发布时间 : 星期六 文章《医学影像成像原理》精品课程 - -（试题未附答案）更新完毕开始阅读
进行激发，发生核磁共振，用感应线圈检测技术获得组织弛豫信息和质子密度信息(采集共振信号)，通过图像重建形成磁共振图像的方法和技术。
2．磁旋比（gyromagnetic-ratio）：
γ是磁矩μ与核角动量J之比，γ是一个原子核固有的特征值，不同的原子核具有不同的γ值，每种原子核的γ是一常数。 3．magnetization vector：磁化强度矢量M 12．T1WI：以纵向弛豫时间T1为权重的磁共振图像。(信号强度主要由T1决定的MR图像即为T1WI)
13．T2IW：T2 weighted image，T2加权像 以横向驰豫(自旋-自旋弛豫)时间T2为权重的磁共振图像。(信号强度主要由T2决定的MR图像即为T2WI。)
14．质子密度加权像：proton density weighted image，PDWI 磁化强度矢量是单位体积内所有 4．横向磁化矢量MXY磁化强度矢量M在 5．纵向磁化矢量MZ磁化强度矢量M在Z 6．弛豫：relaxation RF脉冲停止质子即迅速由激发态向原来的平衡状态恢复，衡状态的过程。
7．横向弛豫：transverse relaxation 横向磁化矢量逐步消失的过程。射频脉冲停止后，横向磁化矢量消失的过程称横向弛豫，是自旋
8．纵向弛豫：longitudinal relaxation 纵向磁化矢量逐步恢复的过程和新建立的横向磁化矢量逐步消失的过程。前者称为纵向弛豫，射频脉冲停止后，纵向磁化矢量由最小恢复到原来大小的过程称纵向弛豫，又称为自旋
9．横向弛豫时间：是Mxy弛豫减至其最大值 10．纵向弛豫时间：Mz恢复到原纵向磁化强度值恢复到平衡态磁化矢量 11．自由感应衰减：90o脉冲后，在弛豫过程中，由于信号也呈指数曲线形式衰减，这个信号称为自由感应衰减信号。
μ的矢量和，通常用M表示，定义式为：transverse magnetization 面上的投影MXY叫做M的横向分量MXY。 longitudinal magnetization MZ叫做M的纵向分量MZ。 系统由激发态恢复至平MXY-自旋弛豫的宏观表现，又称T2弛豫。晶格弛豫或称T1弛豫。 37％所需的时间。 63%的时间，称纵向弛豫时间T1。(T1=纵向磁化从最小63%的时间。) ，FID T2弛豫的影响，MXY随时间衰减，因此磁共振 回波信号的强度仅与质子密度有关的图像称为PDWI。
15．磁共振血管成像：magnetic resonance angiography，MRA MRA具有无创伤性、成像时间短、通常无需注射对比剂、可在三维空间显影；既能同时显示动脉与静脉，又能分别显示动脉期、毛细血管期与静脉期的磁共振血管成像。
16．脉冲序列：
为了不同MR成像目的而设计的一系列射频脉冲和梯度脉冲。
17．重复时间：repetition time，TR 从第一次激发(90°)脉冲开始至下一次激发(90°)脉冲开始的时间间隔为重复时间TR。 18．回波时间：Echo time，TE MRI中激发脉冲与产生回波之间的间隔时间称为回波时间。(从90°RF脉冲开始至获取回波的时间间隔，即回波时间。) 19．对比度噪声比：contrance nose ratio，CNR 对比度噪声比是图像中相邻组织、结构间的SNR的差异：CNR=SNRA－SNRB。 20．磁共振功能成像：functional magnetic resonance imaging，FMRI 是检测病人接收刺激（包括视觉、听觉、触觉等）后的脑部皮层信号变化，用于皮层中枢功能区的定位。[功能成像一般采用信号相减（刺激后的图像减去刺激前的图像）和叠加等后处理方法检测像素信号幅度的微小变化。] 二、问答题
