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1．医学中的成像技术1

目的1

引言1

医学成像的发展2

成像技术的渐进式发展3

分子医学3

历史上的诊断方法4

医学成像的简要历史4

计算机断层成像术（CT）的引入5

结论5

参考文献6

2．物质结构8

目的8

原子8

原子结构8

电子的量子力学描述9

电子结合能和能级9

电子跃迁，特征发射和俄歇发射10

荧光产率11

固体11

超导电性12

原子核12

原子核能级12

核力和稳定性13

原子核结合能13

原子核的裂变与聚变14

核自旋和核磁矩14

原子核的命名法15

问题15

总结16

参考文献16

3．放射性衰变21

目的21

核稳定性和核衰变21

α衰变21

衰变图解22

β衰变22

核稳定性22

负电子衰变22

正电子衰变和电子俘获23

同质异能跃迁24

放射性衰变数学表达24

衰变方程式和半衰期25

瞬时平衡27

长期平衡27

天然放射现象和衰变系28

人造放射性核素28

用中子轰击制造核素的数学问题29

有关放射性核素的信息29

问题29

总结30

参考文献30

4．辐射的相互作用35

目的35

相互作用的特征35

直接电离辐射35

电子相互作用36

电子散射36

原子核引起的弹性散射37

原子核引起的非弹性散射37

带电重粒子之间的相互作用37

间接电离辐射38

中子相互作用38

X辐射和γ辐射的衰减38

X-线束和γ-线束的衰减38

过滤41

能量吸收和能量传递41

相干散射：电离辐射42

光电吸收42

康普顿（非相干）散射43

对电子的产生44

非电离辐射45

电磁辐射45

紫外线46

可见光47

红外线47

雷达47

AM（Amplitude Modulation，调幅）和FM（Frequency Modulation，调频）广播和电视47

非电离电磁辐射的相互作用47

可见光的散射47

问题48

总结48

参考文献48

5．X-线的产生54

目的54

引言54

通用X-线管54

电子源54

管电压和电压波形55

灯丝电流和管电流之间的关系56

发射光谱56

滤过57

管电压57

管电流和时间57

靶材料58

管真空59

封装和球管封套59

特殊用途的X-线管60

栅控X-线管61

场发射X-线管61

钼靶X-线管61

X-线管的额定功率61

最大管电压、灯丝电流和灯丝电压61

最大能量61

问题64

总结64

参考文献65

6．辐射量与辐射质69

目的69

强度69

传统单位与系统国际单位71

辐射曝光量71

每单位曝光的能量与光子注量（积分通量）72

辐射剂量单位73

戈瑞73

西弗特73

相对生物效应剂量（RBE）74

剂量当量74

有效剂量当量75

当量剂量75

有效剂量75

辐射剂量测量76

量热计剂量测定法76

照相剂量测定法76

化学剂量测定法77

闪烁剂量测定法77

热致发光（热释光）剂量测定法78

其他固态辐射剂量器78

电离测量78

自由空气电离室79

指形电离室80

电容器电离室81

辐射的质81

半价层（HVL）81

穿越X-线束的质的变化82

X-线束的光谱分布82

问题82

总结83

参考文献84

7．X-线和γ-线在人体内的相互作用88

目的88

引言88

F因子88

组织中X-线和γ-线的衰减89

骨骼外软组织接收到的剂量90

高电压放射摄影术90

低电压放射摄影术91

造影剂91

问题92

总结92

参考文献92

8．用于定量测量的辐射探测器94

目的94

电离室94

脉冲型电离室94

电流型电离室95

电离室的应用96

正比计数器96

盖革-缪勒电子管97

固体闪烁探测器98

闪烁探测的原理98

闪烁晶体98

安装闪烁晶体99

光电倍增管99

NaI（T1）探测器的能量依赖性99

液体闪烁探测器99

半导体辐射探测器100

半导体探测器的响应100

半导体探测器的特征101

半导体探测器的应用101

问题101

总结102

参考文献102

9．核数据的累积和分析107

目的107

引言107

计数系统107

前置放大器107

放大器107

脉冲高度分析器108

多道分析器109

定标器和计时器110

高压电源110

放射性测量中的确定性误差110

本底计数率110

分辨时间110

探测器效率111

部分发射111

探测器几何形状111

散射111

空气和窗口吸收112

自吸收112

γ线光谱测定法112

脉冲高度谱113

光峰113

康普顿谷、边缘和坪台113

X-线逃逸峰113

特征X-线峰114

反向散射峰114

湮灭峰114

湮灭逃逸峰114

符合峰114

韧致辐射114

光峰计数115

用于临床研究的放射性药物115

问题116

总结117

参考文献117

10．计算机和图像网络122

目的122

历史122

数据的机器表示法123

数字和基数123

数值和逻辑运算123

位、字节、字124

字母和符号的存储124

图像存储：像素124

模拟／数字和数字／模拟转换器126

计算机系统硬件126

输入和输出127

中央处理器127

特殊处理器127

速度：兆赫兹、每秒百万条指令、每秒百万浮点运算128

