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第1章 分子影像学的生物学基础1

1.1 引言1

1.1.1 分子影像学1

1.1.2 人体内的物质分类4

1.1.3 人体分子的分类7

1.2 重要的人体分子简介11

1.2.1 糖类分子11

1.2.2 脂类分子13

1.2.3 蛋白质分子14

1.2.4 抗体31

1.2.5 激素34

1.2.6 神经递质38

1.2.7 人类的遗传物质分子——核酸40

1.2.8 人体分子生化检测及其在诊疗中的应用50

1.3 人类基因还在进化吗？如何进化的？58

参考文献59

第2章 分子探针60

2.1 引言60

2.1.1 什么是分子成像中的探针60

2.1.2 分子探针药物在分子成像中的意义60

2.1.3 探针分子设计遵循的技术路线63

2.1.4 多模态分子探针68

2.2 伽玛相机使用的主要探针分子70

2.2.1 伽玛相机使用的放射性同位素70

2.2.2 用于PET成像的探针分子86

2.2.3 MRI使用的分子探针药物102

2.3 医学成像中使用的其他探针分子和示踪技术111

参考文献112

第3章 药物代谢动力学113

3.1 引言113

3.1.1 什么是药物代谢动力学113

3.1.2 药物在人体内的生化过程115

3.1.3 药动学的发展历史和现状118

3.2 药物代谢动力学模型及其在不同成像模态中的应用简介120

3.2.1 药物代谢动力学模型简介120

3.2.2 核医学成像方法的药动学模型简介123

3.3 FDG三腔室模型129

3.3.1 参数估计方法131

3.3.2 聚类分析133

3.3.3 数据验证135

3.4 磁共振造影剂Gd-DTPA的体内动力学过程137

参考文献140

第4章 单模态医学成像及其装置简介141

4.1 引言141

4.2 X射线断层成像（CT）142

4.2.1 CT的发展简史142

4.2.2 锥束CT（CBCT）146

4.2.3 工业CT147

4.2.4 CT图像重建算法148

4.2.5 CT图像的FDK重建算法155

4.2.6 FDK算法的CUDA实现158

4.3 单光子发射计算机断层成像（SPECT）164

4.3.1 SPECT的发展简史164

4.3.2 SPECT的优势165

4.3.3 SPECT的基本原理165

4.3.4 SPECT的基本结构167

4.3.5 事件定位算法169

4.3.6 SPECT图像重建迭代算法174

4.3.7 针孔SPECT成像概述190

4.4 正电子发射断层扫描（PET）194

4.4.1 PET的发展历史195

4.4.2 PET的优点及局限性196

4.4.3 PET的分辨率极限197

4.4.4 PET常用放射性核素及药物199

4.4.5 PET的图像重建200

4.5 磁共振成像（MRI）207

4.5.1 磁共振成像简史207

4.5.2 磁共振基本原理207

4.5.3 磁共振扩散加权成像213

4.5.4 磁共振扩散张量成像218

4.5.5 磁共振波谱成像221

参考文献225

第5章 PET/CT231

5.1 引言231

5.2 PET/CT的优势233

5.3 PET/CT的组成及工程流程235

5.4 PET/CT的性能指标235

5.5 PET/CT的质量控制238

5.5.1 测量目的和对测量系统的相应规定238

5.5.2 空间分辨率测量240

5.5.3 PET系统对体模内散射事件的测试242

5.5.4 灵敏度测试243

5.5.5 计数丢失和随机测试244

5.5.6 均匀性测试245

5.5.7 散射校正精度测量245

5.5.8 计数率精度校正测量246

5.5.9 衰减校正测量247

5.6 呼吸运动对PET/CT结果的影响248

5.6.1 PET/CT检查过程中的呼吸运动248

5.6.2 四维CT248

5.6.3 呼吸门控250

5.6.4 呼吸运动伪影校正算法250

5.7 PET/CT进展251

5.7.1 PET/CT中的TOF技术252

5.7.2 PET/CT的受体显像254

5.7.3 PET/CT的基因显像256

5.7.4 高分辨率PET258

5.8 影响PET/CT图像质量的因素259

5.8.1 信号采集时间、示踪剂剂量的影响259

