本书重点阐述五种模态的成像技术与系统，即X射线摄影成像、计算机断层成像、磁共振成像、核医学成像和医学超声成像。对于每种成像模态，均从物理化学基础、成像原理与过程、系统架构、核心部件和临床应用等维度展开。最后，阐述了几种重要的医学图像后处理技术。

　　医学成像技术与系统是一门综合性的工程学课程，包含了数理科学、电子信息技术和机械制造等学科知识，主要研究医学图像采集、重建、显示、传输、存储、处理和解读等一系列过程。利用不同模态、无创（或微创）的医学成像技术可以获取反映人体内部组织形态和功能变化的医学影像，从而挖掘出重要病理特征和相关知识。这种多模态、多维度、多尺度、动态的、定量化信息将人类对于健康和疾病的认识提高到一个前所未有的水平，也推动了整个医疗过程正由“以疾病为中心的模式”向“以健康为中心的模式”演变。日新月异的医学成像技术极大地延伸了人们观察世界的能力，在推动基础医学和临床医学快速进步的同时，也不断地受到医学领域中新需求的挑战，医学成像技术在持续创新中得到传承和发展。总体上，医学成像技术正在由解剖结构向生理生化功能、由静态向动态、由定性向定量、由模拟向数字、由组织非特异向靶向、由单纯诊断向诊断治疗发展。同时，无创、多模态融合和分子影像也是医学成像技术发展的重要趋势。相应地，医学影像装备制造始终是一个具有高科技含量和高附加值的高科技行业，体现着一个国家整体的科技水平和综合竞争力。与发达国家相比，中国的医学影像装备制造起步较晚，医学成像的核心技术和专业人才极其匮乏，医学成像技术与系统有必要成为生物医学工程专业本科和硕士研究生的核心必修专业课程之一。1998年，中国的第一台CT在东北大学和东软集团产学研相结合的实践中诞生。这不仅打破了国外产品和技术对中国医学影像装备的长期垄断，更开启了中国高校产学研模式的新变革。编者在多年的产学研相结合的实践中，深感现有教材在知识全面性、技术鲜活性及理论联系实际等方面尚无法满足人才培养的实际需求。在教育部教学指导委员会工程硕士培养专家组的鼓励和倡导下，我们组成了以东北大学中荷生物医学与信息工程学院和东软医疗系统有限公司相关研究人员和产业专家为核心的教材编著团队。历时4年的积累和完善，完成了本书的编著工作。本书受益于近些年蓬勃发展的生物医学工程研究和医学影像产业，在借鉴国内外大量参考资料的同时，还紧密结合工程转化和产业实践，力求做到内容全面、结构合理、详略得当、贴近产业第一线，成为一本实用型的工程教材。本书共7章。第1章概述了医学成像的历史和发展现状、医学影像在临床应用中的重要作用，并归纳和总结医学成像系统的一般性规律和发展趋势；第2~6章分别阐述了临床中广泛应用的5种成像模态，即X射线摄影成像、计算机断层成像技术（computed tomography, CT）、磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）、核医学成像和医学超声成像。对于每种成像模态，都从物理和化学基础、成像原理、成像过程、系统架构、核心部件、基本成像技术和重要最新技术，以及典型的临床应用、生物效应与安全等几个维度展开。第7章是关于医学影像的后处理技术，包括图像再现、增强、分割、特征检测、配准与融合等，也包括肺部、心脏、乳腺、结肠、脑部等方面的临床应用和影像处理技术的发展趋势。本书是由东北大学和东软医疗系统有限公司相关研究团队合作完成的。康雁教授整体组织和策划了全书的编写，并与齐守良副教授联合撰写了第1章和第3章，齐守良副教授撰写了第2章和第4章，项士海副教授撰写了第5章，张耀楠教授撰写了第6章，李宏博士和李建华博士共同撰写了第7章。东软派斯通医疗系统有限公司吴国城工程师参与了第5章的撰写，东软医疗系统有限公司李双学总工程师和胡红兵博士参与了前期策划和后期审稿，金程工程师参与了第6章的撰写。书中部分研究成果得到国家自然科学基金项目（51006021，61071213）、中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（N110419001）和辽宁省科技项目教育厅一般项目（L2012080）的资助。感谢徐明杰、吴昊、邹云鹏等在部分章节整理和插图绘制过程中给予的帮助。本书可作为生物医学工程专业本科生和研究生的入门教材，对从事医学影像系统研究和开发的工程技术人员、医学影像专业的医师和工作人员也有一定参考价值。作为教材时，建议理论授课50学时，并设置相应仿真和实验课20学时。国内高校可根据实际情况有重点地选择部分内容深入讲解，同时可考虑补充一些线性系统理论的知识，如信号与系统、傅里叶变换、信号采样与重建等。与本书配套的双语教学课件也已经制作完毕。采用本书作为教材的教师可通过电子邮件（kangyan@bmie.neu.edu.cn或qisl@bmie.neu.edu.cn）联系编者。当前科技迅猛发展，产业跨界融合，给医学成像技术与系统的教材编著工作带来了极大的挑战，准确描述全部知识点十分困难，加上编著团队时间和精力的限制，尽管已经十分努力，但仍难免存在遗漏和不准确之处，恳请读者给予批评和指正，以便再版时修改。

康雁齐守良2014年8月于沈阳

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