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《核磁共振成像:生理参数测量原理和医学应用》是一本全面描述核磁共振成像物理的学术专著,内容包括NMR基础、MRI物理和MRI扫描仪物理设计原理.本书部分图片为彩色印刷。
内容简介
本套书是《核磁共振成像学》的修订版,是全面描述核磁共振成像物理原理的学术专著,分为两册,《核磁共振成像:物理原理和方法》主要描述和讨论核磁共振成像的物理原理和方法;《核磁共振成像:生理参数测量原理和医学应用》主要描述和讨论在核磁共振成像中生理参数测量的原理和临床医学应用.本套书部分图片为彩色印刷。
《中外物理学精品书系·核磁共振成像:生理参数测量原理和医学应用》内容包括核磁共振成像(MRI)的空间编码机制、信号采集方法、脉冲序列时序原理、扫描K空间轨迹的概念、自旋激发动力学方程、RF脉冲设计(包括激发k空间概念)、分子自扩散测量方法、图像重建方法和MRI扫描仪结构以及运行原理.其中脉冲序列包括临床常用的SE、GE和IR序列以及高速成像EPI序列、spiral序列、turbo�睩LASH序列等。
《中外物理学精品书系·核磁共振成像:生理参数测量原理和医学应用》内容包括MRI血流测量、血管造影(MRA)、脑功能MRI、灌注MRI、磁化强度饱和转移MRI、细胞分子MRI、人体MR谱成像、油水分离化学位移MRI等的物理原理,以及MRI图像伪影的标识、产生机制和抑制方法。
《中外物理学精品书系·核磁共振成像:生理参数测量原理和医学应用》部分内容可作为理工科大学硕、博士研究生MRI教材以及医科大学MRI硕、博士研究生MRI教学参考书,也可供理工科大学MRI教师、科学院MRI基础研究人员、MRI企业高级工程技术人员以及对MRI有浓厚兴趣的其他人员研读或参考。
作者简介
俎栋林,北京大学物理学院教授,博士生导师,多年从事核磁共振物理原理研究与教学,出版专著、教材多部; 高家红,美国耶鲁大学博士,美国麻省理工学院博士后,"千人计划"国家特聘专家,北京大学讲席教授,北大医学物理和工程北京市重点实验室主任。
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目录
第1章 血流MR成像和血管MR造影
§1.1 生理血流运动
1.1.1 运动类型
1.1.2 血液在血管中、流体在管道中流动的描述
1.1.3 血管血流特征
§1.2 流动血对MR信号的影响
1.2.1 流空效应及高速信号损失
1.2.2 湍流引起信号损失
1.2.3 层流引起奇回波散相、偶回波重聚相
1.2.4 凝滞和舒张期伪门控
1.2.5 流动相关增强(FRE)
1.2.6 血流异常和血管疾病诊断
1.2.7 辨别血栓和慢血流
§1.3 流动伪影和流动补偿技术
1.3.1 流动的综合效应及流动鬼影
1.3.2 抑制FRE鬼影的预饱和技术
1.3.3 流动补偿即GMN技术
1.3.4 用流动补偿产生的新问题
1.3.5 心电门控
§1.4 血流在梯度回波图像上的流入或TOF效应
1.4.1 在破坏GE序列中信号强度与激发脉冲数及倾倒角的定量关系
1.4.2 二维成像
1.4.3 三维成像
1.4.4 对低速流入效应的理解
1.4.5 克服TOF饱和的措施
§1.5 相位成像
1.5.1 相位成像概念和方法
1.5.2 相位像的灰度表示
1.5.3 相位差像
1.5.4 在相位分布图中的运动伪影
1.5.5 用相位像检查主磁场均匀性
1.5.6 测量磁化率分布
1.5.7 用“斑马条纹”相位像显示流动效应
§1.6 MR流动测量:飞行时间方法
1.6.1 团注激发跟踪测量方法
1.6.2 激发团注一维跟踪法
1.6.3 团注预饱和跟踪测量方法
1.6.4 临床应用
§1.7 MR流动测量:相敏方法
