第1章 醫學影像處理基礎

1.1 圖像的概念

1.2 模擬圖像的數字化

1.3 圖像文件的存儲格式

1.3.1 BMP格式

1.3.2 DICOM格式

參考文獻

第2章 醫學影像的成像原理

2.1 X射線計算機斷層成像術

2.1.1 X?CT掃描機的基本結構

2.1.2 CT掃描機的發展

2.1.3 CT圖像的解方程重建

2.2 C臂CT技術

2.2.1 臨床價值與軟硬件結構

2.2.2 關鍵技術概述

2.3 Micro???CT技術

2.3.1 Micro???CT性能特點

2.3.2 Micro???CT繫統硬件結構

2.3.3 數據處理與發展趨勢

2.4 放射性核素成像術

2.4.1 核素成像技術基礎

2.4.2 單光子發射計算機斷層成像

2.4.3 正電子發射計算機斷層成像

參考文獻

第3章 醫學影像的濾波、增強與恢復

3.1 圖像濾波

3.2 圖像增強

3.2.1 灰度級變換

3.2.2 圖像直方圖均衡

3.2.3 圖像銳化

3.2.4 頻域增強

3.3 圖像恢復

3.3.1 圖像退化的一般模型

3.3.2 圖像恢復方法

參考文獻

第4章 醫學影像的邊緣提取與分割

4.1 概述

4.2 點、線和邊緣檢測

4.2.1 點檢測

4.2.2 線檢測

4.2.3 邊緣檢測

4.3 閾值分割算法

4.3.1 閾值分割的基本原理

4.3.2 一維Otsu閾值分割算法

4.3.3 二維Otsu算法

4.4 基於區域的圖像分割方法

4.4.1 區域分割與區域生長

4.4.2 區域分裂與合並

4.5 分水嶺變換分割算法

4.5.1 分水嶺變換的實現

4.5.2 基於梯度的分水嶺分割

4.5.3 基於控制標記符的分水嶺分割

4.6 醫學影像圖像分割算法的評價

參考文獻

第5章 醫學影像的圖像配準

5.1 圖像配準的理論基礎

5.1.1 圖像配準的數學模型

5.1.2 圖像空間變換模型

5.1.3 圖像的插值

5.1.4 相似性測度

5.1.5 搜索策略與配準步驟

5.2 基於灰度信息的圖像配準算法

5.2.1 互相關配準算法

5.2.2 互信息配準算法

5.3 基於特征的圖像配準算法

5.4 基於搜索策略的圖像配準算法

5.4.1 方向加速法

5.4.2 遺傳算法

5.4.3 粒子群優化算法

參考文獻

第6章 醫學影像的圖像重建

6.1 平行束掃描重建算法

6.1.1 圖像重建基礎

6.1.2 平行束投影數據的仿真

6.1.3 直接反投影法

6.1.4 濾波反投影法

6.2 扇束重建算法

6.2.1 等角扇形束掃描的圖像重建算法

6.2.2 等距扇形束掃描的圖像重建算法

6.2.3 扇形束數據重排算法

6.3 三維錐束重建算法

6.3.1 圓周錐束掃描的幾何結構

6.3.2 三維Shepp?Logan頭模型的設計

6.3.3 三維Shepp?Logan模型投影的解析模擬方法

6.3.4 FDK重建算法

參考文獻

第7章 醫學影像的形態學處理

7.1 數學形態學基礎

7.1.1 集合論的幾個重要概念

7.1.2 二值圖像及其邏輯運算

7.1.3 膨脹與腐蝕

7.1.4 開運算和閉運算

7.1.5 擊中與擊不中變換

7.2 常用的形態學拓展算法

7.2.1 邊界提取

7.2.2 區域填充

7.2.3 細化

7.2.4 粗化

7.2.5 骨架

7.3 灰度圖像擴展

7.3.1 灰度圖像膨脹

7.3.2 灰度圖像腐蝕

7.3.3 灰度圖像的開運算和閉運算

7.4 數學形態學的典型應用

7.4.1 在圖像邊緣提取中的應用

7.4.2 在使用梯度的分水嶺分割中的應用

7.4.3 分割CT腦瘤圖像中的應用

7.4.4 基於形態學重構的醫學影像濾波

7.4.5 在虹膜定位中的應用

參考文獻

第8章 PACS繫統與醫學影像的DICOM格式

