计算机层析成像：基本原理、系统技术、图像质量及应用(第3版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Willi A. Kalender（德）威利卡 著

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• 计算机层析成像
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• 图像质量
• 诊断
• 医学物理
• 放射学
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• 第三版

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302430131

商品编码：29710704977

包装：平装

出版时间：2016-08-01

基本信息

书名:计算机层析成像：基本原理、系统技术、图像质量及应用(第3版)

定价：99.00元

售价：67.3元,便宜31.7元,折扣67

作者:Willi A. Kalender 威利？卡伦德尔 许

出版社：清华大学出版社

出版日期：2016-08-01

ISBN：9787302430131

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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本书是写给不同交叉学科的读者，尝试在CT的基本原理和应用这两方面做讲解，因此重点放在物理、技术方面，而放射学方面略微提及，对先验知识也没有特殊要求。重要的CT术语集中在术语表中并作了简明定义。对于细节问题，本书参考了相关文献。本书并不主张或致力于提供一个完整的参考书目，而只是为了尽可能保持本书的自洽性。本书讲述的目标是否实现还留待读者判断。作者随时接受读者的建议、评论、批评，同时希望本书第三版像前两版一样得到读者同样的认同。

内容提要

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本书依次从单断层扫描到采用锥束螺旋CT（MSCT）的容积扫描，旨在描述计算机层析成像的技术和物理原理。对CT初学者，本书章以解说性的方式详细描述了CT的基本原理。对这些内容熟悉的读者可以跳过这一章节或通过其中的图例来更新知识。对于理解后续章节，数学原理并不必要，但作为附录列在本书第9章。

目录

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历史概述

章CT原理

1.1关于断层成像的一般认识

1.1.1CT——一种数字成像手段

1.1.2断层成像为什么能够提高对比度

1.2CT的基本原理

1.2.1我们在CT中测量什么

1.2.2在CT中如何测量一个物体

1.2.3如何计算一幅CT图像

1.2.4在CT图像中显示什么

第2章技术原理

2.1发展阶段与目标

2.1.120世纪70年代——从头颅到全身扫描

2.1.220世纪80年代——单层快速扫描

2.1.320世纪90年代——快速容积扫描

2.1.421世纪初——多样化的快速容积扫描

2.1.52010后十年将是Sub�瞞Sv CT

2.2CT扫描标准配置

2.2.1机械设计

2.2.2X射线部件

2.2.3准直器和过滤器

2.2.4探测器系统

2.3扫描方式和扫描参数

2.3.1定位像

2.3.2单层扫描： 连续CT

2.3.3单层扫描——步进模式

2.3.4材料的选择性成像——双能量CT

2.3.5连续扫描——动态CT

2.3.6CT透视——介入CT

2.3.7容积扫描——螺旋CT

2.3.8容积扫描——锥束CT

2.4特殊扫描原理CT

2.4.1电子束CT

2.4.2动态空间再现机

2.4.3平板探测器CT扫描系统

2.4.4PET/CT联合扫描系统

2.4.5SPECT/CT联合扫描装置

2.4.6双源CT

第3章螺旋CT

3.1早期设计与成果

3.2螺旋CT的扫描原理和技术特性

3.3螺旋CT图像重建

3.3.1基本z轴内插法(360°LI)

3.3.2采用数据重组的z轴内插法(180°LI)

3.3.3180° z轴内插算法的演变

3.4多层螺旋CT图像重建

3.4.1多层螺旋CT的z轴内插法(180°MLI)

3.4.2多层螺旋CT的z轴滤波法(180°MFI)

