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第1章 绪论1

1.1 医学影像图像1

1.2 医学图像处理的主要研究内容2

1.2.1 医学图像数据获取2

1.2.2 医学图像预处理技术3

1.2.3 医学图像分割3

1.2.4 医学图像配准4

1.2.5 医学图像融合5

1.2.6 医学图像三维重建5

1.2.7 DICOM标准6

1.2.8 PACS系统6

1.2.9 图像引导手术及放疗计划制定7

1.3 医学图像处理的意义及应用8

1.3.1 医学图像处理的意义8

1.3.2 医学图像处理的应用9

1.4 本章小结10

第2章 医学影像图像获取12

2.1 医学影像成像模式12

2.2 X线成像14

2.2.1 X线机的构成和分类14

2.2.2 X线成像的基本原理15

2.2.3 X线诊断的新进展17

2.3 CT成像17

2.3.1 CT设备的基本结构及发展历史18

2.3.2 CT成像的基本概念20

2.3.3 CT成像的基本原理和特点21

2.3.4 螺旋CT22

2.4 超声成像23

2.4.1 超声成像的基本原理23

2.4.2 几种超声诊断仪的成像特点24

2.5 核磁共振成像26

2.5.1 核磁共振成像的基本原理27

2.5.2 核磁共振成像的特点29

2.5.3 核磁共振成像的临床应用和局限性30

2.5.4 核磁共振设备的基本结构30

2.6 发射型计算机断层成像31

2.6.1 单光子发射型计算机断层（SPECT）设备32

2.6.2 正电子发射型计算机断层（PET）设备33

2.7 医学影像文件格式及其相互转换34

2.7.1 医学影像文件格式34

2.7.2 医学影像文件格式转换40

2.8 本章小结46

第3章 医学图像预处理47

3.1 医学图像噪声去除47

3.1.1 图像噪声47

3.1.2 图像均值滤波算法48

3.1.3 图像中值滤波算法52

3.1.4 K近邻平滑（均值、中值）滤波方法53

3.1.5 高斯平滑滤波方法54

3.2 医学图像增强55

3.2.1 医学图像的对比度增强55

3.2.2 医学图像减影技术58

3.2.3 直方图均衡化方法58

3.2.4 医学图像伪彩色处理60

3.3 医学图像插值63

3.3.1 最近邻插值63

3.3.2 均值插值64

3.3.3 双线性插值64

3.3.4 双三次插值65

3.3.5 分形插值65

3.4 窗宽、窗位调整66

3.4.1 窗口技术66

3.4.2 调窗处理66

3.5 本章小结68

第4章 医学图像分割69

4.1 医学图像分割概述69

4.1.1 图像分割原理69

4.1.2 图像分割算法分类70

4.1.3 医学图像分割任务及临床应用71

4.1.4 医学图像分割的研究特点72

4.2 基于区域的分割方法73

4.2.1 阈值分割法73

4.2.2 区域生长法77

4.2.3 区域分裂合并法78

4.2.4 聚类分割法79

4.3 基于边界的分割方法79

4.3.1 微分算子法80

4.3.2 曲面拟合法85

4.3.3 串行边界查找85

4.4 基于特定理论的分割86

4.4.1 基于模糊集理论的方法86

4.4.2 基于统计学的方法87

4.4.3 基于人工智能算法的分割方法88

4.4.4 基于小波变换的分割方法88

4.5 分水岭分割算法89

4.5.1 分水岭算法概述89

4.5.2 分水岭算法原理90

4.5.3 分水岭算法在医学图像中的运用92

4.6 水平集分割算法92

4.6.1 曲线演化理论93

4.6.2 水平集分割模型93

4.6.3 水平集分割算法流程94

4.7 Live-wire交互式分割算法97

4.7.1 原理概述97

4.7.2 Live-Wire算法流程97

4.8 基于Snake模型的交互式分割算法99

4.8.1 Snake算法的数学模型100

4.8.2 Snake模型的工作原理100

4.8.3 改进的Snake算法102

4.9 序列医学图像分割方法105

4.9.1 序列图像分割105

4.9.2 算法原理105

4.10 图像分割的评价107

4.10.1 分割评价准则107

4.10.2 医学图像分割结果的评价108

4.11 本章小结109

第5章 医学图像配准110

5.1 医学图像配准概述110

5.1.1 图像配准的定义110

5.1.2 图像配准的分类111

5.1.3 医学图像配准的临床应用112

5.2 医学图像配准关键技术114

5.2.1 图像配准的基本步骤114

5.2.2 图像配准关键技术115

5.3 医学图像配准方法120

5.3.1 基于特征的图像配准120

5.3.2 基于像素的图像配准124

5.3.3 医学图像非刚性配准127

5.4 基于归一化互信息的多模态医学图像配准129

5.4.1 互信息基础理论130

5.4.2 互信息配准算法130

5.4.3 归一化互信息与高阶互信息132

5.5 基于有限元方法的医学图像非刚性配准135

5.5.1 图像有限元分析135

5.5.2 有限元配准理论136

5.5.3 互信息驱动的有限元配准方法137

5.6 多分辨率图像配准策略139

