Advanced Imaging in Biology and Medicine pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Sensen, Christoph W. (EDT)/ Hallgrimsson, Benedikt (EDT)

出品人:

页数:457

译者:

出版时间:

价格:$ 247.47

装帧:

isbn号码:9783540689928

丛书系列:

图书标签:

生物医学影像
医学影像
生物影像
先进成像
成像技术
生物学
医学
显微成像
分子影像
影像学

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具体描述

This is the first comprehensive book, which covers the major themes of the rapidly emerging field of advanced imaging in Biology and Medicine. The analysis of phenotypic information is increasing in importance in biological research. This is because the growth of information and the increasing use of sophisticated models for understanding complex biological systems is leading to an increased need to apply multifactorial models in which subtle phenotypic outcomes often need to be assessed to compare the effects of multiple genetic or pharmaceutical factors. Such applications will increasingly rely on multiple imaging modalities and will demand high throughput and standardized methods of data analysis. For this reason, a single volume that integrates the use of various imaging modalities with this perspective is timely and useful for a large segment of the biological community.

《生物医学成像前沿技术解析》一、引言：可视化生命奥秘的永恒追求生命科学与医学的进步，在很大程度上依赖于我们窥探微观世界、理解复杂生命过程的能力。从最早的显微镜开启细胞生物学的篇章，到如今能够无创地观察活体大脑活动，成像技术始终扮演着至关重要的角色。这些技术不仅是研究工具，更是驱动科学发现和临床实践变革的引擎。过去几十年，生物医学成像领域取得了令人瞩目的突破，催生了海量的创新方法和设备。从纳米尺度下的分子动态成像，到宏观尺度下的全身疾病诊断，各种成像模态以其独特的优势，不断拓展着我们对生命现象的认知边界。本书《生物医学成像前沿技术解析》旨在深入探讨当前生物医学成像领域最前沿、最具潜力的技术发展和应用。我们不求面面俱到，而是聚焦于那些正在深刻影响基础研究、药物研发、疾病诊断和治疗的新兴范式和关键技术。本书的读者群将涵盖生命科学家、医学研究人员、影像工程师、药学专家以及对生物医学成像技术感兴趣的研究生和博士后。我们期望通过本书，为读者提供一个系统、深入的视角，了解这些前沿技术的工作原理、技术优势、局限性以及未来发展方向，从而激发新的研究思路和合作可能。二、章节内容概览本书将分为以下几个核心部分，每个部分都将深入剖析一项或一组相互关联的生物医学成像技术：第一部分：分子与细胞成像的超分辨率革命传统光学显微镜在分辨率上受限于光的衍射极限，难以清晰地分辨纳米尺度的生物结构和分子动态。本部分将重点介绍当前引领超分辨率成像浪潮的关键技术，包括： 1. 光学超分辨率成像技术（Super-resolution Microscopy）： STED（Stimulated Emission Depletion）显微镜：深入阐述其利用受激发射损耗实现亚衍射极限分辨率的物理原理，包括激发光斑、损耗光斑的设计，以及其在研究细胞内蛋白定位、动态互作等方面的经典应用案例。我们将探讨不同STED配置（单色、多色）的优劣，以及其在生物样品制备中的考量。 PALM/STORM（Photoactivated Localization Microscopy/Stochastic Optical Reconstruction Microscopy）：聚焦于这类基于单分子定位的随机光学重建技术。详细解析荧光探针的选择（光激活、光开关），随机激活和定位的算法原理，以及如何从海量单分子数据中重建高分辨率图像。本书将提供关于如何优化数据采集和图像重建流程的建议，并分析其在研究细胞骨架、囊泡运输等过程中的重要价值。 SIM（Structured Illumination Microscopy）：介绍结构光照显微镜作为一种无需特殊荧光探针、且相对易于操作的超分辨率技术。我们将解析其利用结构化照明模式和解调算法提升分辨率的原理，以及其在活细胞成像中的优势和局限。 2. 新型荧光探针与标记策略：光开关/光激活荧光蛋白（Photoactivatable/Photoswitchable Fluorescent Proteins）：介绍这类能够通过光照改变荧光信号（开启/关闭、变色）的探针，它们是实现PALM/STORM等技术的核心。