3.4.3ECG相关性心脏成像

3.5锥束螺旋CT图像重建

3.5.164层重建方法

3.5.2多于64层重建方法

3.5.3大螺距双源CT螺旋扫描

第4章图像质量

4.1连续CT的变量和方法

4.1.1CT值、均匀性、对比度和线性

4.1.2像素噪声

4.1.3空间分辨率——高对比度分辨率

4.1.4对比度分辨率： 低对比度分辨率

4.1.5伪影


4.2螺旋CT的变量和方法

4.2.1一般问题

4.2.2像素噪声

4.2.3层面灵敏度曲线

4.2.4z轴方向上的空间分辨率

4.2.5多层螺旋CT需考虑的因素

4.2.6锥束螺旋CT考虑的因素

4.2.7螺旋CT的伪影

4.2.8z轴方向上良好样本的效应

4.2.9双源CT的性能

4.3平板探测器CT需考虑的因素

4.3.1基于C形臂的FDCT图像质量需考虑的问题

4.3.2面部头骨的FDCT成像需考虑的问题

4.3.3FDCT中减少伪影所做的工作

4.4系统整体性能指标

4.4.1噪声，剂量和分辨率相互之间的关系

4.4.2品质因数

4.5验收试验和稳定性试验

第5章剂量

5.1CT是高剂量检査方法吗

5.2剂量测量的技术参数

5.2.1连续单层扫描的剂量分布

5.2.2杂散辐射

5.2.3螺旋扫描的其他注意事项

5.2.4宽排探测器的其他注意事项

5.2.5宽排探测器的CTDI概念

5.2.6CT的剂量参考水平

5.2.7CTDI的问题

5.3CT的患者剂量

5.3.1扫描参数对患者剂量的影响

5.3.2螺旋CT对患者剂量的影响

5.3.3器官剂量和有效剂量的估计

5.3.4有效剂量估计

5.3.5患者剂量的测定问题

5.4进一步降低剂量的可行性

5.4.1检查人员的作用

5.4.2技术措施和新方法

5.5我们应如何对待关于剂量的讨论

5.5.1CT系统的进一步优化

5.5.2剂量、好处及风险的相关信息

5.5.3作者的总结和建议

第6章图像处理及可视化

6.1简单图像处理及评价流程

6.2二维显示

6.3三维显示

6.3.1表面显示

6.3.2投影显示

6.3.3体绘制技术

6.3.4虚拟内窥镜技术

6.3.5选择3D显示方法的建议

6.4怎样处理全部图像

第7章特殊应用

7.1概述

7.2定量CT

7.3心脏的时像选择成像

7.3.1连续CT中的前瞻性触发

7.3.2螺旋CT中的回顾性门控

7.3.3使用前瞻性触发技术的高螺距双源螺旋CT

7.3.4CT用于冠状动脉钙含量测量

7.4双能CT

7.4.1双能CT的基本物理原理

7.4.2技术解决方案

7.4.3DECT应用

7.5图像导引的介入治疗

7.6基于诊断的临床预成像(显微CT)