5.8.2 生理摄取的影响259

5.8.3 金属植入物的影响260

5.8.4 CT对比剂的影响261

5.8.5 截断伪影的影响261

5.8.6 PET示踪剂及血糖水平的影响262

5.9 PET/CT系统的辐射防护263

参考文献265

第6章 PET/MRI267

6.1 引言267

6.2 PET/MRI技术路线的基本思路及其应用优势268

6.3 PET/MRI的主要技术问题270

6.3.1 PET探头与MRI的兼容问题270

6.3.2 PET对MRI射频场的影响273

6.3.3 涡流的影响274

6.3.4 其他因素的影响274

6.4 PET/MRI系统中新的MRI成像方法275

6.4.1 全身MRI扫描技术275

6.4.2 全身MRI扩散加权成像与PET的比较276

6.4.3 MRI氧深度测量方法278

6.5 PET图像的衰减校正280

6.5.1 PET/MRI衰减校正研究进展280

6.5.2 衰减校正中常用的MRI成像方法283

6.6 PET/MRI系统结构设计289

6.6.1 分体式PET/MRI289

6.6.2 一体化PET/MRI290

6.6.3 一体化整合式PET/MRI的图像校正294

6.7 TOF PET/MRI295

6.7.1 TOF PET/MRI的优势与应用前景295

6.7.2 TOF PET/MRI系统设计295

6.8 PET/MRI研制现状296

6.9 PET/MRI的主要问题299

参考文献300

第7章 SPECT/CT与SPECT/MRI303

7.1 引言303

7.2 SPECT/CT与PET/CT设备的差异303

7.3 SPECT/CT设备简介304

7.3.1 不同机架整合的SPECT/CT304

7.3.2 同一机架整合的SPECT/CT305

7.4 SPECT探头扫描路径的优化设计305

7.5 SPECT/CT设备的进展307

7.5.1 SPECT探头的技术改进307

7.5.2 SPECT/CT系统中CT的技术改进308

7.5.3 SPECT/CT系统中影响CT辐射剂量的因素308

7.5.4 降低CT辐射剂量的方法309

7.5.5 影响SPECT/CT图像质量的硬件因素309

7.6 SPECT与CT的影像配准和融合311

7.6.1 SPECT和锥束CT融合的社会需要及其特点311

7.6.2 SPECT和锥束CT图像的配准和融合方法简介312

7.6.3 算法实现及其结果评价312

7.7 SPECT分子成像概述320

7.7.1 SPECT与PET的比较320

7.7.2 小动物SPECT320

7.8 多针孔SPECT成像原理322

7.8.1 临床SPECT成像322

7.8.2 多针孔SPECT成像323

7.8.3 多针孔准直器优化设计新方法323

7.9 小动物SPECT/CT系统329

7.9.1 简介329

7.9.2 针孔SPECT的系统校准329

7.9.3 小动物SPECT系统软件及其应用331

7.9.4 小动物SPECT的发展现状341

7.10 SPECT/MRI341

参考文献343

第8章 分子和多模态医学影像时代的图像处理与分析345

8.1 引言345

8.2 医学影像的分割347

8.2.1 基于主动轮廓法的分割技术349

8.2.2 几何主动轮廓法354

8.2.3 几何主动轮廓法的改进358

8.2.4 几何主动轮廓法的水平集快速算法358

8.3 医学图像的配准360

8.3.1 医学图像配准的应用背景360

8.3.2 医学图像配准方法概述361

8.3.3 图像配准理论363

8.3.4 基于金字塔分解的图像配准方法365

8.3.5 基于轮廓特征的SVD-ICP配准方法367

8.4 医学影像的融合375

8.4.1 图像融合技术的发展状况376

8.4.2 DOLP金字塔与ROLP金字塔方法378

8.4.3 基于小波金字塔的图像融合379

8.5 医学影像的三维重建390

8.5.1 常用三维重建算法390

8.5.2 MC重建算法391

8.5.3 三维交互技术394

8.6 CS及CUDA在医学图像处理中的应用举例397

8.6.1 基于CUDA加速TV最小化锥束CT图像重建397

8.6.2 基于CUDA的快速行处理求解DTI超定线性方程组方法403

参考文献407