5.6.1 图像多级分解金字塔140

5.6.2 基于多分辨率策略的图像配准140

5.7 图像配准评价142

5.7.1 评价指标142

5.7.2 评价方法143

5.8 本章小结144

第6章 医学图像融合146

6.1 医学图像融合概述146

6.2 医学图像融合分类148

6.3 简单的医学图像融合方法150

6.4 基于塔形分解的医学图像融合方法151

6.4.1 基于拉普拉斯金字塔的医学图像融合152

6.4.2 基于比率金字塔的医学图像融合155

6.4.3 基于对比度金字塔的医学图像融合156

6.4.4 基于梯度金字塔的医学图像融合157

6.5 基于小波变换的医学图像融合方法158

6.5.1 小波变换的基础理论159

6.5.2 图像的二维小波分解161

6.5.3 基于小波变换的医学图像融合163

6.6 医学图像融合评价指标165

6.6.1 主观评价指标166

6.6.2 客观评价指标166

6.7 本章小结168

第7章 医学图像三维重建169

7.1 医学图像三维重建概述169

7.1.1 基本概念170

7.1.2 医学图像三维重建流程172

7.1.3 医学图像三维重建算法分类172

7.1.4 医学图像三维重建主要应用173

7.2 医学图像三维重建算法174

7.2.1 面绘制算法174

7.2.2 体绘制算法177

7.2.3 面绘制与体绘制的比较180

7.3 移动立方体算法181

7.3.1 移动立方体算法的原理181

7.3.2 移动立方体算法存在的问题185

7.3.3 对移动立方体算法的改进187

7.4 光线投射算法191

7.4.1 光线投射算法的基本原理191

7.4.2 光线投射算法流程191

7.4.3 对光线投射算法的优化195

7.5 基于GPU的医学图像三维重建算法199

7.5.1 可编程GPU简介199

7.5.2 基于GPU的体绘制200

7.5.3 GPU体绘制算法流程201

7.6 本章小结202

第8章 医学图像处理在放射治疗中的应用203

8.1 放射治疗技术的发展203

8.1.1 三维适形放疗203

8.1.2 调强放射治疗204

8.1.3 图像引导放疗206

8.1.4 剂量引导放疗208

8.1.5 自适应放疗208

8.2 放疗计划系统的软硬件组成209

8.2.1 放疗计划软件系统209

8.2.2 直线加速器209

8.2.3 多叶光栅MLC210

8.2.4 独立准直器210

8.2.5 模拟定位机210

8.2.6 电子射野影像装置EPID211

8.2.7 锥形束计算机断层扫描技术CBCT212

8.2.8 平板探测器FPD213

8.3 基于医学图像处理的放疗计划软件系统214

8.3.1 放疗计划软件系统概述214

8.3.2 RTPS中的医学图像处理关键技术215

8.3.3 系统功能及实施流程216

8.3.4 系统的各模块功能及实现217

8.4 本章小结222

第9章 基于DICOM标准的PACS系统224

9.1 PACS概述224

9.1.1 PACS概念的提出224

9.1.2 PACS的国内外进展225

9.1.3 PACS的基本构成226

9.1.4 PACS系统的应用226

9.2 数字医学图像的DICOM标准227

9.2.1 DICOM标准发展概述227

9.2.2 DICOM的总体结构和主要内容228

9.2.3 DICOM标准中涉及的基本概念和定义229

9.2.4 DICOM信息模型及数据结构230

9.2.5 DICOM文件结构和文件解析234

9.2.6 DICOM的网络通信236

9.2.7 DICOM标准的意义238

9.3 PACS的软件体系结构238

9.3.1 C/S架构238

9.3.2 B/S架构240

9.3.3 分布式架构241

9.3.4 基于CORBA的三层分布式PACS的体系结构242

9.4 PACS中的关键技术244

9.4.1 存储技术和数据库技术244

9.4.2 影像数据获取技术245

9.4.3 医学影像显示技术246

9.4.4 医学图像处理与压缩技术246

9.4.5 系统集成技术247

9.5 PACS的主要影响因素及发展趋势248

9.5.1 影响PACS功能和性能的主要因素248

9.5.2 PACS的发展趋势249

9.6 本章小结250

第10章 医学图像处理与分析软件平台251

10.1 算法工具包251

10.1.1 医学图像分割与配准工具包ITK251

10.1.2 可视化工具包VTK255

10.1.3 集成化医学图像处理与分析算法研发平台MITK258

10.1.4 图像导航手术工具包IGSTK261

10.2 国内外医学影像处理与分析软件263

10.2.1 VolView263

10.2.2 VGStudio MAX264

10.2.3 3D Doctor266

10.2.4 3D Slicer267

10.2.5 MedINRIA267

10.2.6 GIMIAS268

10.2.7 MeVisLab269

10.2.8 3DMed270

10.2.9 Medical Imaging Interaction Toolkit272

10.3 本章小结273

参考文献274