7.6.1微焦点体外成像

7.6.2微焦点CT成像

7.6.3质量控制和剂量评估

7.7CT组织灌注的评估

7.7.1临床CT的大脑灌注测量

7.7.2使用CT进行灌注评估的另外的方法

7.7.3质量控制和剂量的考虑

第8章CT的未来

8.1共同关注

8.2技术发展

8.3专用CT的特点

8.4总结

第9章图像重建的数学概述

9.1二维图像重建

9.1.1二维投影数据的定义

9.1.2平行束投影数据的重建

9.1.3平行束FBP算法

9.1.4二维扇束投影的定义

9.1.5扇束滤波反投影算法

9.1.6等角射线产生的扇形投影数据的FBP重建算法

9.1.7重排

9.1.8等角扇束投影数据的重排

9.2三维图像重建

9.2.1锥束投影的定义

9.2.2Feldkamp锥束重建算法

9.2.3EPBP——一种Feldkamp类型的算法

9.2.4单层重排算法

9.2.5锥束投影的三维重建

参考文献

缩写和符号

词汇表

作者介绍

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文摘

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序言

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计算层析成像：原理、系统、图像质量与应用（第三版） 导言：窥探物质内部的奥秘 自古以来，人类就渴望能够“透视”物体，了解其内部结构，从而更好地理解世界、诊断疾病、改进工艺。从X射线穿透骨骼的影像，到超声波描绘胎儿的轮廓，再到核磁共振的精细解剖，我们正一步步地解锁物质世界的深层秘密。而“计算层析成像”（Computed Tomography, CT）正是这一探索进程中的里程碑。它不再依赖于直接的光线穿透，而是巧妙地利用数学算法，将从不同角度采集到的投影数据重构为清晰的横断面图像，从而为我们提供了一个前所未有的、精细的三维视角。 《计算层析成像：基本原理、系统技术、图像质量及应用（第三版）》一书，作为该领域的权威著作，深入浅出地揭示了计算层析成像的精髓。它不仅仅是一本技术手册，更是一次关于如何“看见”看不见的深入探索。本书第三版在原有坚实基础上，进一步融合了最新的技术发展和临床应用进展，为读者提供了一幅全面而深刻的计算层析成像全景图。 第一部分：计算层析成像的基本原理——看见的艺术 要理解计算层析成像，首先需要掌握其核心的数学和物理原理。本书的第一部分，将我们带入这个“看见”的艺术殿堂。 投影：信息的采集 想象一下，一个物体，我们从不同的方向用光线照射它，并在另一侧记录下光线被物体衰减后的强度。这些“衰减图”就是我们所说的投影。不同的扫描角度会产生不同的投影。例如，从正面照射，我们会得到一个叠加了物体所有密度信息的“影子”；从侧面照射，我们又会得到另一个维度的叠加信息。计算层析成像正是基于这个思想，通过围绕物体进行多角度的X射线源和探测器旋转，采集大量的投影数据。 本书详细阐述了X射线的产生、吸收和衰减的物理过程。理解X射线与物质的相互作用，是理解投影数据形成的基础。我们学习到，不同物质对X射线的吸收能力不同，这种差异正是CT成像能够区分不同组织（如骨骼、软组织、气体）的关键。 重建：数学的魔法 拥有了海量不同角度的投影数据，如何才能从中“复原”出物体内部的真实二维横断面切片呢？这便是计算层析成像最神奇之处——图像重建。本书的重点之一便是介绍这一核心技术。 滤波反投影（Filtered Backprojection, FBP）算法： 这是最经典、也是最广泛应用的重建算法。本书将深入剖析其数学原理，从一维的Radon变换，到二维的Radon变换，再到反投影和滤波的过程，层层递进，让读者理解如何通过对投影数据进行数学处理，消除模糊，最终得到清晰的横断面图像。读者将学习到滤波器的作用，例如Shepp-Logan滤波器、Ram-Lak滤波器等，以及它们如何优化图像质量。 迭代重建（Iterative Reconstruction, IR）算法： 随着计算能力的提升，迭代重建算法逐渐成为CT领域的重要发展方向。本书详细介绍了各类迭代重建算法，如代数重建法（ART）、最大似然期望最大化法（EM）等。这些算法通过反复迭代，不断优化模型，直至图像质量达到最优。