1.7.1 相敏法测量流动的SE序列
1.7.2 相敏法测量流动的GE序列
1.7.3 用相位差对比度测量流动仿真的实例
1.7.4 应用相敏法应注意的问题
1.7.5 用一维相位数据(RACE)测流速
1.7.6 RACE的临床应用价值
§1.8 飞行时间法血管造影(TOFMRA)
1.8.1 二维流入敏感(或TOF)法
1.8.2 最大强度投影显示
1.8.3 三维傅里叶变换梯度回波TOF
1.8.4 黑血造影,最小强度投影
1.8.5 三维快黑血像和黑血MRA
§1.9 相位对比度血管造影(PCMRA)
1.9.1 用相位探测运动的原理
1.9.2 PCMRA的重要属性
1.9.3 相敏流动成像脉冲序列
1.9.4 数据后处理
1.9.5 临床应用
§1.10 全身MRA
1.10.1 对比度最佳化
1.10.2 头和颈MRA
1.10.3 心血管成像
1.10.4 肾动脉
1.10.5 四肢血管成像
1.10.6 未来发展前景
§1.11 磁化率加权成像(SWI)
1.11.1 SWI原理
1.11.2 SWI在医学中的应用
§1.12 快速MRA
1.12.1 压缩感知(CS)技术
1.12.2 基于CS技术的MRA
参考文献
第2章 脑功能磁共振成像
§2.1 血氧水平依赖功能磁共振成像(BOLD�瞗MRI)
2.1.1 神经活动的生理基础
2.1.2 BOLD现象
2.1.3 BOLD�瞗MRI原理
2.1.4 神经激活时脑血流和脑氧代谢率的不匹配现象的理论解释
§2.2 BOLD�瞗MRI实验设计和时空分辨率
2.2.1 实验设计
2.2.2 BOLDfMRI的空间分辨率和时间分辨率
§2.3 fMRI实验数据预处理
2.3.1 时间校正
2.3.2 图像配准
2.3.3 图像平滑
§2.4 fMRI数据统计步骤和方法
2.4.1 fMRI数据特征
2.4.2 基于一般线性模型(GLM)的统计分析方法
2.4.3 感兴趣区(ROI)分析
2.4.4 块型和时间相关模块的fMRI实验数据处理的差异
2.4.5 其他分析方法
§2.5 静息态功能磁共振成像(restingstatefMRI)和脑功能连通图
2.5.1 人脑在静息状态下的代谢
2.5.2 静息态功能磁共振成像的发现
2.5.3 BOLD自发性波动的生理基础
2.5.4 静息态功能磁共振的数据处理方法
2.5.5 默认网络
2.5.6 图论和大脑网络
§2.6 实时脑功能磁共振成像(rtfMRI)
2.6.1 rtfMRI背景与一种经典算法
2.6.2 rtfMRI系统与技术进展简介
2.6.3 rtfMRI的相关应用简介
§2.7 光遗传学功能磁共振成像(ofMRI)
§2.8 非BOLD脑功能磁共振成像
2.8.1 神经电流磁共振成像
2.8.2 分子功能磁共振成像
2.8.3 洛伦兹效应成像(LEI)
2.8.4 扩散功能磁共振成像(dfMRI)
参考文献
第3章 灌注MR成像
§3.1 灌注概念和描写微血管的基本物理参数
3.1.1 灌注基本概念
3.1.2 血细胞比容和法拉由斯效应
3.1.3 平均通过时间
3.1.4 灌注定量的基本原理
§3.2 早期的SPECT,PET和CT灌注成像
3.2.1 SPECT和PET灌注成像
3.2.2 CT灌注成像
§3.3 基于外源示踪剂的多核MR灌注成像
3.3.1 氘(2H)示踪剂
3.3.2 17O技术
3.3.3 19FNMR脑血流成像
§3.4 顺磁性对比剂的1H灌注MR成像
3.4.1 对比度增强剂
3.4.2 顺磁性对比剂两种作用机制
3.4.3 弛豫率
3.4.4 磁化率
3.4.5 动态磁化率对比度技术
§3.5 对比剂增强灌注MRI的临床应用
3.5.1 磁化率χ对比度和脑血管疾病
3.5.2 脑瘤性疾病
