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引言1

第一部分　数字化医学影像信息获取与处理技术1

第1章　医学影像获取技术1

目录1

1.1　X线摄影2

1.1.1　X线的特性2

1.1.2　传统X线摄影2

1.1.3 间接X线数字影像（CR和DF）3

1.1.4　直接数字X线摄影（DDR）3

1.2 X线计算机断层摄影（X-Ray Computerized Tomography）4

1.2.1 X-CT系统组成和工作原理4

1.2.2 CT图像重建原理5

1.2.3 X-CT系统的演变5

1.3.1　γ照相机成像6

1.3　核医学成像6

1.3.2　单光子发射断层成像（SPECT）7

1.3.3　正电子发射断层成像（PET）8

1.4　磁共振成像（MRI）9

1.4.1 MRI的物理学基础9

1.4.2 MRI内在的磁特性参数10

1.4.3 MRI成像的基本原理11

1.4.4 MRI的成像系统14

1.4.5 功能性MRI成像技术14

1.5　超声成像15

1.5.1　超声原理15

1.5.2　超声系统的组成与功能16

1.6.1 电阻抗断层成像（EIT）17

1.5.3　发展状况17

1.6　其他新型的医学成像技术17

1.6.2　磁源成像（MSI）18

1.6.3 医学光学成像（MOP）18

参考文献19

第2章　医学影像库及图谱21

2.1　医学影像数据库21

2.1.1　美国的可视人工程及数据22

2.1.2　中国的可视人数据26

2.1.3　一些重要的网络上公开的医学影像数据27

2.2　基于医学影像数据建立的图谱30

参考文献32

3.1 绪论35

第3章　三维医学图像的分析、可视化及应用35

3.2　三维医学图像的可视化38

3.2.1　三维医学图像的面绘制技术38

3.2.2　三维医学图像的体绘制技术42

3.2.3　体绘制技术与面绘制技术的比较45

3.3　三维医学图像的分割与配准45

3.3.1　三维医学图像的分割技术及其特点46

3.3.2　三维医学图像的配准技术48

3.3.3　基于偏微分方程的生物医学图像的处理算法50

3.4　三维医学图像中高精度边界曲面的重建51

3.4.1 三维医学图像中高精度边界曲面的重构53

3.4.2　三维图像中边界曲面的逼近曲面的计算56

3.4.3　讨论62

3.5　基于三维医学图像的计算机辅助分析技术64

参考文献66

第二部分　基于医学影像的建模与数字仿真78

第4章　基于医学影像的腹主动脉瘤动态模拟和力学特性分析78

4.1　腹主动脉瘤的临床表现及治疗79

4.1.1　动脉瘤病因和临床后果79

4.1.2　腹主动脉瘤的临床治疗80

4.2　生物力学因素在动脉瘤的产生与发展中的作用80

4.2.1　腹主动脉瘤的管壁力学特性的研究80

4.2.2　血管瘤壁的应力分布特性研究81

4.2.3　血管瘤腔内血液流场分布特点研究82

4.2.4　腔内附壁血栓对血管瘤应力分布的影响82

4.3.1　方法83

4.3　脉动压力作用下腹主动脉受力状态的特点83

4.3.2　结果86

4.4　腹主动脉瘤稳定性及影响因素的仿真研究87

4.4.1　腹主动脉瘤的稳定性87

4.4.2　参数分析研究89

4.5　结束语90

参考文献90

第5章　基于人体断层图像的股骨有限元应力分析和三维模拟94

5.1　绪论94

5.1.1　承重骨力场分析的意义94

5.1.2　研究思路94

5.1.3　有限元法简介95

5.1.4　并行计算简介95

5.2.2　方法与步骤96

5.2.1　VTK简介96

5.2　模型的建立96

5.2.3　重建结果98

5.3　接口的设计98

5.3.1　方案选择99

5.3.2　转换结果99

5.4　有限元分析100

5.4.1　理论基础100

5.4.2　MARC简介102

5.4.3　网格重划分102

5.4.4　方法与步骤103

5.4.5　分析结果107

参考文献108

6.1.1　背景110

第6章　基于人体断层图像的寰枢关节有限元模拟和应用110

6.1　绪论110

6.1.2　建立三维寰枢椎有限元模型的意义113

6.2　三维寰枢椎骨外轮廓的提取113

6.2.1　决定三维建模外轮廓的因素114

6.2.2　决定各个器官之间相对位置的因素114

6.2.3　决定与Matlab灰度映射程序中坐标变换矩阵的因素115

6.2.4　三维建模外轮廓提取的主要步骤115

6.2.5　寰枢椎骨三维外轮廓提取的结果115

6.3　寰枢椎骨有限元模型的建立117

6.3.1　读入STL数据文件117

6.3.2　三维有限元划分前的准备工作117

6.3.3　两种三维有限元单元的划分方法118

6.3.4　寰枢椎有限元划分结果119

6.4　韧带模型的建立122

6.4.1　三种建立有限元韧带的方法122