其优势在于能够有效降低辐射剂量，同时保持甚至提升图像质量，特别是在低剂量成像和处理噪声方面表现出色。读者将深入理解其原理，以及与FBP算法的优劣对比。 图像的表示：从数据到视觉 重建完成的二维切片，最终需要以可视化的形式呈现给观察者。本书会介绍CT图像的像素（或称为体素）表示方式，以及Hounsfield单位（HU）的概念。Hounsfield单位是将X射线衰减系数映射到的一种标准化度量，它赋予了CT图像定量的意义，使得不同患者、不同设备扫描的图像具有可比性。读者将了解不同组织在Hounsfield单位范围内的典型值，这对于疾病诊断至关重要。 第二部分：系统技术——机器的精密 计算层析成像的实现，离不开精密复杂的硬件系统。本书的第二部分将带领读者深入了解CT系统的构成及其工作原理。 X射线发生器：能量的源泉 X射线管是CT系统的核心部件。本书将详细介绍X射线管的结构，包括阴极、阳极、聚焦 the cathode, anode, and focusing cup，以及X射线的产生机制，如热电子发射和轫致辐射。读者将了解影响X射线输出的因素，如管电流（mA）、管电压（kVp）和曝光时间，以及它们如何影响图像的亮度和对比度。 探测器系统：光的捕手 探测器是采集X射线投影数据的关键。本书将介绍不同类型的探测器，包括： 闪烁体探测器（Scintillation Detectors）： 将X射线转化为可见光，再由光电倍增管或光电二极管转化为电信号。 气体探测器（Gas Detectors）： 利用X射线电离惰性气体产生电信号。 半导体探测器（Semiconductor Detectors）： 直接将X射线转化为电信号，具有更高的探测效率和能量分辨率。 读者将了解探测器阵列的设计，以及它们如何高效地捕捉每一束穿过患者身体的X射线。现代CT系统通常采用多层螺旋CT（MDCT）技术，其探测器阵列由多排探测器组成，能够实现更快速、更精细的三维扫描。 扫描架与旋转机制：精准的运动 CT扫描仪的核心是一个能够高速旋转的扫描架。本书将介绍扫描架的设计，包括其稳定性、精度要求，以及实现精确同步旋转的电机和编码器系统。高速旋转是实现螺旋扫描的基础，它大大缩短了扫描时间，减少了运动伪影，提高了患者的舒适度。 数据采集与传输：信息的高速公路 从探测器收集到的原始数据需要被快速、准确地传输到计算机进行处理。本书将介绍数据采集系统（DAS）的功能，包括信号放大、数字化（ADC），以及数据传输接口和总线。高速的数据传输是保证CT系统流畅运行的关键。 球管和探测器的同步旋转：协同工作的艺术 在螺旋CT中，X射线球管和探测器阵列是围绕患者进行同步旋转的。本书将详细介绍这种协同工作的机制，以及如何通过精确控制它们的旋转角度和扫描床的移动速度，实现连续的螺旋扫描。理解这种同步运动的原理，对于掌握CT扫描过程至关重要。 第三部分：图像质量——清晰度的追求 即便有了先进的原理和系统，最终能否得到有诊断价值的图像，还取决于图像质量。本书的第三部分将聚焦于影响CT图像质量的关键因素，以及如何进行评估和优化。 空间分辨率：细节的辨识力 空间分辨率是指CT系统能够分辨的最小细节的能力。本书将深入探讨影响空间分辨率的因素，包括： 像素大小（Pixel Size）： 图像中最小单元的大小。 点扩展函数（Point Spread Function, PSF）： 一个点光源在图像中形成的模糊程度。 调制传递函数（Modulation Transfer Function, MTF）： 衡量系统在不同空间频率下图像细节复现能力的函数。 读者将学习到如何通过提高X射线球管的焦点大小、优化探测器阵列设计、选择合适的重建算法和窗宽窗位等方法来提升空间分辨率。 对比度分辨率：区分细微差别的能力 对比度分辨率是指CT系统能够区分两种密度相近的组织的能力。它与X射线的统计噪声、探测器的探测效率以及图像处理技术密切相关。本书将讨论如何通过增加X射线剂量（在安全范围内）、优化探测器性能、使用合适的图像后处理技术来提高对比度分辨率。 噪声：图像的“毛刺” 图像噪声是CT图像中随机出现的、影响图像清晰度的干扰。其主要来源包括： X射线统计噪声： X射线光子数量的随机波动。 探测器噪声： 探测器本身的电子噪声。 散射线： X射线在穿过人体时发生的方向改变，导致图像模糊和对比度下降。 本书将详细阐述这些噪声的来源，以及降噪技术，如滤波、平均、迭代重建等，它们如何减少噪声，提高图像质量。 