01 / 導讀
導讀
引用
Prince, J. L., & Links, J. M. (2015). Medical Imaging Signals and Systems (2nd ed.). Pearson.
章節概要
全書共十三章，分為五個部分，約500頁。第一部分講原理，之後每種成像方式先有一章物理，再有一到兩章講其成像系統，各章末尾都有小結。
第一部分：基本成像原理（第1–3章）
第1章「導論」回顧醫學影像的歷史、所用的物理訊號，並簡要預覽投影X光攝影、電腦斷層成像、核醫學、超音波和磁振造影，同時介紹多模態成像。
第2章「訊號與系統」是數學基礎。內容包括點脈衝與線脈衝、梳狀函數與取樣函數、矩形函數與sinc函數，以及可分離訊號和週期訊號；線性移不變系統及其衝激響應；傅立葉變換及其性質（包括卷積、縮放、旋轉和帕塞瓦爾定理）；傳遞函數；以及圓對稱與漢克爾變換。
第3章「影像品質」建立了之後每一章都要用到的度量：對比度與調製傳遞函數，解析度（線擴散函數、半高全寬、串接子系統），雜訊（隨機變數）與訊雜比，取樣與奈奎斯特定理，假影與畸變，以及定量準確度和診斷準確度。
第二部分：放射成像（第4–6章）
第4章「放射成像的物理」講電離、電離輻射的形式、X光的相互作用與衰減，以及輻射劑量學中用到的量。第5章「投影X光攝影」講裝置（X光管、濾過、濾線柵、底片—增感屏偵檢器、影像增強器、數位X光攝影和乳房攝影），透過基本成像方程並結合幾何效應和模糊效應來講影像形成，以及雜訊與散射。第6章「電腦斷層成像」先講各代CT的裝置，再講影像形成：線積分、CT值、平行束、扇形束、螺旋和錐形束重建、疊代重建，並從解析度、雜訊和假影來講CT的影像品質。
第三部分：核醫學成像（第7–9章）
第7章「核醫學的物理」講放射性衰變及其規律與方式、衰變統計和放射性追蹤劑。第8章「平面閃爍顯像」介紹Anger相機（準直器、閃爍晶體、光電倍增管、定位邏輯）、其成像方程，以及解析度、靈敏度、均勻性和雜訊等影像品質因素。第9章「發射型電腦斷層成像」講SPECT和PET的裝置與影像形成、疊代重建，以及包括衰減、散射和隨機符合在內的影像品質。
第四部分：超音波成像（第10–11章）
第10章「超音波的物理」從波動方程開始，接著講波的傳播（反射、折射、衰減、散射、非線性傳播）、都卜勒效應，以及聲束形成與聚焦。第11章「超音波成像系統」講換能器與探頭、脈衝回波方程、A型、M型和B型掃描、帶波束成形的轉向與聚焦、三維成像、解析度、雜訊與斑點。
第五部分：磁振造影（第12–13章）
第12章「磁共振的物理」講微觀與宏觀磁化、以拉莫爾頻率進動、射頻激發、弛緩、布洛赫方程、自旋迴波和基本對比機制。第13章「磁振造影」講系統組成（磁鐵、梯度線圈、射頻線圈）、包括層面選擇、頻率編碼、相位編碼和實際脈衝序列的資料擷取、影像重建、影像品質以及高階對比機制。
核心概念
第一部分：基本成像原理
- 線性移不變系統與傅立葉變換：用來為書中每一種成像系統建模的工具。
- 調製傳遞函數與解析度：系統對空間頻率的響應如何描述模糊。
- 訊雜比與取樣：雜訊的度量和奈奎斯特取樣定理。
第二、三部分：放射成像與核醫學成像
- 衰減與基本成像方程：X光的透射如何變成投影影像。
- 由投影重建：用於CT和發射斷層成像的平行束、扇形束和疊代方法。
- 放射性衰變與Anger相機：閃爍顯像的物理和成像方程。
第四、五部分：超音波與磁振造影
- 脈衝回波成像與波束成形：回波如何被計時、轉向和聚焦成影像。
- 拉莫爾進動、弛緩與布洛赫方程：磁共振訊號的物理。
- 梯度編碼：層面選擇、頻率編碼和相位編碼。
評析
優點
- 所有成像方式採用同一框架。 作者在前言中說明訊號處理是基本視角，目錄也顯示同樣的順序反覆出現：物理、裝置、影像形成、影像品質。這使學生可以把同一套數學從一種成像方式帶到下一種。
- 內建影像品質。 第3章先從一般意義上介紹對比度、解析度、雜訊和準確度，這些主題又在放射成像、CT、核醫學、超音波和磁共振各章的影像品質部分再次出現，前言也是這樣描述的。
- 便於教學的組織。 作者說他們曾以書稿為約翰斯·霍普金斯大學一學期的高年級或研究生課程授課，並建議把第一至三部分和第四、五部分分作兩個學期。每章末尾都有小結，出版社還宣傳有引人入勝的例題以及大量影像和圖表，其中包括與生物學相關的示例。
- 關鍵處的數學深度。 目錄列出了布洛赫方程、脈衝回波方程、Anger相機成像方程以及平行束和扇形束CT重建等推導。
侷限
- 先修要求較高。 出版社稱本書最適合學過訊號與系統先修課程和初等機率論的工程專業學生，作者的前言還補充了大一的物理、化學和微積分。沒有學過訊號課程的學生需要認真學習第2章，或先修那門課。
- 物理和生物學保持在最低限度。 前言說明內容集中於訊號，只包含足以說明每種成像方式並提供分析模型所需的物理和生物學。臨床實踐、診斷和裝置細節不是重點。
- 範圍有限。 目錄涵蓋五種成像方式，以磁共振結束。沒有關於影像分析、分割或視覺化的章節，多模態成像僅在導論中出現。未找到針對第二版的獨立書評。
在課程中的定位
Prince 和 Links 是本課程書單中以訊號與系統方法處理醫學影像的一本。Suetens 的 Fundamentals of Medical Imaging 以較短的篇幅、豐富的插圖概覽同樣的成像方式，還涵蓋影像計算與視覺化，並把數學放在可以跳過的段落裡；它是較輕鬆的初讀材料，而當課程以訊號處理為基礎時，Prince 和 Links 是更好的選擇。Smith 和 Webb 的 Introduction to Medical Imaging 是對主要臨床成像方式的簡明入門，Wolbarst 等人的 Medical Imaging: Essentials for Physicians 則是面向將使用影像而不是製造掃描器的讀者所寫的概念性入門。
The Essential Physics of Medical Imaging 是面向放射科住院醫師和醫學物理師的綜合性參考書，比 Prince 和 Links 包含更多臨床和輻射防護內容。Barrett 和 Myers 的 Foundations of Image Science 是對成像系統的數學、統計學和基於任務的評估的研究生層次論述，是讀完這裡的影像品質一章和訊號框架之後的自然延伸。
如何使用本書
本書適合學過訊號與系統課程的生物醫學或電氣工程高年級本科生和研究生一年級學生。要認真學完第2章和第3章，因為後面每一章都沿用其中的記號和品質度量。然後按書中的順序或按興趣學習各種成像方式；在每一種方式中，先讀物理章，再讀成像系統章，並嘗試自己推導影像方程。
對於一學期的課程，作者說他們會跳過一些內容並快速推進。合理的選擇是：第一部分、放射成像和CT各章，再加上核醫學、超音波和磁共振中的一到兩種；第四、五部分適合放在第二個學期。用每章末尾的小結檢查哪些是要點，並做例題。