01 / 导读
导读
引用
Prince, J. L., & Links, J. M. (2015). Medical Imaging Signals and Systems (2nd ed.). Pearson.
章节概要
全书共十三章，分为五个部分，约500页。第一部分讲原理，之后每种成像方式先有一章物理，再有一到两章讲其成像系统，各章末尾都有小结。
第一部分：基本成像原理（第1–3章）
第1章“导论”回顾医学影像的历史、所用的物理信号，并简要预览投影X射线摄影、计算机断层成像、核医学、超声和磁共振成像，同时介绍多模态成像。
第2章“信号与系统”是数学基础。内容包括点脉冲与线脉冲、梳状函数与采样函数、矩形函数与sinc函数，以及可分离信号和周期信号；线性移不变系统及其冲激响应；傅里叶变换及其性质（包括卷积、缩放、旋转和帕塞瓦尔定理）；传递函数；以及圆对称与汉克尔变换。
第3章“图像质量”建立了之后每一章都要用到的度量：对比度与调制传递函数，分辨率（线扩散函数、半高全宽、级联子系统），噪声（随机变量）与信噪比，采样与奈奎斯特定理，伪影与畸变，以及定量准确度和诊断准确度。
第二部分：放射成像（第4–6章）
第4章“放射成像的物理”讲电离、电离辐射的形式、X射线的相互作用与衰减，以及辐射剂量学中用到的量。第5章“投影X射线摄影”讲设备（X射线管、滤过、滤线栅、胶片—增感屏探测器、影像增强器、数字X射线摄影和乳腺摄影），通过基本成像方程并结合几何效应和模糊效应来讲图像形成，以及噪声与散射。第6章“计算机断层成像”先讲各代CT的设备，再讲图像形成：线积分、CT值、平行束、扇形束、螺旋和锥形束重建、迭代重建，并从分辨率、噪声和伪影来讲CT的图像质量。
第三部分：核医学成像（第7–9章）
第7章“核医学的物理”讲放射性衰变及其规律与方式、衰变统计和放射性示踪剂。第8章“平面闪烁显像”介绍Anger相机（准直器、闪烁晶体、光电倍增管、定位逻辑）、其成像方程，以及分辨率、灵敏度、均匀性和噪声等图像质量因素。第9章“发射型计算机断层成像”讲SPECT和PET的设备与图像形成、迭代重建，以及包括衰减、散射和随机符合在内的图像质量。
第四部分：超声成像（第10–11章）
第10章“超声的物理”从波动方程开始，接着讲波的传播（反射、折射、衰减、散射、非线性传播）、多普勒效应，以及声束形成与聚焦。第11章“超声成像系统”讲换能器与探头、脉冲回波方程、A型、M型和B型扫描、带波束形成的转向与聚焦、三维成像、分辨率、噪声与散斑。
第五部分：磁共振成像（第12–13章）
第12章“磁共振的物理”讲微观与宏观磁化、以拉莫尔频率进动、射频激发、弛豫、布洛赫方程、自旋回波和基本对比机制。第13章“磁共振成像”讲系统组成（磁体、梯度线圈、射频线圈）、包括层面选择、频率编码、相位编码和实际脉冲序列的数据采集、图像重建、图像质量以及高级对比机制。
核心概念
第一部分：基本成像原理
- 线性移不变系统与傅里叶变换：用来为书中每一种成像系统建模的工具。
- 调制传递函数与分辨率：系统对空间频率的响应如何描述模糊。
- 信噪比与采样：噪声的度量和奈奎斯特采样定理。
第二、三部分：放射成像与核医学成像
- 衰减与基本成像方程：X射线的透射如何变成投影图像。
- 由投影重建：用于CT和发射断层成像的平行束、扇形束和迭代方法。
- 放射性衰变与Anger相机：闪烁显像的物理和成像方程。
第四、五部分：超声与磁共振成像
- 脉冲回波成像与波束形成：回波如何被计时、转向和聚焦成图像。
- 拉莫尔进动、弛豫与布洛赫方程：磁共振信号的物理。
- 梯度编码：层面选择、频率编码和相位编码。
评析
优点
- 所有成像方式采用同一框架。 作者在前言中说明信号处理是基本视角，目录也显示同样的顺序反复出现：物理、设备、图像形成、图像质量。这使学生可以把同一套数学从一种成像方式带到下一种。
- 内置图像质量。 第3章先从一般意义上介绍对比度、分辨率、噪声和准确度，这些主题又在放射成像、CT、核医学、超声和磁共振各章的图像质量部分再次出现，前言也是这样描述的。
- 便于教学的组织。 作者说他们曾以书稿为约翰斯·霍普金斯大学一学期的高年级或研究生课程授课，并建议把第一至三部分和第四、五部分分作两个学期。每章末尾都有小结，出版社还宣传有引人入胜的例题以及大量图像和图表，其中包括与生物学相关的示例。
- 关键处的数学深度。 目录列出了布洛赫方程、脉冲回波方程、Anger相机成像方程以及平行束和扇形束CT重建等推导。
局限
- 先修要求较高。 出版社称本书最适合学过信号与系统先修课程和初等概率论的工程专业学生，作者的前言还补充了大一的物理、化学和微积分。没有学过信号课程的学生需要认真学习第2章，或先修那门课。
- 物理和生物学保持在最低限度。 前言说明内容集中于信号，只包含足以说明每种成像方式并提供分析模型所需的物理和生物学。临床实践、诊断和设备细节不是重点。
- 范围有限。 目录涵盖五种成像方式，以磁共振结束。没有关于图像分析、分割或可视化的章节，多模态成像仅在导论中出现。未找到针对第二版的独立书评。
在课程中的定位
Prince 和 Links 是本课程书单中以信号与系统方法处理医学影像的一本。Suetens 的 Fundamentals of Medical Imaging 以较短的篇幅、丰富的插图概览同样的成像方式，还涵盖图像计算与可视化，并把数学放在可以跳过的段落里；它是较轻松的初读材料，而当课程以信号处理为基础时，Prince 和 Links 是更好的选择。Smith 和 Webb 的 Introduction to Medical Imaging 是对主要临床成像方式的简明入门，Wolbarst 等人的 Medical Imaging: Essentials for Physicians 则是面向将使用图像而不是制造扫描仪的读者所写的概念性入门。
The Essential Physics of Medical Imaging 是面向放射科住院医师和医学物理师的综合性参考书，比 Prince 和 Links 包含更多临床和辐射防护内容。Barrett 和 Myers 的 Foundations of Image Science 是对成像系统的数学、统计学和基于任务的评估的研究生层次论述，是读完这里的图像质量一章和信号框架之后的自然延伸。
如何使用本书
本书适合学过信号与系统课程的生物医学或电气工程高年级本科生和研究生一年级学生。要认真学完第2章和第3章，因为后面每一章都沿用其中的记号和质量度量。然后按书中的顺序或按兴趣学习各种成像方式；在每一种方式中，先读物理章，再读成像系统章，并尝试自己推导图像方程。
对于一学期的课程，作者说他们会跳过一些内容并快速推进。合理的选择是：第一部分、放射成像和CT各章，再加上核医学、超声和磁共振中的一到两种；第四、五部分适合放在第二个学期。用每章末尾的小结检查哪些是要点，并做例题。