我们将讨论不同类型探针的激活阈值、漂白速率、荧光量子产率等关键参数，以及如何根据研究需求选择合适的探针。化学合成荧光染料（Chemically Synthesized Fluorescent Dyes）：探讨高亮度、高光稳定性、窄发射光谱的化学染料在多重标记和高通量成像中的应用。我们将分析如何通过化学修饰赋予染料特定的细胞靶向性、pH敏感性或环境响应性。荧光寿命成像（Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy, FLIM）：介绍FLIM作为一种不依赖于荧光强度的成像技术，其对环境（如pH、离子浓度、蛋白构象）敏感的特性。我们将探讨其在研究生物大分子相互作用、细胞代谢状态等方面的应用潜力。第二部分：体内成像的非侵入性与高通量探索随着对疾病早期诊断和治疗效果实时监测的需求日益增长，体内成像技术的重要性愈发凸显。本部分将聚焦于那些能够实现无创、高分辨率、甚至功能性成像的技术： 1. 光学相干断层成像（Optical Coherence Tomography, OCT）：原理与发展：深入剖析OCT基于低相干光干涉原理实现组织深度成像的技术基础，包括时域OCT、频域OCT（Swept-Source OCT, SS-OCT, Fourier-Domain OCT, FD-OCT）及其各自的优势。我们将重点介绍如何通过优化干涉仪设计、信号处理算法来提升成像速度、深度和分辨率。医学应用：详细阐述OCT在眼科学（视网膜成像）、皮肤病学、心血管疾病诊断、内窥镜检查等领域的广泛应用。我们将通过具体案例说明OCT如何实现组织结构的三维重建、病灶检测和量化分析。 2. 正电子发射断层扫描（Positron Emission Tomography, PET）：放射性示踪剂的设计与合成：重点介绍PET成像的关键——放射性示踪剂。我们将讨论如何根据生物学靶点（如受体、酶、代谢标志物）设计和合成具有高特异性和高亲和力的放射性药物（如18F-FDG, 18F-FDOPA等），以及PET成像在肿瘤显像、神经系统疾病研究、药物研发中的核心作用。 PET/CT与PET/MRI融合成像：分析PET与CT或MRI融合成像的优势，如何结合PET的功能信息和CT/MRI的解剖信息，提供更全面、更精准的诊断。我们将探讨不同融合模式的技术挑战和临床获益。 3. 磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）：功能性MRI（fMRI）：深入解析BOLD（Blood-Oxygen-Level-Dependent）效应的原理，以及fMRI如何用于无创地测量大脑活动。我们将探讨不同fMRI数据采集序列（EPI, GRASE等）的特点，以及数据处理和分析方法（预处理、统计分析、脑网络连接等）。扩散张量成像（Diffusion Tensor Imaging, DTI）：介绍DTI如何通过测量水分子在组织中的扩散来反映神经纤维束的微观结构和连接性，以及其在脑白质疾病、神经发育研究中的应用。高场MRI与超高场MRI（High-Field and Ultra-High-Field MRI）：探讨更高磁场强度对MRI成像的优势，如更高的信噪比、更好的空间分辨率和更丰富的谱学信息，以及其在神经科学、肿瘤成像等领域的前景。第三部分：新兴成像技术与多模态整合除了上述成熟技术，本部分将目光投向更前沿的成像理念和技术，以及如何将多种成像模态协同工作，以克服单一模态的局限性： 1. 光声成像（Photoacoustic Imaging, PAI）：原理与优势：详细介绍PAI结合了光学激发和声学检测的原理，能够利用不同生物组织对光的吸收差异进行成像，并兼具光学成像的高分辨率和超声成像的穿透深度。我们将探讨不同PAI系统（如激光光源、超声换能器、检测器配置）的设计。生物医学应用：阐述PAI在肿瘤成像（检测肿瘤血管）、功能成像（血氧饱和度监测）、药物递送示踪等方面的潜力。我们将重点介绍如何通过PAI实现对生理参数的定量测量。 2. 高通量单细胞成像与活体成像的结合：微流控与成像（Microfluidics-based Imaging）：介绍如何将微流控技术与成像技术相结合，实现对大量单细胞的高通量、高精度成像分析。我们将探讨微流控芯片的设计、细胞分选、培养以及成像平台的整合。内窥镜成像技术的革新（Endoscopic Imaging Innovations）：讨论微型化、多模态内窥镜（如结合OCT、荧光成像、超声成像的内窥镜）在微创诊断和治疗中的最新进展。 3. 多模态图像融合与大数据分析：图像配准与融合算法：深入探讨如何将来自不同成像模态（如PET/CT, MRI/EEG, OCT/荧光）的图像进行精确配准，并开发有效的融合算法，以最大化信息提取。基于深度学习的图像分析：介绍深度学习在生物医学图像分割、特征提取、病灶识别、预后预测等方面的应用，以及如何构建高效的训练数据集和模型。四、结论与展望本书的最后一章将对当前生物医学成像领域的研究现状进行总结，并对未来发展趋势进行展望。我们将探讨以下关键议题：成像分辨率与速度的进一步提升：如何在保证高分辨率的同时，实现更快的成像速度，以捕捉更加动态的生物过程。功能性与多参数成像的整合：如何开发能够同时测量多种生理或分子参数的成像技术，提供更全面的信息。人工智能在成像中的深度融合：AI将如何进一步赋能图像采集、处理、分析以及辅助诊断。成像技术向临床转化的加速：如何克服技术与监管的壁垒，加速前沿成像技术在临床实践中的应用。个体化医疗与精准医学的支撑：成像技术如何在疾病的早期筛查、诊断、预后评估和治疗方案制定中发挥更重要的作用。本书力求提供最新、最深入的知识，帮助读者紧跟生物医学成像领域的快速发展步伐。我们相信，通过深入理解和掌握这些前沿技术，研究人员将能够解锁更多生命科学和医学的未解之谜，并最终惠及人类健康。