6.4.2　寰枢椎关节韧带和关节囊弹簧组建立结果123

6.5　Matlab灰度映射程序的编写127

6.5.1　Marc输入文件的格式128

6.5.2 VHP切片图像、Marc模型和VHP计算机断层扫描图像的配准问题128

6.6　寰枢关节模型的调试和几何非线性算法的使用130

6.6.1　几何非线性的原理130

6.6.2　几何非线性的算法131

6.6.3　几何非线性计算的设置方法133

6.6.4　关于有限元几何非线性计算中载荷增量的优化考虑133

6.6.6　关于并行计算单元分区设置的优化考虑137

6.6.5　并行计算设置方法137

6.7　内固定钉模型的建立138

6.7.1 内固定钉模型的建模方法138

6.7.2　寰椎内固定钉模型的建模结果138

6.8　有限元模拟计算的结果和分析139

6.9　小结146

参考文献146

第三部分　几种无创成像新方法148

第7章　心肌缺血的超声功能成像新方法148

7.1　绪论148

7.1.1　心肌缺血及现有诊断方法148

7.1.2　心肌背向散射积分的研究现状149

7.2　全数字化超声射频信号采集系统与分析软件设计152

7.2.1　引言152

7.2.2　二维全数字化超声射频信号采集系统的研制153

7.2.3　超声射频信号采集与分析系统软件的设计156

7.3　CVIB计算方法在随机性噪声环境中统计性能的研究165

7.3.1　引言165

7.3.2　各种算法描述166

7.3.3　基于小波变换的CVIB估计方法（Wavelet）169

7.3.4　各种CVIB计算方法的理论仿真实验171

7.4　基于固定位置回波的二维CVIB成像法176

7.4.1 引言176

7.4.2　基于固定位置回波的二维CVIB成像法177

7.4.3　正常心肌与局域缺血心肌超声回波强度的运动变化模型184

7.5　跟踪心肌边缘的二维CVIB成像法189

7.5.1　心肌边缘的检测189

7.5.2　跟踪心肌边缘的二维CVIB成像法193

7.5.3　仿真结果195

7.6　实验研究与结果197

7.6.1　动物实验197

7.6.2　人体实验203

参考文献203

第8章　生物组织超声应变成像方法210

8.1　绪论210

8.1.1 引言210

8.1.2　相关研究综述210

8.2　软组织超声散射模型与互相关算法213

8.2.1　互相关应变成像基本原理213

8.2.2　一维组织超声散射模型214

8.2.3　基于有限元分析的二维组织超声散射模型217

8.2.4　互相关算法的改进222

8.3　组织横向位移影响的相关信噪比分析226

8.3.1　问题的提出227

8.3.2　相关信噪比228

8.3.3　实验参数的影响238

8.4　变尺度应变成像240

8.4.1 引言240

8.4.2　跟踪波段的影响240

8.4.3　变尺度方法应变重建246

8.5　二维综合互相关应变成像247

8.5.1　二维综合互相关方法248

8.5.2　组织压缩与弹性差异的影响250

8.5.3　对伪峰误差的抑制253

8.5.4　仿真实验255

8.6　二维应变成像实验259

8.6.1　实验系统259

8.6.2　微波烧灼组织的二维应变成像实验260

8.6.3　高强度聚焦超声烧灼组织应变成像实验263

参考文献267

第9章　近红外乳腺成像新方法273

9.1　乳腺癌及其检测方法273

9.1.1　乳腺癌及其病原学273

9.1.2　乳腺癌的检查和诊断275

9.1.3　近红外检测在乳腺癌检测中的应用前景和现状277

9.2　生物组织的光学特性及生物医学光学成像方法278

9.2.1　光学参数的定义278

9.2.2　人体组织的光学特性279

9.2.3　光学成像方法分类281

9.3　准直线传播光子286

9.3.1　光子在浑浊媒质中的传播286

9.3.2　玻尔兹曼输运方程及其P1近似287

9.3.3　准直线传播光子：定义和计算289

9.3.4　受控蒙特卡罗方法290

9.3.5　仿真结果291

9.3.6　时间门成像技术及相关问题294

9.4　漫射方程及相关问题294

9.4.1　漫射近似和漫射方程294

9.4.2　浑浊与透明媒质的边界295

9.4.3　用自洽的蒙特卡罗方法确定边界条件297

9.4.4　等效光源项299

9.5.1　最可几路径的概念301

9.5　最可几漫射路径301

9.5.2　反射模式的最可几漫射路径303

9.5.3　透射模式的最可几漫射路径305

9.5.4　在异物定位中的应用306

9.6　乳腺癌的近红外检测系统309

9.6.1 系统框架309

9.6.2　吸收中心的二维定位算法311

9.6.3　异物中心的三维定位313

9.6.4　二维图像的去模糊处理314

9.7　实验与结果317

9.7.1　脂肪乳溶液实验317

9.7.2　猪脂肪实验322

9.7.3　讨论324

参考文献324