存储器129

软件129

网络129

网络组件和结构129

接口131

传输媒介131

数据压缩131

显示台和标准132

问题132

总结133

参考文献133

11．概率和统计139

目的139

引言139

误差性质139

概率分布140

泊松分布140

正态分布140

信号与噪声141

描述概率分布的方法142

平均数、中位数、众数142

平均数142

中位数142

众数142

标准偏差142

误差传播143

描述精度的其它方法145

分数标准偏差145

均值标准偏差145

选定的统计检验146

学生t检验146

卡方（x2）检验146

总结148

问题148

参考文献148

12．核成像仪器151

目的151

引言151

积聚和排泄速率的测量151

甲状腺摄取151

稀释研究152

时间-活度（动态）研究153

单晶体闪烁相机153

闪烁相机的工作原理154

准直器154

替代准直器的编码孔径155

闪烁晶体155

光导155

光电倍增管（Photomultiplier Tube,PM管）156

光电倍增管前置放大器156

位置编码矩阵156

求和放大器156

偏转放大器156

脉冲求和（加法）电路157

阴极射线管（CRT）157

处理、显示及记录157

闪烁相机的分辨时间特征158

多晶体闪烁相机158

固态照相机158

直线扫描仪159

发射型CT159

纵向截面SPECT159

横截面SPECT159

PET160

问题161

总结162

参考文献162

13．放射摄影术166

目的166

X-线胶片166

摄影过程166

光学密度和胶片伽马值167

胶片感光速度168

胶片互易性168

固有光学密度和胶片灰雾168

处理X-线胶片168

胶片分辨率169

增感屏169

结构和特性169

放射摄影栅格171

栅格的结构171

栅格的类型171

描述放射摄影栅格172

移动栅格173

栅格截止173

空隙173

移动狭缝放射摄影术173

放大放射摄影术174

数字放射摄影术174

离散数字探测器174

存储荧光体174

胶片扫描175

用于放射摄影术的大面积数字图像接收器176

问题176

总结177

参考文献177

14．荧光透视检查术183

目的183

荧光透视检查术与图像增强183

X-线影像增强器管183

影像增强器的增益与转换效率184

影像增强器的分辨率与图像失真185

影像增强器的大小185

双重和三重射野增强器185

荧光检查图像的电视显示186

电视摄像机186

荧光图像的电视扫描186

数字荧光检查术188

数字减影血管造影术189

自动亮度控制189

亮度传感器189

自动亮度控制所控制的技术变量189

峰值千伏电压的可变性189

电流的可变性189

峰值千伏电压-电流的可变性189

脉冲宽度的可变性190

组合电路190

荧光电影摄制术190

光学点片图像191

问题191

总结191

参考文献192

15．CT194

目的194

引言194

历史194

CT成像的原理194

重建算法195

扫描运动196

第一代到第四代CT扫描仪196

螺旋CT扫描196

超快速CT扫描仪197

X-线源197

准直198

X-线探测器198

观察系统198

病人剂量199

质量控制199

总结200

问题200

参考文献201

16．图像质量的影响因素204

目的204

引言204

失锐204

几何失锐204

主题失锐205

运动失锐206

接受器失锐206

对比度207

固有对比度207

成像技术207

造影剂207

接受器对比度208

图像噪声208

结构噪声208

辐射噪声209

接受器噪声209

量子斑点210

图像失真与伪影210

总结211

问题211

参考文献211

17．图像质量的解析描述214

目的214

引言214

点响应214

线响应214

对比度响应215

调制传递函数215

量子能级和转换效率216

总结217

问题217

参考文献217

18．视觉感知219

目的219

引言219

人类视觉220

人眼的解剖结构和生理机能220

视觉的特性221

视觉信息的探测222

信号-噪声模型222

计算模型222

信号通道模型222

视敏度223

对比度鉴别力223

视觉信息的识别和解释223

视觉性能的表达方式224

对比度-细节分析224

显著性224

真值表224

相对工作特性分析225

总结225

问题225

参考文献226

19．超声波229

目的229

引言229

历史229

波的运动229

波的特性230

超声波的强度230

超声波的速度231

超声波的衰减231

反射233

折射234

吸收235

总结235

问题236

参考文献236

20．超声换能器239

目的239

引言239

压电效应239

换能器设计239

换能器的频率响应240

超声束241

波前241

超声束轮廓242

聚焦换能器243

多普勒探测器243

多元件换能器244

换能器损坏245

问题245

总结245

参考文献245

21．超声诊断仪248

目的248

显像模式248

A型超声248

B型超声248

M型超声249

