医学成像与医学图像处理教程

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医学成像与医学图像处理教程【医学成像与医学图像处理教程】《医学成像与医学图像处理教程》是清华大学出版社于2013年出版的书籍，由田捷等人编制。
基本介绍书名：医学成像与医学图像处理教程
作者：田捷、代晓倩、杨飞
ISBN：9787302307891
定价：49元
图书信息印次：1-1装帧：平装印刷日期：2013-1-18图书简介本书可以看做是教科书和工具书的结合。一方面，本书介绍了医学影像领域的多种模态的医疗设备的成像原理，以及医学图像数据的处理和分析的算法原理，如重建、分割、配準、可视化等；另一方面，针对各方面的算法介绍了自主研发的医学影像处理与分析领域常用算法的设计和集成化算法平台MITK（Medical Imaging ToolKit）的构建，在算法平台的构建方面主要包括两方面的内容：一是设计和实现一个面向医学影像领域的，风格统一、接口一致且高效易扩展的集成化算法平台，其中包括总体框架和各类算法框架的设计、底层数据结构的封装以及各关键技术的实现；二是在此平台的基础上，介绍医学影像领域，包括分割、配準、可视化等在内的各类算法的设计方法及其具体实现。此外，该书还介绍了建立在此平台基础上的面向套用的三维医学影像处理与分析系统3DMed的设计和实现。图书前言在信息技术和临床需求的推动下产生的现代医疗影像技术的不断发展彻底改变了传统医学的诊断和治疗方式，具有划时代的意义。各种不同的成像设备提供了多种模态的医学图像，如： CT、MRI、超声、核医学图像（PET、SPECT）和分子影像等，这些信息为医生提供了关于病变组织或器官的解剖、功能和在体分子细胞信息，充分利用这些信息，可以为临床诊断、治疗以及疗效评估提供更加全面的参考。在数字医学影像时代，无论哪种医学影像模态，想要在临床诊断和治疗中发挥作用都离不开成像算法和处理软体的支持。从前期成像过程中的图像重建到后期图像处理中的医学影像分割、配準、可视化、三维互动，到基于这些技术开发相应的医学影像软体平台，都需要用到大量的计算技术和软体技术。除了研究单独的核心算法外，研究和开发集成化的算法平台和软体平台更是推动医学影像处理与分析前进的加速器。近年来，在这一领域，一方面核心算法研究继续备受重视，新算法层出不穷；另一方面，算法平台的研究也越来越受到国际医学影像界的重视，在近年来的国际主流学术会议上都设有专门的研讨会，主流学术杂誌也推出专刊，来探讨医学影像算法平台的设计问题；同时，针对国内目前仍然依赖于国外进口的设备和软体的问题，积累发展具有我国自主智慧财产权的高质量的医学影像软体平台，尤其是底层的算法研发平台，对促进我国医疗仪器设备的套用，尤其是医学影像软体业的持续发展，并直接造福于人民的医疗保健和健康事业是非常重要的。本书针对以上需求，根据编者所带领的团队在医学影像领域十多年的研究积累所编写，本书既可以看作是一本介绍医学影像领域各类主流算法的教科书，也可以看作是一本提供了医学影像领域通用的可实现的算法平台和软体平台设计的工具书。书中所构建的算法平台（MITK）和软体平台（3DMed）可以为医学影像领域的科研工作者提供一个开放的算法设计和二次开发的工具，我们希望抛砖引玉，带动更多的科研人员和有兴趣的工作者加入到这一开放式平台的研究中来，提升国内医学影像领域算法研究和软体开发的水平。感谢国家重点基础研究发展计画973（2011CB707700）、国家自然科学基金委国家重大科研仪器设备研製专项（81227901）、国家自然科学基金委重点项目（61231004）、NSFC?NIH生物医学合作研究项目（81261120414）、中国科学院知识创新工程重要方向项目（KGCX2?YW?907）以及清华大学出版社的大力支持。