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出版者:Royal Society of Chemistry

作者:Royal Society of Chemistry; Gilbert, B. C.; Atherton, N. M.

出品人:

页数:294

译者:

出版时间:1996-12-31

价格:USD 392.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780854043002

丛书系列:

图书标签:

• Electron Spin Resonance
• ESR
• Spin Physics
• Magnetic Resonance
• Spectroscopy
• Quantum Mechanics
• Materials Science
• Physics
• Chemistry
• Radicals

磁共振成像：原理、技术与临床应用 作者： 国际知名物理学家与医学影像专家团队 出版社： 尖端科学技术出版社 定价： 480.00 元 页数： 850 页 装帧： 精装 出版日期： 2024 年 10 月 --- 内容提要 本书是关于磁共振成像 (Magnetic Resonance Imaging, MRI) 领域的一部权威性、全面性的参考著作。它系统地阐述了从基本的物理学原理到复杂的临床应用实践的每一个关键环节。本书旨在为物理学、生物医学工程、放射学、核医学以及相关生命科学领域的研究人员、工程师、临床医生和高年级学生提供一个深入且严谨的学习平台。 本书摒弃了对特定分子或原子自旋特性的细节探讨（如电子自旋共振的特定能级或超精细结构），而是将焦点完全集中于原子核自旋在强磁场中受射频脉冲激发后所产生的宏观信号的采集、处理、图像重建及其在疾病诊断中的应用。 全书共分为五大部分，共计二十章，内容覆盖了从基础理论到前沿技术的所有重要方面。 --- 第一部分：磁共振物理基础 (Chapters 1-5) 本部分为理解 MRI 技术的理论基石。 第一章：磁场与自旋的相互作用 详细介绍了宏观磁矩的概念，朗之万方程在描述弛豫过程中的适用性。重点阐述了静磁场 ($B_0$) 对原子核（主要是氢质子）的拉莫尔进动（Larmor precession）的影响，并推导出拉莫尔频率公式及其与磁场强度的线性关系。讨论了磁化率在不同组织中的差异。 第二章：射频脉冲与激发 深入分析了射频 (RF) 场的物理特性，特别是其频率必须精确匹配拉莫尔频率的重要性。详细解释了如何使用特定脉冲序列（如 $90^circ$ 脉冲和 $180^circ$ 脉冲）来改变纵向磁化矢量和横向磁化矢量的角度，从而实现对核磁共振信号的有效激发。探讨了傅里叶变换在理解脉冲响应中的作用。 第三章：横向磁化矢量的衰减——弛豫机制 这是 MRI 信号产生差异的核心物理机制。本书详细区分了两种主要的弛豫过程： 1. 自旋-晶格弛豫 ($T_1$)：能量从自旋系统向周围晶格环境的传递过程。通过详细的分子动力学模型，解释了不同粘度和分子环境如何影响 $T_1$ 时间常数。 2. 自旋-自旋弛豫 ($T_2$)：由于自旋间相互作用导致的横向磁化矢量的失相过程。解释了 $T_2^$ 衰减（包含磁场不均匀性影响）与理想 $T_2$ 衰减之间的区别，并介绍了自旋回波（Spin Echo）技术如何恢复 $T_2$ 信号。 第四章：梯度磁场与空间编码 阐述了 MRI 能够实现空间定位的关键技术——梯度场。详细介绍了三套正交梯度线圈（Slice Selection, Phase Encoding, Frequency Encoding）的功能。通过数学推导，解释了梯度场如何在线性磁场梯度下产生可预测的频率和相位变化，从而实现像素级别的空间映射。 第五章：信号采集与重建基础 描述了信号采集过程，包括 k 空间的概念。详细解析了二维傅里叶变换（2D-FT）在 k 空间数据到空间域图像转换中的应用。本章还涉及了采样率、奈奎斯特频率与图像分辨率之间的关系。 --- 第二部分：脉冲序列设计与图像加权 (Chapters 6-10) 本部分侧重于如何通过设计特定的射频和梯度脉冲组合，来突出组织间的特定物理差异。 第六章：自旋回波 (SE) 序列及其应用 全面解析了标准的 SE 序列（$90^circ- au-180^circ$）的形成过程。深入探讨了 $T_1$ 加权、 $T_2$ 加权和质子密度 (PD) 加权图像的参数设置（TR 和 TE 的选择）。 第七章：快速自旋回波 (FSE/TSE) 与效率提升 探讨了如何通过在一次 $90^circ$ 脉冲后连续发射多个 $180^circ$ 脉冲来快速填充 k 空间，从而大大缩短扫描时间。