1．简述磁共振成像含义和磁共振条件(10分)。
答：MRI是利用射频(RF)电磁波（脉冲序列）对置于静磁场B0中的含有自旋不为零的原子核(1H)的物质进行激发，发生核磁共振，用感应线圈检测技术获得组织弛豫信息和质子密度信息(采集共振信号)，用梯度磁场进行空间定位、通过图像重建，形成磁共振图像的方法和技术。 磁共振信号产生三个基本条件： 37
：XY：上的投影由最大逐步 -transverse relaxation time longitudinal relaxation time Free induction decay
1．能够产生共振跃迁的原子核； 2．恒定的静磁场（外磁场、主磁场）； 3．产生一定频率电磁波的交变磁场(射频磁场RF ) 。 “核” ：共振跃迁的原子核；“磁” ：主磁场B0和射频磁场RF；“共振” ：当射频磁场的频率与原子核进动的频率一致时原子核吸收能量，发生能级间的共振(2)相位编码原理图 2分。
答：(1)层面选择：MRI的层面选择是通过三维梯度的不同组合来实现的。如果是任意斜面成像，其层面的确定还要两个或三个梯度的共同作用。 横轴位成像为例，以GZ作为选层梯度。 层面的选择应用选择性激励的原理，选择性激励是用一个有限频宽(窄带)的射频跃迁。 2．MRI成像原理(15分)。
答：是通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频（RF）脉冲，使人体组织中的氢质子受到激励而发生磁共振现象，当中止RF脉冲后，氢质子在弛豫过程中发射出射频信号（MR信号）而成像的。 磁共振成像是利用静磁场B0使被检体中的1H质子产生有序化排列，在顺B0B0方向上的质子数产生差异而形成纵向磁化矢量MXY，而MZ=0；当在垂直B0向发射射频脉冲(射频磁场)时使MXY逐渐减小，MZ逐渐增大；射频脉冲终止，发生纵向驰豫(T1)与横向驰豫(T2)，在XY平面上加接收线圈就能接收到MR信号，然后通过各种图像重建技术进行MR图像重建形成MR图像；但必须再采用三组梯度磁场(GX、GY、GZ)来对被检体进行空间定位，即层面选择、相位编码与频率编码。选择各种不同的脉冲序列形成T1加权像、T2加权像、质子密度加权像等图像。
3．MRI成像原理和磁共振条件 (10分)。 评分标准：①B0作用： 3分；
②B1作用： 3分； ③接收信号： 1分； ④共振条件： 3分。
答：①被检体进入静磁场B0后，被检体内氢质子发生有序化排列，顺B0方向能态)的质子数略多于反B0 (高能态)方向的质子数，产生纵向磁化矢量MZ=M0MXY=0。 ②当在B0垂直方向施加射频脉冲RF(B1)后，B0中物质的原子核(Mz)受到一定频率的电磁波作用时，在它们的能级之间发生共振跃迁，这就是MR现象。质子吸收射频脉冲(电磁波)能量后，静磁化矢量M向某一方向偏转，当RF中止后又会释放电磁能量恢复到初始状态，即产生横向驰豫(T2)和纵向驰豫(T1)。 ③用感应线圈接收这部分能量信号，就采集到了MR信号。通过多组梯度磁场对MR信号进行空间定位，可重建出MR图像。 MR信号的产生必须具备三个基本条件：能够产生共振跃迁的原子核、恒定的以及产生一定频率电磁波的交变磁场。
4．叙述磁共振成像空间定位技术 (15分)。 评分标准：
(1)层面选择、相位编码各3分、频率编码2分；