本书是在中国科学院自动化研究所智慧型医学研究中心、分子影像北京市重点实验室自1996年以来积累的工作和多年来参与医学影像工作的各位已毕业的以及在读的博士生、硕士生、博生后的前期工作的基础上完成的，感谢董迪、薛贞文、李勇保、吴萍、任努努、韩久琦、魏文娟参与编写本书的第3章，张星、李秀丽参与编写本书的第4章，邓可欣、刘沐寒、朱明参与编写本书的第5章，向德辉、宛晓南、李国栋参与编写本书的第6章，张宁、牟玮参与编写本书的第8章；同时，还要感谢赵明昌、薛健、戴亚康、郑健、陈健、徐敏、杨鑫、秦承虎、马喜波、白丽君、刘建刚、李悟等在MITK和3DMed的研发和长期的研究积累中所做的工作。本书是在5年前出版的《医学影像算法设计与平台构建》、8年前出版的《集成化医学影像算法平台理论与实践》两本书的基础上改写并增加大量新内容而完成的，是同步MITK/3DMed十多年的发展，多次修改、完善并扩充成书。本书将医学成像和医学图像处理领域的主流算法的原理介绍和具体实现有机地进行结合，不仅给出了目前主流医学成像和图像处理算法原理的清晰介绍，而且给出了有针对性的套用实例，并配有详尽注释的实现代码，同时本书又并非仅仅对一个个单一的算法做孤立的描述，而是希望站在软体工程的角度，着眼于整个软体框架的构造和实现。因此，本书不仅可以看成是一本详尽介绍医学成像和医学图像处理领域的经典算法的教科书，又可以看作一本实用的工具书。目前， MITK的稳定版本已经发布至2.3.3版，并提供了多作业系统下的适用版本， 3DMed的稳定版本已经发布至4.2版，并已开放源码。我们希望本书的出版，将有助于感兴趣的读者共同加入到开发MITK和3DMed的队伍中来，逐步使其成为更加开放的医学影像算法与套用的共享平台。图书目录第1章绪论1.1医学成像与医学图像处理的意义1.1.1医学影像对于现代医学的意义1.1.2算法与软体对于医学影像的意义1.2医学成像与医学图像处理的研究内容1.2.1医学影像成像技术1.2.2医学影像处理与分析技术1.2.3医学影像算法与套用平台1.3本书的涵盖内容及章节组织思考与练习参考文献第2章MITK与3DMed的总体框架2.1MITK总体介绍2.1.1传统平台VTK和ITK简介2.1.2MITK的设计目标2.1.3MITK的工程结构2.1.4MITK的计算模型2.1.5MITK的基础设施搭建2.1.6MITK对医学影像数据的封装2.23DMed总体介绍2.2.1相关工作2.2.23DMed的设计目标2.2.33DMed的工程结构2.2.43DMed的外挂程式接口2.2.53DMed的主框架2.2.63DMed的支持模组：MITK相关的辅助工具集思考与练习参考文献第3章医学图像重建3.1三维医学图像重建概述3.2计算机断层扫描成像图像重建3.2.1CT基本原理和发展3.2.2二维重建3.2.3三维重建3.3自发萤光成像图像重建3.3.1BLT的基本原理及生物套用3.3.2BLT的重建算法3.4激发萤光成像图像重建3.4.1基本原理和发展3.4.2三维重建算法3.5光声层析成像图像重建3.5.1PAT基本原理、发展及套用3.5.2PAT的重建算法3.6正电子发射断层成像图像重建3.6.1PET基本原理、发展和套用3.6.2PET重建算法的发展3.6.3PET重建算法3.7基于MITK的多模态三维图像重建框架3.7.1重建框架设计3.7.2CT重建子框架3.7.3多模态重建框架使用实例思考与练习参考文献第4章医学图像分割4.1医学图像分割概述4.2医学图像分割方法分类4.2.1基于区域的分割方法4.2.2基于边缘的分割方法4.2.3基于区域和边缘混合的分割方法4.3医学图像分割方法评价4.3.1评价方法4.3.2Ground