3.5.3 神经变性疾病
3.5.4 乳腺肿瘤
§3.6 体元内非相干运动(IVIM)和相干运动(IVCM)成像
3.6.1 毛细血管模型和IVIM效应
3.6.2 体元内不相干运动(IVIM)和相干运动(IVCM)
3.6.3 IVCM成像
3.6.4 IVIM成像
3.6.5 IVIM和经典灌注
§3.7 IVIM成像中扩散和灌注的分离
3.7.1 IVIM成像
3.7.2 扩散和灌注的分离
§3.8 动脉自旋标记灌注MR成像(ASLMRI)
3.8.1 连续动脉自旋标记(CASL)
3.8.2 脉冲动脉自旋标记(PASL)
3.8.3 CASL和PASL脑部灌注成像
3.8.4 其他标记方式
§3.9 血管空间依赖磁共振成像(VASOMRI)
3.9.1 VASOMRI技术原理
3.9.2 VASOMRI技术应用
§3.10 脑组织氧摄取分数(OEF)和氧代谢率
(CMRO2)MR成像
3.10.1 GESSE技术
3.10.2 TRUST技术
3.10.3 QUIXOTIC技术
参考文献
第4章 饱和转移成像和细胞、分子成像
§4.1 磁化强度转移成像
4.1.1 双池模型和磁化强度转移概念
4.1.2 磁化强度转移成像
4.1.3 MT效应对照射功率和频偏的依赖
4.1.4 MT实验常用的RF脉冲
4.1.5 频率偏置及符号的选择
4.1.6 饱和转移对1Hf池弛豫时间的影响
4.1.7 组织特异性和对比度
4.1.8 MTC图像临床应用
4.1.9 MTC的负效应
§4.2 磁化强度转移定量理论
4.2.1 实验条件和方法
4.2.2 双池模型参数
4.2.3 耦合的布洛赫方程
4.2.4 稳态解
4.2.5 洛伦兹线形和高斯线形
4.2.6 偏照的直接效应
4.2.7 MT效应和模型参数的提取
4.2.8 Z谱
4.2.9 最佳偏照条件
§4.3 化学交换饱和转移
4.3.1 CEST与MT的区别
4.3.2 CEST成像机制
4.3.3 慢交换和快交换
§4.4 APT成像
4.4.1 氨基质子饱和转移比(APTR)
4.4.2 APT成像脉冲序列
4.4.3 APTI数据采集方法
4.4.4 APTI数据处理
4.4.5 成像结果
4.4.6 饱和功率优化
4.4.7 脂肪抑制
4.4.8 氨基交换旋转转移(CERT)成像新方法
§4.5 CEST成像
4.5.1 三维(3D)CEST脉冲序列
4.5.2 数据采集
4.5.3 数据分析
4.5.4 实验结果
4.5.5 照射机制CEST成像序列最佳化问题
§4.6 化学交换饱和转移双池模型理论
4.6.1 Bloch�睲cConnell方程
4.6.2 CEST和APT实验
4.6.3 CEST实验中照射功率最佳化
4.6.4 多池交换模型
§4.7 外源性CEST对比度介质
4.7.1 CEST介质分类
4.7.2 CEST对比度介质应用前景
§4.8 对CEST对比度介质关键参数�步换宦实亩�量方法
4.8.1 MR谱线宽方法和WEX方法
4.8.2 MRI测量方法(QUEST和QUESP)
4.8.3 QUEST的改进型QUESTRA方法
4.8.4 奥米伽直线法
4.8.5 RF功率法
§4.9 测量化学交换的多角比值法
参考文献
第5章 在活体中定域磁共振谱和谱成像
§5.1 生物体内定域NMR谱
5.1.1 基本原理
5.1.2 参考谱峰和标准物质
5.1.3 MRS对仪器的要求
5.1.4 活体中MRS可观测的代谢物
5.1.5 活体中定域谱发展简史
§5.2 活体MRS定位技术
5.2.1 单体元谱(PRESS)技术
5.2.2 STEAM定位技术
5.2.3 ISIS定位技术
5.2.4 表面线圈定位法
5.2.5 表面线圈和B0梯度相结合的组合方法
