學圖像采集、重建、顯示、傳輸、存儲、處理和解讀等一系列過程。利用不同模態、無創（或微創）的醫學成像技術可以獲取反映人體內部組織形態和功能變化的醫學影像，從而挖掘出重要病理特征和相關知識。這種多模態、多維度、多尺度、動態的、定量化信息將人類對于健康和疾病的認識提高到一個前所未有的水平，也推動了整個醫療過程正由“以疾病為中心的模式”向“以健康為中心的模式”演變。日新月異的醫學成像技術極大地延伸了人們觀察世界的能力，在推動基礎醫學和臨床醫學快速進步的同時，也不斷地受到醫學領域中新需求的挑戰，醫學成像技術在持續創新中得到傳承和發展。總體上，醫學成像技術正在由解剖結構向生理生化功能、由靜態向動態、由定性向定量、由模擬向數字、由組織非特異向靶向、由單純診斷向診斷治療發展。同時，無創、多模態融合和分子影像也是醫學成像技術發展的重要趨勢。相應地，醫學影像裝備制造始終是一個具有高科技含量和高附加值的高科技行業，體現著一個國家整體的科技水平和綜合競爭力。與發達國家相比，中國的醫學影像裝備制造起步較晚，醫學成像的核心技術和專業人才極其匱乏，醫學成像技術與系統有必要成為生物醫學工程專業本科和碩士研究生的核心必修專業課程之一。1998年，中國的第一臺CT在東北大學和東軟集團產學研相結合的實踐中誕生。這不僅打破了國外產品和技術對中國醫學影像裝備的長期壟斷，更開啟了中國高校產學研模式的新變革。編者在多年的產學研相結合的實踐中，深感現有教材在知識全面性、技術鮮活性及理論聯系實際等方面尚無法滿足人才培養的實際需求。在教育部教學指導委員會工程碩士培養專家組的鼓勵和倡導下，我們組成了以東北大學中荷生物醫學與信息工程學院和東軟醫療系統有限公司相關研究人員和產業專家為核心的教材編著團隊。歷時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展的生物醫學工程研究和醫學影像產業，在借鑒國內外大量參考資料的同時，還緊密結合工程轉化和產業實踐，力求做到內容全面、結構合理、詳略得當、貼近產業第一線，成為一本實用型的工程教材。本書共7章。第1章概述了醫學成像的歷史和發展現狀、醫學影像在臨床應用中的重要作用，并歸納和總結醫學成像系統的一般性規律和發展趨勢；第2~6章分別闡述了臨床中廣泛應用的5種成像模態，即X射線攝影成像、計算機斷層成像技術（computed tomography, CT）、磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）、核醫學成像和醫學超聲成像。對于每種成像模態，都從物理和化學基礎、成像原理、成像過程、系統架構、核心部件、基本成像技術和重要最新技術，以及典型的臨床應用、生物效應與安全等幾個維度展開。第7章是關于醫學影像的后處理技術，包括圖像再現、增強、分割、特征檢測、配準與融合等，也包括肺部、心臟、乳腺、結腸、腦部等方面的臨床應用和影像處理技術的發展趨勢。本書是由東北大學和東軟醫療系統有限公司相關研究團隊合作完成的。康雁教授整體組織和策劃了全書的編寫，并與齊守良副教授聯合撰寫了第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。東軟派斯通醫療系統有限公司吳國城工程師參與了第5章的撰寫，東軟醫療系統有限公司李雙學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家自然科學基金項目（51006021，61071213）、中央高校基本科研業務費專項資金資助項目（N110419001）和遼寧省科技項目教育廳一般項目（L2012080）的資助。感謝徐明杰、吳昊、鄒云鵬等在部分章節整理和插圖繪制過程中給予的幫助。本書可作為生物醫學工程專業本科生和研究生的入門教材，對從事醫學影像系統研究和開發的工程技術人員、醫學影像專業的醫師和工作人員也有一定參考價值。作為教材時，建議理論授課50學時，并設置相應仿真和實驗課20學時。國內高校可根據實際情況有重點地選擇部分內容深入講解，同時可考慮補充一些線性系統理論的知識，如信號與系統、傅里葉變換、信號采樣與重建等。與本書配套的雙語教學課件也已經制作完畢。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）聯系編者。當前科技迅猛發展，產業跨界融合，給醫學成像技術與系統的教材編著工作帶來了極大的挑戰，準確描述全部知識點十分困難，加上編著團隊時間和精力的限制，盡管已經十分努力，但仍難免存在遺漏和不準確之處，懇請讀者給予批評和指正，以便再版時修改。
康雁齊守良2014年8月于沈陽
第1章 概述
1.1 醫學成像的發展史和現狀
1.1.1 X射線攝影成像
1.1.2 X射線計算機斷層成像
1.1.3 磁共振成像
1.1.4 核醫學成像
1.1.5 醫學超聲成像
1.2 醫學影像在臨床應用中的重要作用
1.3 醫學成像系統的一般性規律
1.3.1 醫學成像的一般過程
1.3.2 多學科交叉促進醫學影像的進步和原始創新
1.4 醫學成像系統的發展趨勢
1.4.1 醫學成像系統向微創或無創發展
1.4.2 多模態融合是影像設備發展的重要趨勢
1.4.3 分子影像技術在疾病的早期檢測、機理研究和新藥研發方面將發揮重要作用
1.5 醫學成像技術的學科和產業背景
1.5.1 生物醫學影像是生物醫學工程學科的重要組成部分
1.5.2 生物醫學影像設備產業和市場狀況
習題