Truth数据集4.4MITK中的分割算法框架4.4.1MITK中的分割算法框架概述4.4.2阈值分割算法在MITK中的实现4.4.3区域生长算法在MITK中的实现4.4.4Live wire算法在MITK中的实现4.4.5Graph Cuts算法在MITK中的实现4.5小结思考与练习参考文献第5章医学图像配準5.1医学图像配準概述5.2医学图像配準算法构成与分类5.2.1基于灰度的图像配準5.2.2基于特徵的图像配準5.2.3刚性与仿射配準5.2.4非刚性配準5.3MITK配準总体框架5.3.1框架设计5.3.2图像相似性测度5.3.3几何变换5.3.4图像插值5.3.5函式最佳化5.4基于点集的图像配準原理与实现5.4.1基于kd树的点集描述5.4.2叠代最近邻点配準算法5.4.3几何变换参数的最小二乘估计5.5基于特徵区域的图像配準原理与实现5.5.1区域特徵提取5.5.2区域特徵匹配5.5.3MITK?REG?SFR配準子框架的设计5.6套用实例与分析5.6.1基于灰度的三维核磁图像刚性配準5.6.2基于标记点的弹性图像配準5.6.3基于B样条自由形变模型的非刚性图像配準5.7小结思考与练习参考文献第6章医学图像可视化6.1医学图像可视化概述6.2可视化场景与模型参数6.2.1相机参数6.2.2模型参数6.2.3光源参数6.2.4基本人机互动6.3三维表面提取与面绘製6.3.1三维表面提取6.3.2分割基础上的表面提取6.3.3表面绘製6.4体绘製6.4.1体绘製的主要模型6.4.2体绘製的基本算法6.4.3光线投射算法的最佳化6.4.4体绘製中的分类技术6.5MITK中的可视化框架6.5.1MITK中的可视化环境搭建6.5.2MITK中的面绘製框架6.5.3MITK中的第一套体绘製框架6.5.4MITK中的第二套体绘製框架6.6小结思考与练习参考文献第7章三维人机互动7.1背景介绍7.2以3D Widgets为核心的三维人机互动的框架设计7.2.13D Widgets的设计準则7.2.2以3D Widgets为核心的三维互动框架总体结构7.2.3以3D Widgets为核心的三维互动框架设计7.3以3D Widgets为核心的三维人机互动的实现7.3.1Manipulator的实现7.3.2实现具体的WidgetModel7.4三维互动的套用实例7.4.1mitkLineWidgetModel3D的套用实例7.4.2mitkAngleWidgetModel3D的套用实例7.4.3mitkClippingPlaneWidget的套用实例7.4.4mitkReslicePlaneWidget的套用实例7.5小结思考与练习参考文献第8章数字医学影像存储与传输标準8.1DICOM标準简介8.1.1DICOM标準的产生和演化8.1.2DICOM标準的主要特点8.1.3DICOM标準的总体结构和主要内容8.2MITK中DICOM标準的实现8.2.1DICOM数据编码方式和档案结构8.2.2DICOM档案读写模组的实现8.2.3DICOM Utility在MITK中的封装8.3小结思考与练习参考文献第9章平台扩充和套用开发实例9.1算法平台功能扩充举例9.1.1预备知识9.1.2实例之一：扩充Reader功能9.1.3实例之二：扩充Filter功能9.2基于MITK的套用开发举例9.2.1MFC+MITK实现简单图像浏览9.2.2Qt+MITK实现简单图像浏览9.2.3Qt+MITK实现面绘製9.2.4Qt+MITK实现体绘製9.33DMed的外挂程式开发举例9.3.1基于MITK的简单外挂程式9.3.2与主界面融合的外挂程式9.3.3使用自定义数据类型思考与练习参考文献附录AMITK网站介绍展望和结语