5.2.6 任意形状体元的激发谱
§5.3 磁共振谱成像
5.3.1 自旋回波谱成像脉冲序列
5.3.2 3D多体元纵向哈达马(Hadamard)编码谱成像(L�睭SI)序列
§5.4 影响代谢物浓度定量MR谱的因素
5.4.1 回波时间选择
5.4.2 匀场
5.4.3 水抑制
5.4.4 外体积抑制
5.4.5 内体积饱和(IVS)
5.4.6 T1和T2校正
5.4.7 浓度定量参考标准
5.4.8 温度校正
5.4.9 信噪比和信号平均
5.4.1 0体元脑脊液污染的校正
5.4.1 1其他应该避免的因素
§5.5 脑中定域1HMRS采集、拟合步骤和浓度估计
5.5.1 谱数据采集
5.5.2 拟合以估计峰面积
5.5.3 浓度估计
5.5.4 浓度标准
5.5.5 线圈负载和RF非均匀性
5.5.6 对于用外部标准的方程
5.5.7 典型扫描协议
§5.6 质子MRS在神经疾病中的临床应用
5.6.1 从临床角度考虑技术方面
5.6.2 定义正常值
5.6.3 代谢疾病
5.6.4 退行性疾病
5.6.5 感染和炎症
5.6.6 颅内肿瘤类型鉴别
5.6.7 癫痫
5.6.8 缺血和缺氧
5.6.9 精神病和头伤害
5.6.1 0脊髓
5.6.1 1谱方法的改进
5.6.1 2定量MR谱(qMRS)临床常规软件
参考文献
第6章 油/水质子化学位移成像
§6.1 脂肪化学位移和MRI信号
6.1.1 化学位移
6.1.2 质子密度
6.1.3 弛豫时间T1和T2
§6.2 与脉冲序列有关的脂肪化学位移伪影
6.2.1 在EPI序列中沿相位编码轴化学位移伪影
6.2.2 在梯度回波(GE)序列中油/水相位对消强度伪影
§6.3 化学位移选择性(CHESS)激发与饱和
6.3.1 脂肪的选择激发�睠HESS序列
6.3.2 窄带激发脉冲的设计
6.3.3 脂肪的选择性饱和
6.3.4 水的选择激发
6.3.5 梯度反向CHESS技术
§6.4 抑制脂肪的STIR技术及变型
6.4.1 基于弛豫率的STIR技术
6.4.2 SPIR技术
§6.5 Dixon化学位移成像(CSI)
6.5.1 基于SE序列的原始Dixon方法
6.5.2 扩展的两点式Dixon(E2PD)技术
6.5.3 用区域增长算法校正2PD图像相位误差
6.5.4 不对称两点式Dixon方法
§6.6 三点式Dixon方法
6.6.1 (0,π,-π)采集方案
6.6.2 (0,π,2π)采集方案
6.6.3 包括回波幅度调制的3PD方法
6.6.4 直接相位编码(DPE)3PD方法
6.6.5 IDEAL三点式Dixon方法
6.6.6 3PD方法发展动态
§6.7 单点式Dixon方法
6.7.1 单点正交式Dixon方法
6.7.2 相敏真FISP水脂分离成像
参考文献
第7章 MR图像伪影及抑制方法
§7.1 混叠或折绕伪影,截断或跳动伪影
7.1.1 混叠伪影及抑制办法
7.1.2 边缘跳动伪影
§7.2 金属材料伪影和磁化率伪影
7.2.1 磁场扰动和材料磁性
7.2.2 金属材料伪影
7.2.3 磁化率伪影
7.2.4 魔角效应
§7.3 主磁场B0、梯度和RF场不均匀产生的伪影
7.3.1 主磁场不均匀对图像的影响
7.3.2 梯度涡流伪影
7.3.3 伴随场相位误差及校正方法
7.3.4 RF场伪影
§7.4 四类中央伪影和部分体积平均伪影
7.4.1 中央点或中央斑伪影
7.4.2 中分线伪影
7.4.3 中分拉链伪影
7.4.4 中央扩展伪影
7.4.5 部分体积平均
§7.5 数据限幅、数据丢失、数据错误引起的伪影
7.5.1 数据点错误引起条纹伪影
7.5.2 数据限幅截顶引起对比度畸变伪影
7.5.3 数据丢失引起的伪影
7.5.4 奈奎斯特伪影
7.5.5 正交相敏检波器不正确