分析了 FSE 序列中“回波链”对图像对比度和伪影的影响。 第八章：梯度回波 (GRE) 序列原理 介绍了 GRE 序列（使用角度脉冲 $alpha$ 和梯度反转）相对于 SE 序列的优势（扫描速度快、可产生对比度更丰富的图像）。详细讨论了 GRE 信号对磁场不均匀性（$T_2^$ 效应）的敏感性，以及由此引出的 Susceptibility Weighted Imaging (SWI) 技术的原理。 第九章：反转恢复 (IR) 序列与 $T_1$ 抑制 重点讲解了 STIR（Short Tau Inversion Recovery）和 FLUID（Fluid Attenuation Inversion Recovery）序列的原理。解释了如何通过选择合适的反转时间 (TI) 来完全抑制特定组织的信号（如脂肪或水），以增强病灶的显示。 第十章：扩散加权成像 (DWI) 与表观扩散系数 (ADC) 这是现代神经影像学的核心。详细阐述了施加高强度的扩散敏感梯度脉冲如何测量水分子的布朗运动。推导了 DWI 信号衰减与扩散系数 $D$ 的关系，并解释了 ADC 图的计算和临床意义，尤其是在急性缺血性卒中的早期诊断中的价值。 --- 第三部分：高级成像技术与功能分析 (Chapters 11-15) 本部分转向那些需要更复杂物理模型或高级数据处理的成像技术。 第十一章：磁共振血管造影 (MRA) 区分了基于时间飞行（Time-of-Flight, TOF）和基于对比度增强（Contrast-Enhanced, CE-MRA）的技术。详细分析了 TOF 中血流增强的物理机制，以及 CE-MRA 中使用钆基造影剂如何改变局部 $T_1$ 弛豫时间。 第十二章：磁共振波谱成像 (MRSI) 超越传统成像，MRSI 同时提供空间和化学信息。解释了如何通过延长 TE 和使用特殊的编码梯度实现空间上限制的化学位移信息采集。本章涵盖了常见代谢物（如胆碱、肌酸、乳酸）的化学位移和在肿瘤诊断中的应用。 第十三章：功能性磁共振成像 (fMRI) 与 BOLD 效应 深入探讨了血氧水平依赖 (BOLD) 对比度。解释了去氧血红蛋白的顺磁性如何导致局部磁场不均匀性，从而加速 $T_2^$ 弛豫。详细介绍了数据的采集范式（Block Design vs. Event-Related Design）和统计分析方法。 第十四章：弥散谱成像 (DSI) 与纤维束追踪 (Tractography) 作为 DWI 的延伸，DSI 采集了在多个梯度方向上的数据，以更精确地描述水分子在复杂组织（如白质纤维束）中的各向异性扩散。本章介绍了费舍尔矩阵和球谐函数在重建纤维束方向上的应用。 第十五章：造影剂药代动力学与灌注成像 专注于使用动态磁共振（DCE-MRI）评估组织灌注。详细介绍了两室模型和三室模型在计算血浆体积、血管外间隙和血管通透性参数（如 $K^{trans}$）中的应用。 --- 第四部分：硬件、系统工程与图像质量 (Chapters 16-18) 本部分从工程角度审视 MRI 系统的组成和优化。 第十六章：超导磁体与射频系统 描述了大型超导磁体的工作原理，包括液氦冷却和磁体稳定性要求。详细解析了发射和接收射频线圈的设计，例如体积线圈、表面线圈和相控阵线圈（Coil Arrays）的设计原理及其在提高信噪比 (SNR) 方面的优势。 第十七章：梯度系统与伪影控制 分析了高性能梯度放大器和梯度线圈的要求，特别是对快速切换速度（Slew Rate）和线性度的需求。系统地分类和解释了各种常见伪影的物理来源（如运动伪影、化学位移伪影、截断伪影等），并提供了相应的补偿技术。 第十八章：图像重建算法的优化 超越基础的 2D-FT，本章讨论了迭代重建算法（如 SENSE, GRAPPA）在加速扫描和减少伪影方面的应用。解释了这些并行成像技术如何利用多通道线圈数据来欠采样 k 空间。 --- 第五部分：临床诊断与新兴应用 (Chapters 19-20) 本部分将技术原理与实际的临床决策过程相结合。 第十九章：主要解剖部位的临床应用 分类综述了 MRI 在神经系统（脑肿瘤、多发性硬化）、肌肉骨骼系统（韧带损伤、软骨病变）和腹盆腔成像中的标准序列选择和诊断标准。重点强调了特定加权图像如何揭示病理生理学变化。 第二十章：前沿与交叉研究方向 展望了超高场 MRI（7T 及以上）在提高分辨率和揭示微细结构方面的潜力与挑战。讨论了新兴的定量 MRI (Q-MRI) 技术，如定量 $T_1$ 和 $T_2$ 制图，以及其在组织定量分析中的角色。 --- 目标读者 本书是物理学家、生物医学工程师、放射科医师、住院医师以及对高级磁共振原理感兴趣的科研人员的必备参考书。它提供了从基础理论到最前沿临床工具的全面、深入的理解。 ---