获取图像所需时间249

系统组件250

信号处理250

预处理250

后处理251

动态范围251

超声图像的伪影252

斑点252

遮掩与增强252

多重路径252

折射252

质量控制252

质量控制测试253

问题253

总结254

参考文献254

22．多普勒效应259

目的259

引言259

多普勒频移的起源259

脉冲多普勒261

频谱分析262

频率谱262

频谱轨迹262

彩色映射262

多谱勒的定量使用263

多谱勒系统的局限性263

脉冲重复频率263

频谱变宽264

问题264

总结264

参考文献265

23．磁共振基本原理267

目的267

原子核与静态磁场的相互作用267

转动和进动267

原子核与射频波的相互作用：章动268

磁共振信号在线圈中的感应268

量子力学解释269

宏观磁化269

弛豫过程：T1和T2270

生物材料的弛豫时间（T1和T2）271

问题272

总结272

参考文献272

24．磁共振成像与频谱分析276

目的276

概述：磁共振作为一种人体探测器276

脉冲序列276

自由感应衰减276

自旋回波277

Carr-Purcall-Meiboom-Gill277

反转恢复277

磁共振成像信号的空间编码278

敏感点方法278

二维傅里叶变换278

运动抑制技术280

患者运动的抑制280

运动影响的消除280

快速扫描技术280

半傅里叶技术281

时变梯度281

造影剂281

功能MRI（fMRI）282

磁共振成像中的组织对比度282

自旋回波282

自旋回波脉冲序列中对比度的总结283

反转恢复283

梯度回波284

MR血管造影术284

磁共振频谱学284

用于在体频谱学的原子核285

31P285

1H285

23Na,39K286

13C286

19F286

化学位移成像286

问题287

总结287

参考文献287

25．磁共振成像：设备、生物效应和选址规划296

目的296

主系统磁体296

电磁体296

永磁体297

梯度磁场297

射频线圈297

发射和接收线圈297

影响接收线圈性能的因素297

电子组件298

计算机298

伪影298

异物伪影298

磁场298

梯度场299

射频299

运动299

化学位移299

质量保证299

生物效应300

静态磁场300

时变磁场301

射频电磁波301

选址规划302

磁场均匀性302

射频干扰302

病人和工作人员安全303

总结303

参考文献304

26．实验放射生物学308

目的308

引言308

细胞和组织水平的相互作用308

细胞存活研究309

细胞响应的修正310

氧310

线性能量传递310

剂量率和分割310

细胞周期310

分割剂量存活曲线311

辐射防护剂和辐射增敏剂311

动物研究312

躯体效应312

遗传效应312

总结313

参考文献313

27．人类放射生物学316

目的316

辐射的随机效应316

辐射的非随机效应316

造血系统综合征316

胃肠综合征317

脑血管综合征317

个体和群体的剂量学318

本底辐射318

天然本底辐射318

人造本底辐射319

接受非正常水平辐射的人群320

原子弹爆炸幸存者320

早期的放射学家、护士和技术人员320

铀矿和其它矿矿工320

镭表盘漆工320

放射治疗病人320

诊断放射病人321

核武器试验321

居住在高天然本底辐射地区的居民321

航空和太空旅行：遭遇宇宙射线和太阳耀斑321

核事故322

剂量-效应模型322

剂量的影响322

剂量率的影响323

影响剂量-效应模型的因素324

估计辐照的风险：BEIR报告325

对胚胎的影响327

遗传效应327

信息来源327

总结329

参考文献329

28．外辐射源的防护334

目的334

辐射防护的管理机构335

有效剂量限值335

职业照射人员辐射剂量335

公众辐射剂量337

人群曝光量、性腺剂量、遗传显著性剂量337

对X、γ辐射源的安全建议337

辐射源的防护装置337

对小型密闭γ辐射源的保护338

X-线束的初级屏蔽物338

散射X-辐射的次级屏蔽物340

漏辐射的次级屏蔽物341

X-线胶片的特殊防护要求342

防护建议的变化343

放射诊断学中对病人剂量的估计343

区域和员工的监测344

问题344

总结345

参考文献345

29．内辐射源的防护348

目的348

引言348

待积剂量当量348

估计内剂量348

来自内放射活度的辐射剂量349

标准人349

内部剂量的测量350

内部吸收剂量350

放射性核素的安全使用建议353

总结353

参考文献353

30．医学成像未来的发展356

目的356

引言356

新成像方法356

电源成像356

磁源成像357

电阻抗成像357

微波计算机断层摄影术357

可见光成像357

相位对比度X-线成像358

信息管理和通信358

成本358

软拷贝观察359

组件不相容359

数据存储要求359

工作站设计359

先前的记录359

地位之战359

实时查询360

技术评估360

放射学的专业知识360

总结360

参考文献361

部分习题答案362

附录364