§7.6 化学位移空间失配伪影(CSMAs)和黑分界线伪影
7.6.1 化学位移失配机制和伪影特征表现
7.6.2 黑分界线伪影
§7.7 MRI中运动效应和鬼影
7.7.1 鬼影形成的基本机制
7.7.2 运动类型及情形
7.7.3 运动伪影的特征
7.7.4 影响鬼影强度的因素
§7.8 不监视运动抑制运动伪影的措施
7.8.1 限制体运动
7.8.2 屏住呼吸
7.8.3 信号平均
7.8.4 变TR和NEX
7.8.5 降低运动组织的信号强度
7.8.6 调换梯度的方向
7.8.7 用梯度再聚相的运动补偿
7.8.8 空间预饱和
7.8.9 短TE,快序列
§7.9 监视运动,抑制运动伪影的措施
7.9.1 门控
7.9.2 调序相位编码
7.9.3 导航回波自适应校正
7.9.4 基于导航回波的实时呼吸门控采集
7.9.5 用光学跟踪系统进行预期性实时头运动校正
7.9.6 跟踪数据的质量
§7.10 抗运动伪影的脉冲序列
7.10.1 在径向MRI中自导航运动校正
7.10.2 PROPELLER技术
参考文献
前言/序言
好的,这是一份关于“中外物理学精品书系”中其他主题图书的详细简介,不涉及核磁共振成像(MRI)的生理参数测量和医学应用。 --- 中外物理学精品书系精选辑:聚焦前沿理论与实验进展 本精选辑精选了“中外物理学精品书系”中数部具有里程碑意义的著作,它们全面涵盖了当代物理学从基础理论到尖端实验的多个重要领域。这些书籍不仅是本学科领域资深研究人员的宝贵参考,更是物理学专业学生深入理解学科脉络、把握发展趋势的必备读物。 第一部分:量子信息与计算的基石 1. 量子场论基础及其新进展 (Quantum Field Theory: Foundations and Modern Extensions) 本书深入探讨了量子场论(QFT)的核心概念,包括拉格朗日量表述、费曼图的构建与计算、规范场理论的基础,以及重整化群方法的严谨性。它不仅细致阐述了标准模型(Standard Model)的构建过程,还对超越标准模型的理论前沿进行了梳理,例如超对称(Supersymmetry, SUSY)的基本框架和对额外维度的初步探讨。 内容侧重: 微扰论与精确解: 系统介绍了不同阶微扰计算的技术,并重点分析了可积(Integrable)模型中的精确求解方法。 拓扑场论: 阐述了拓扑量子场论(TQFT)在数学物理中的地位及其与几何学、凝聚态物理的交叉点。 非微扰方法: 深入探讨了格点场论(Lattice Field Theory)的数值模拟技术,以及如何利用这些方法处理强耦合区域的问题。 本书的特色在于其对数学工具的严谨要求,适合已掌握量子力学基础,希望深入研究粒子物理学和弦理论的读者。 2. 量子信息处理的物理学实现 (Physical Realization of Quantum Information Processing) 本书聚焦于如何将抽象的量子信息理论转化为可操作的物理系统。它不侧重于量子算法本身,而是详细剖析了实现量子比特(Qubit)的各种物理平台的技术细节、挑战和优势。 内容侧重: 超导电路量子位: 探讨了约瑟夫森结的量子化特性、Transmon和Flux Qubit的设计原理,以及退相干机制的控制。 囚禁离子与中性原子: 详细介绍了激光冷却、电磁阱的设计,以及通过Mølmer-Sørensen门实现多体纠缠态的实验方案。 半导体量子点与拓扑量子比特: 分析了半导体异质结中电子自旋的操控技术,并对拓扑保护的量子计算前景进行了展望。 本书对实验物理学家和致力于量子硬件研发的工程师具有极高的参考价值。 第二部分:凝聚态物理学的交叉与前沿 3. 