第2章 X射線攝影成像
2.1 X射線的發現和物理本質
2.1.1 X射線的發現
2.1.2 X射線的物理本質
2.2 X射線的產生
2.2.1 X射線產生的微觀物理機制
2.2.2 X射線產生的宏觀設備器件
2.3 X射線與物質的相互作用
2.3.1 X射線的質和量
2.3.2 X射線與物質相互作用的宏觀效應
2.3.3 X射線與物質相互作用的微觀機制
2.3.4 X射線束與物質的相互作用
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 探測器性能評價
2.4.5 DR的典型臨床應用
2.5 X射線透視和DSA
2.5.1 X射線透視
2.5.2 數字減影血管成像
習題
第3章 計算機斷層成像
3.1 CT的發展和概述
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 代數重建方法
3.4.2 統計迭代重建
3.5 螺旋CT
3.5.1 螺旋CT的特點
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、質量和偽影
3.6.1 CT圖像顯示
3.6.2 CT圖像質量
3.6.3 偽影
3.7 CT掃描設備的基本結構
3.7.1 掃描機架系統
3.7.2 X射線球管
3.7.3 高壓發生器
3.7.4 探測器
3.7.5 數據采集系統（DAS）
3.7.6 準直器
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 平板探測器CT
3.8.3 多X射線球管CT（multiple X—ray tube CT）
3.8.4 多焦點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劑量降低技術和措施
習題
第4章 磁共振成像
4.1 磁共振物理基礎
4.1.1 自旋和角動量
4.1.2 磁矩
4.1.3 進動
4.1.4 塞曼能級分裂
4.1.5 宏觀磁化矢量
4.1.6 核磁共振現象
4.1.7 信號測量和加權
4.1.8 NMR測量
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 失相位現象
4.2.4 基本成像脈沖序列
4.3 圖像品質
4.3.1 對比度
4.3.2 分辨率
4.3.3 噪聲
4.3.4 偽影
4.4 MRI成像系統構造
4.4.1 磁體系統
4.4.2 梯度系統
4.4.3 射頻系統
4.5 生物效應和安全
4.5.1 生物效應
4.5.2 安全
4.6 未來展望
習題
第5章 核醫學成像
5.1 核醫學物理化學基礎
5.1.1 放射性核素
5.1.2 放射性核素的產生
5.1.3 放射性藥物及其選擇性聚集機制
5.2 核醫學探測器
5.2.1 核醫學探測器種類
5.2.2 探測器材料的物理特性
5.2.3 核醫學探測器的基本性能
5.3 核醫學平面成像設備
5.3.1 y相機系統構成
5.3.2 成像準直器
5.3.3 y相機閃爍晶體
5.3.4 y相機電子學系統
5.4 單光子發射計算機斷層成像
5.4.1 SPECT探測器
5.4.2 SPECT衰減校正
5.4.3 SPECT圖像重建
5.5 正電子發射計算機斷層成像
5.5.1 PET成像物理原理
5.5.2 PET探測器
5.5.3 符合探測
5.5.4 PET數據采集模式
5.5.5 PET圖像重建
5.5.6 飛行時間PET技術
5.6 PET／CT／MRI多模成像系統
5.7 小動物PET
習題
第6章 醫學超聲成像
6.1 醫學超聲的物理基礎
6.1.1 超聲波的一般概念
6.1.2 超聲波的產生
6.1.3 均勻介質中波的傳播
6.1.4 非均勻介質中波的轉播
6.1.5 多普勒效應
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 超聲成像系統的組成部分
6.4.1 醫學超聲系統結構
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、信道、指標與相關算法
6.5.1 超聲發射信號的形式及其特性
6.5.2 超聲信號與系統的主要指標
6.5.3 超聲發射通道
6.5.4 波束形成的基本理論
6.5.5 數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／應變估計的基本算法
6.6.4 二維位移／應變估計的基本算法
6.7 超聲成像新技術
6.7.1 血管內超聲成像
6.7.2 超聲造影成像
6.7.3 光聲成像
習題
第7章 醫學影像后處理
7.1 基本的醫學影像處理技術
7.1.1 圖像再現
7.1.2 圖像增強
7.1.3 圖像分割
7.1.4 特征檢測
7.1.5 圖像配準及融合
7.2 主要的醫學影像處理應用
7.2.1 X-ray影像處理應用
7.2.2 CT影像處理應用
7.2.3 MR影像后處理應用
7.2.4 核醫學影像后處理
7.2.5 超聲影像后處理應用
7.3 醫學影像處理的發展趨勢
7.3.1 從結構分析到功能分析
7.3.2 多影像融合
7.3.3 多信息綜合輔助診斷
習題
參考文獻
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