8.1 PACS繫統

8.1.1 PACS繫統的組成

8.1.2 PACS的主要功能

8.1.3 PACS中的關鍵技術

8.1.4 PACS層次結構與流程

8.1.5 PACS繫統的規劃和建設

8.1.6 PACS的未來

8.2 醫學影像的DICOM格式

8.2.1 DICOM的內容和信息結構模型

8.2.2 數據編碼方式和DICOM文件結構

8.2.3 DICOM的網絡通信協議

8.2.4 DICOM到BMP的格式轉換

參考文獻

前言與傳統學科不同，作為典型邊緣學科的生物醫學工程各門專業課程的教材建設都還處在起步階段。從“醫學影像處理”類課程看，國內目前同類教材匱乏，僅有的四、五本教材還存在如下的幾個方面的明顯缺陷：（1）內容取舍和編寫存在局限。目前已出版的幾本教材內容大同小異，基本都是將電子信息學科中“數字圖像處理”教材的部分例圖換為醫學影像，幾乎所有算法以及部分例圖基本不變，這些教材很難滿足生物醫學工程這種交叉學科的教學需要。另外，部分重要內容沒有在傳統教材中反映出來，如斷層成像的重建算法在國內外教材中都介紹得相當簡略或者根本沒有提及。（2）側重理論闡述和公式推導，部分內容對本科生來說過於艱深。目前已出版的幾本教材無一例外地包含了許多的理論推導和大篇幅的公式，令學生望而生畏。相當一部分的內容超出了本科生的知識範圍，比如小波變換、神經網絡、模式識別、高階譜、數據挖掘與融合，獨立分量分析等內容，又沒有給出足夠的解釋，很難適合本科生教學使用。（3）沒有實踐仿真環節。目前現有教材均不包含算法實現和實際影像的仿真分析內容，學生讀完全書後不能將理論與影像處理的實踐相結合。所學理論似懂非懂，也不知道這些內容在實際中有何用。本教材編寫的目標和出發點是立足於為研究型大學的高年級本科生或研究生教學使用的，希望在教學過程中教師和學生都能將圖像處理的工程算法內容與臨床醫學要求密切結合。所以，本教材的編寫將強調以下幾點：（1）理論與實踐並重。本教材的突出特色是在算法理論討論的同時，注重如何用Matlab仿真所學算法；在醫學影像數據庫的配合下，對正常、多種疾病情況的醫學影像進行分析仿真，既能增強學生學習的積極性，又能及早將課程學習與臨床應用相結合。（2）內容新穎。本教材中包含的部分內容是國內同類教材全無提及的，如C臂CT的技術進展與設計架構、Micro?CT與Micro?PET的結構與設計，平行束、扇束、錐束圖像重建算法及其仿真程序等都是首次出現在國內教材中。（3）通俗易懂，便於自學。考慮到生物醫學工程專業的學生大多數是工程背景，如何將復雜枯燥的數學推導和算法設計內容轉化為通俗易懂便於學習掌握的內容是本教材編寫的一個重要挑戰。充分吸收國內外教材的編寫經驗，注重概念與算法的來龍去脈，設計了多個例子並給出了全部算法的示例程序，便於學生隨時練習。（4）教材配套資料齊全。配合本教材，我們已開發配套的實驗指導、網絡醫學影像數據庫和多媒體教學課件，同步發行。本書的編寫和出版得到西安電子科技大學與電子工業出版社共同設立的“教學改革項目和教材建設項目”資助。全書共8章，黃力宇編寫了第1章、第2章，趙靜編寫了第3章、第5章，第4章由張瑞軒編寫，第6章由李超編寫，第7章和第8章由張園編寫；黃力宇對第3章到第8章書稿進行了審讀；徐磊的工作對第5章內容的編寫有很多貢獻；趙靜、馬宏娟、薛姣對書中的全部程序逐一進行了上機驗證。景龍龍、牛潔、晉瑯、黃登鳳、鄒佳、杜英舉等參與了書稿文字錄入、插圖繪制、外文資料的翻譯等方面的工作；電子工業出版社陳曉莉編審為本書的出版做了大量細致的工作，作者在此一並致謝。本教材在編寫過程中參考了許多相關文獻，各章後所附僅是其中的一部分。個別直接引自文獻的內容都盡量在相關位置給出標注。作者對這些文獻資源的編繪者表達深切的謝意。由於這本教材屬多人合作編寫，寫作風格可能不盡一致，加之作者們的學識有限，謬誤的出現幾乎是不可避免的。歡迎閱讀本書的讀者隨時指教，以便修訂再版時及時改正。黃力宇西安電子科技大學生命科學技術學院