拓扑材料的电子结构与输运性质 (Electronic Structure and Transport Properties of Topological Materials) 本著作是理解拓扑绝缘体、拓扑半金属和手性超导体的权威指南。它超越了传统的能带理论,强调了对称性在定义拓扑相中的核心作用。 内容侧重: 布洛赫波与拓扑不变量: 详细推导了Chern数、Winding Number等拓扑不变量的计算方法,并将其与体能带结构联系起来。 边缘态与表面态: 专注于分析拓扑边界处具有保护性的导电态,包括狄拉克锥和螺旋电子态的物理图像。 强关联效应的拓扑体现: 探讨了在强相互作用下,如何区分和识别分数霍尔效应和具有非阿贝尔统计的准粒子(如Majorana费米子)。 书中穿插了大量第一性原理计算(如DFT)在拓扑材料预测中的应用案例,帮助读者将理论概念与计算结果有效结合。 4. 强关联电子系统的微观动力学 (Microscopic Dynamics in Strongly Correlated Electron Systems) 本书旨在揭示在电子间相互作用强度与电子动能相当的材料中,如何涌现出奇特的宏观电学和磁学行为。 内容侧重: Hubbard模型求解: 重点介绍了精确对角化(ED)、量子蒙特卡罗(QMC)方法在线性链和二维晶格上的应用局限与成功。 自旋液体与莫特绝缘体: 深入分析了磁性基态的复杂性,特别是如何通过动力学测量来区分磁有序和无序的量子基态。 非费米液体行为: 探讨了高温超导体的母体中常见的、不符合Landau费米液体理论的输运特征,并引入了AdS/CFT对应在强关联系统中的启发性应用。 本书对研究高温超导、重费米子系统和量子磁性材料的理论物理学家具有深刻的指导意义。 第三部分:实验物理学的精密测量与技术 5. 极低温物理中的先进制冷技术 (Advanced Cryogenic Techniques in Ultra-Low Temperature Physics) 本卷专注于实现毫开尔文(mK)甚至皮开尔文(pK)温度所需的工程和物理原理。它系统地介绍了多种先进制冷循环及其在精密实验中的应用。 内容侧重: 稀释制冷机优化: 详细分析了$^{3} ext{He}/^{4} ext{He}$混合物的相图、热交换器的设计优化,以及如何减少机械噪声对超灵敏实验的影响。 绝热去磁制冷(ADR): 阐述了顺磁盐与核自旋的磁学特性,以及如何通过优化磁场梯度实现高效制冷。 低温测量中的噪声控制: 讨论了SQUID、高精度电阻温度计(Resistance Thermometer)在极低温下的校准问题和背景噪声抑制技术,这对于探测微弱信号至关重要。 本书是低温物理实验站建设者和精密测量领域研究人员不可或缺的技术手册。 6. 高能加速器中的粒子探测器原理与实践 (Principles and Practice of Particle Detectors in High Energy Accelerators) 本参考书全面覆盖了现代粒子物理实验中用到的各类探测器的工作机制和数据获取系统。 内容侧重: 电磁和强子量能器: 详细分析了晶体和液体闪烁材料的能量沉积机制,以及如何利用衬度(Sampling)技术进行优化。 径迹探测器: 比较了漂移室(Drift Chamber)、微条室(Microstrip Detector)和像素探测器(Pixel Detector)的电离捕获过程、空间分辨率的限制因素。 高速度电子学与数据采集(DAQ): 探讨了皮秒级信号的时间分辨要求,以及如何设计高速前端电子学和触发系统以应对巨大的数据流挑战。 本书不仅是粒子物理实验家的指南,也为开发新型辐射探测技术的工程师提供了坚实的理论基础。 --- 本“中外物理学精品书系”选辑,旨在通过对量子、凝聚态和实验技术的深度剖析,展现当代物理学蓬勃发展的全貌,为推动下一代科学发现提供坚实的知识储备。