伪影：图像的“瑕疵” 伪影是指在CT图像中出现的、并非真实存在的结构或现象，它们会严重干扰诊断。本书将详细介绍常见的CT伪影，包括： 金属伪影： 金属对X射线的强吸收和不均匀衰减导致。 运动伪影： 患者在扫描过程中移动导致。 束硬化伪影： X射线束的能量分布不均匀导致。 欠采样伪影： 投影数据不足导致。 读者将学习到各种伪影的成因，以及如何通过优化扫描参数、选择合适的重建算法、进行后处理来减少或消除这些伪影。 剂量与图像质量的权衡：安全与清晰的平衡 CT成像不可避免地会产生辐射剂量，而提高图像质量往往需要增加剂量。本书将深入探讨剂量与图像质量之间的权衡关系。读者将学习到如何通过优化扫描参数、使用低剂量技术（如迭代重建、低剂量成像模式）、个体化剂量设置等方式，在保证诊断信息的前提下，最大程度地降低患者的辐射剂量。 第四部分：应用——看见生命的脉搏 计算层析成像的强大之处在于其广泛的应用领域，几乎渗透到医学诊断的各个角落，甚至延伸到工业检测和科研领域。本书的第四部分将展示CT技术的辉煌成就。 医学影像诊断：疾病的“火眼金睛” 神经系统： CT是诊断脑出血、脑梗死、脑肿瘤、颅骨骨折等神经系统疾病的“利器”。本书将介绍脑部CT的扫描方案、阅片要点，以及在不同脑部疾病中的应用。 胸部： CT在肺部疾病的诊断中扮演着举足轻重的角色，如肺炎、肺结核、肺癌、肺栓塞等。读者将学习到肺部高分辨率CT（HRCT）的原理和应用，以及如何识别肺部病灶。 腹部与盆腔： CT能够清晰地显示肝脏、胆囊、胰腺、脾脏、肾脏、胃肠道、盆腔器官等，对于诊断腹部肿瘤、炎症、结石、出血等具有重要意义。本书将介绍腹部CT的扫描技术，以及在肝胆胰脾、消化系统、泌尿生殖系统疾病中的应用。 骨骼与关节： CT在骨折的诊断和评估、关节疾病的诊断、脊柱疾病的评估等方面发挥着不可替代的作用。本书将介绍骨骼CT的扫描技术，以及在骨关节创伤、退行性病变、肿瘤等方面的应用。 心血管系统： 随着技术的进步，CT血管造影（CTA）已成为诊断冠状动脉疾病、主动脉疾病、外周血管疾病等的重要手段。本书将介绍CTA的原理、扫描技术和临床应用。 介入放射学：精准治疗的向导 CT不仅用于诊断，还广泛应用于介入放射学治疗。例如，在引导穿刺活检、引流脓肿、肿瘤消融、射频治疗、血管介入治疗等方面，CT提供了实时的解剖信息，确保了治疗的精准性和安全性。本书将阐述CT在介入治疗中的辅助作用。 放射治疗计划：精确的剂量设计 在放射治疗中，CT影像被用于构建患者的三维解剖模型，并据此进行肿瘤靶区勾画和剂量分布计算，以确保放射剂量能够精确地照射到肿瘤组织，同时最大限度地保护周围的正常组织。本书将介绍CT在放射治疗计划中的应用。 工业无损检测：质量的“透视镜” 计算层析成像技术也已成功应用于工业领域，作为一种无损检测手段，用于检测产品的内部缺陷、结构完整性、材料成分等。例如，在航空航航天、汽车制造、电子元件检测等领域，CT技术发挥着重要作用。 科研与教学：探索未知的工具 在生命科学、医学研究、材料科学等领域，CT技术为科学家们提供了观察和研究微观结构、动态过程的有力工具。同时，CT图像也是医学教育的重要教学资源。 结语：展望未来——无限可能 《计算层析成像：基本原理、系统技术、图像质量及应用（第三版）》一书，不仅是一次对现有技术的全面梳理，更是一次对未来发展方向的深刻洞察。随着人工智能、深度学习、新型探测器和辐射源技术的不断涌现，计算层析成像的性能将持续提升，应用领域也将不断拓展。本书为读者提供了坚实的基础知识和前沿视野，使其能够更好地理解这一革命性技术的过去、现在和未来，并参与到推动其发展的行列中来。无论是初学者还是资深从业者，都能从中汲取宝贵的知识和灵感，共同探索计算层析成像的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度和实践性结合得相当完美。作为一名希望深入了解CT技术的学习者，我非常欣赏它在基本原理部分所付出的努力。从X射线的产生机制，到光子与物质的相互作用，再到探测器的工作原理，每一个概念都被阐述得非常透彻。书中对数学模型和算法的介绍，虽然略显复杂，但通过清晰的图示和详细的推导，让我这个初学者也能逐步理解。我特别喜欢它在讲解重建算法时，会回顾基础的投影数据是如何被采集的，这种前后呼应的方式，让整个成像过程的逻辑更加连贯。读完这部分，我对CT成像的“幕后故事”有了更深层次的理解，也为它能够从简单的X射线信号中重构出如此精细的内部结构感到惊叹。