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**评论四** 坦率地说，这本书的“语调”让我感到非常亲切，它不像某些经典著作那样，充满了高高在上的学术腔调，反而更像是一位经验丰富、风趣幽默的导师在耳边细细讲解。作者在阐述一些复杂现象时，会时不时地穿插一些历史轶事或者早年实验中的“趣闻”，这极大地缓解了阅读过程中的枯燥感，让原本可能显得冰冷的技术细节变得生动起来。比如，他描述早期科学家为克服某个技术瓶颈所付出的努力时，那种文字间的敬意和幽默感，让人读来不禁莞尔。这种“人情味”是很多纯粹的公式堆砌型书籍所缺乏的。我感觉作者不是在“教导”我，而是在“邀请”我一起探索这个迷人的科学领域。唯一的缺点是，可能对于那些极其追求冷峻、纯粹理论表达的读者来说，这种稍显轻松的叙述风格可能会让他们觉得不够“严谨”，但我个人是极度偏爱这种交流方式的。

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**评论一** 这本书的装帧设计实在令人耳目一新，封面那种深沉的靛蓝色与烫金的书名形成了鲜明的对比，拿在手里很有分量感，一看就知道是下过功夫的。我特别喜欢它内文的排版，字体选择偏向于经典衬线体，阅读起来非常舒适，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。更值得称赞的是，插图和图表的质量极高，那些复杂的示意图不仅清晰锐利，而且色彩的运用也非常巧妙，使得抽象的物理概念在视觉上得到了极好的传达。特别是其中关于仪器结构的那几页彩插，细节处理得一丝不苟，让人仿佛能触摸到那些精密的部件。不过，有一点小小的遗憾，书脊在刚收到的时候稍微有点紧，打开时需要小心翼翼地“驯服”一下，希望多翻阅几次后能有所改善。整体来说，从物质实体上讲，这是一本值得珍藏的学术著作，光是摆在书架上，就散发着一种沉稳而专业的学究气息，让人心生敬畏。

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**评论五** 这本书在对“前沿和未来展望”的处理上，展现出了令人印象深刻的远见和平衡感。它并没有止步于当前已确立的标准理论和成熟技术，而是用了相当大的篇幅去探讨尚未完全解决的难题，以及未来十年内最有可能实现突破的方向。更妙的是，作者在展望未来时，保持了一种批判性的客观态度，他清楚地指出了新兴技术路线中潜在的理论障碍和实验挑战，而不是盲目地进行乐观的“技术神话”宣传。这种实事求是的态度，让我对书中的预测更添一份信任。此外，书中对实验技术的敏锐洞察力也值得称道，它不仅描述了“是什么”，还深入探讨了“为什么现在的技术只能做到这个程度”，这种对“限制性因素”的剖析，对于制定下一代实验策略至关重要。总而言之，这本书提供了穿越时空的视角，让读者不仅学习了现状，更被引导去思考明天。

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**评论二** 我是一个刚刚接触这个领域的研究生，初次翻阅这本书时，最大的感受是它的逻辑推进简直是教科书级别的典范。作者没有急于抛出深奥的理论，而是从最基础的、可以被日常经验类比的宏观现象入手，层层递进地构建知识体系。例如，在阐述核心概念时，他会不厌其烦地给出多种不同的类比视角，这对于我这种需要时间消化的初学者来说，简直是如沐春风。书中大量的数学推导部分，也处理得极为细致，每一步的转换都有明确的文字注释，绝不是那种只写出结论让读者自己去“脑补”的写作风格。我尤其欣赏它在理论框架建立之后，随后紧跟的“实际应用案例分析”部分，这些案例的选择覆盖面很广，从材料科学到生物医学成像，展示了理论的普适性。唯一的不足，可能是对于某些跨学科背景的读者来说，开篇对某个特定领域的背景知识要求稍高，如果能附带一个简短的预备知识清单，那就更完美了，但瑕不掩瑜，它无疑为我构建坚实的理论基础打下了坚实的基础。

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**评论三** 这本书的章节组织结构简直是天才之作！我通常阅读技术类书籍时，最怕的就是那种线性叙事，读到中间部分感觉知识点堆砌在一起，找不到主线。但这本书却巧妙地采用了“模块化”的叙事方式。每个核心主题都被拆分成若干个功能完善的小单元，读者可以根据自己的需求，选择性地深入钻研，不必被全书的顺序完全束缚。比如，我最近只需要快速复习关于弛豫时间的最新进展，我可以直接跳到第十章的某个小节，它里面详尽地回顾了过去五年的关键突破和未解决的难题，信息密度极高但组织得井井有条。这种设计极大地提升了它的实用价值，使其不再仅仅是一本用于系统学习的教材，更像是一本可以随时查阅、即时获取关键信息的参考手册。相比我过去读过的几本同类书籍，这本书在知识的“可检索性”方面做得要好上百倍。

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