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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CT 147

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/CT 231

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CT 248

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PET 258

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/MRI 267

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/MRI 289

6.6.2 一体化PET/MRI 290

6.6.3 一体化整合式PET/MRI的图像校正 294

6.7 TOF PET/MRI 295

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/MRI 303

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/CT 304

7.3.2 同一机架整合的SPECT/CT 305

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SPECT 320

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/MRI 341

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