评分☆☆☆☆☆

我一直对CT设备的硬件组成和技术细节充满好奇，这本书恰好满足了我的这一需求。它对CT系统的各个组成部分进行了详细的描述，从X射线球管、准直器，到探测器阵列、数据采集系统，再到图像重建和显示系统，每一个环节都讲解得非常到位。我尤其欣赏书中对不同类型探测器技术的比较，以及它们各自的优缺点。此外，对于扫描机制和运动控制系统的介绍，也让我了解到CT扫描是如何实现快速、精确的运动，从而获取高质量图像的。这本书让我对CT设备有了更直观的认识，也让我明白，一台先进的CT扫描仪是多种技术集成和优化的结果，背后凝结了无数科学家的智慧和努力。

评分☆☆☆☆☆

这本书在应用方面的介绍，简直就是一本“CT应用指南”！我一直对CT在医疗诊断中的广泛应用感到好奇，而这本书则为我打开了新世界的大门。它不仅仅是简单地列举应用，而是深入剖析了CT技术是如何被应用于不同疾病的诊断和治疗规划的。从心血管疾病、肿瘤筛查到神经系统疾病的诊断，每一个案例都清晰地展示了CT成像的独特优势和关键作用。我尤其对书中关于三维重建和后处理技术的介绍感到兴奋，这些技术能够将二维的切片图像转化为逼真的三维模型，极大地提高了诊断的准确性和效率。这本书让我深刻体会到，CT成像技术不仅仅是物理学和工程学的结晶，更是现代医学不可或缺的强大工具。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是一场关于“看到内部”的知识盛宴！我一直对医学影像技术，尤其是CT成像原理深感好奇。这本书恰恰满足了我的求知欲，它从最基础的物理概念讲起，比如X射线的产生、与物质的相互作用，以及如何用探测器捕捉这些信息。我最喜欢的部分是关于重建算法的讲解，虽然数学公式不少，但作者用非常形象的比喻和清晰的逻辑，让我这个非专业人士也能大致理解那个“化零为整”的神奇过程。书中对于各种探测器技术和X射线源的介绍也让我大开眼界，原来一个小小的CT扫描仪背后蕴含着如此多的工程智慧和物理原理。读完这部分，我感觉自己像是拥有了一双“透视眼”，对CT成像有了全新的认识，也为它能够无创地揭示人体内部奥秘感到无比惊叹。

评分☆☆☆☆☆

我最近在研究机器学习在图像处理中的应用，所以特别关注这本书在图像质量方面的阐述。这本书对影响CT图像质量的各种因素进行了详尽的分析，从X射线的能量谱、剂量，到探测器的分辨率、噪声，再到重建算法的选择，每一个环节都可能对最终的图像效果产生关键影响。作者深入浅出地解释了这些因素之间的相互作用，例如，如何权衡剂量和图像噪声，以及如何通过优化重建算法来减少伪影，提升图像的清晰度和对比度。尤其让我印象深刻的是关于空间分辨率和噪声的讨论，它让我明白，追求更高的分辨率并不总是最优解，有时需要根据临床需求和实际情况做出取舍。这本书提供的这套系统性方法论，对于理解和提升CT图像质量非常有指导意义。