脉冲仅对共振频率在该频带范围的质子进行共振激发的技术。在Z向施加梯度后，沿Z轴各层面上质子的旋进频率可表示为： ωZ=γ(B0+ZGZ) 由上式可知ωZ为Z坐标的函数，即垂直于Z轴的所有层面均有不同的共振频率，而对每个层面(Z坐标一定)来说，层面内所有质子的共振频率均相同。这时如果用一个宽带脉冲实施激发，就有可能选中多个层面甚至所有层面，这与我们的愿望不符。因此，必须选用窄带脉冲进行激发，才能实现每次只激发一层的选层的目的。 设成像层面位于Z1处，层面厚度为ΔZ，则所需的选层激发脉冲应满足下述条件： ωZ1＝γ(B0十Z1GZ) Δω＝γΔZ GZ ωZ1为射频脉冲的中心频率，Δω为其带宽。用满足此条件的RF脉冲激发时，便可实现选择性激励。层面之外的其他组织不满足共振条件，也就得不到激发。 当应用了平面选择梯度之后，组织质子的共振频率与沿Z轴方向的位置成线性相关。特定的共振频率对应于特定平面的质子，这些平面垂直于Z轴。如果在使用平面选择梯度的同时发射特定频率的射频脉冲，则只有对应于那个频率的平面内的质子发生共振。那些被激发的质子的位置依赖于射频脉冲的频率，因此通过增加或减少射频脉冲的频率可以移动被激发平面的位置。 (2)相位编码：是先利用相位编码梯度场GY造成质子有规律的旋进相位差，然后用此相位差来标定体素空间位置的方法。当引起共振的射频脉冲终止后，每个体素内的质子均发生横向磁化，M倒向XY平面旋进(90°RF脉冲)，旋进的相位与M所处的场强有关。GY的加入，将使各体素Mi的相位发生规律性的变化，利用这种相位特点便可实现体素位置的识别，这就是相位编码。 相位编码的原理，v1，v2和v3分别表示相位编码方向上三行相邻的体素。设开始时所有体素的M1、M2、M3?均有相同的相位，并以相同的频率旋进。t＝0时刻，GY开启。在GY的作用下，相位编码方向上各行体素将处于不同的磁场中，因而该方向上Mi将以不同频率旋进，其旋进频率ωY为： ωY=γ(B0+YGY) 该方向上Mi的旋进频率ωY为Y的函数，Y坐标越大，质子的旋进速度越快。由体素v1，v2和v3在相位编码方向上的位置关系可知，v3较v2有更快的ωY，而v2的旋进又快于vl。ωY的不同必然导致旋进相位不同，设相位编码梯度的持续时间为tY，则tY时间后相位编码方向上各体素的旋进相位ΦY为： ΦY=ωYty=γ(B0+YGY) tY 用Φ1，Φ2和Φ3分别表示相位编码梯度结束时Ml，M2和M3的旋进相位。由此所产生的相位差ΔΦY可用下式计算： 38
与反方MR(低，(G)B0
ΔΦY=γ?YGYtY=ΔωYytY ΔΦY是相位编码坐标Y即GY的函数。由此可见，在GY的作用下，信号中已包含了沿Y方向的位置信息。 在t＝tY时刻，GY关断。这时各体素再次置于相同的B0中，其ωY均恢复至GY作用前的同频率。但是GY所诱发的旋进相位差却被保留了下来，这就是相位编码的“相位记忆”功能。从这个意义上讲，相位编码就是通过梯度磁场对选中层面内各行间的体素进行相位标定，从而实现行与行之间体素位置识别的技术。相位 编码的作用是确定层面内一维方向的体素。 在每个数据采集周期中，相位编码梯度只是瞬间接通，因此，它总是工作于脉冲状态。有多少个数据采集周期，该梯度就接通多少次，梯度脉冲的幅度也就变化多少次(每次施加时采用的梯度值均不同)。
(3)频率编码：应用频率编码梯度使沿X轴的空间位置信号被编码而具有频率特征。这个梯度的作用是沿X轴的质子具有不同共振频率，最终产生与空间位置相关的不同频率的信号。因此，这种类型的编码称为频率编码，这个编码轴叫做频率编码方向。
5．简述自旋回波序列，作出示意图(10分)。 评分标准：
(1)单回波、多回波SE序列文字叙述各 3分； (2)每个图 2分。 答：单回波SE序列的过程是先发射一个90°RF脉冲，间隔TE/2时间后再发射一个180°RF复相脉冲，此后再经TE/2时间间隔就出现了回波，此时即可测量回波信号的强度。90°RF脉冲用以激发1H，使纵向磁化矢量ＭZ由初始的Ｚ轴翻转90到XY平面，即从与静磁场平行方向变为与静磁场垂直的方向，静磁化矢量变为横向磁化矢量ＭXY。90°RF脉冲中止后，ＭZ逐步恢复；ＭXY由于磁场的不均匀性造成的质子进动失相位而由大变小，180°RF脉冲，可使相位离散的质子群在平面相位重新趋向一致，克服了磁场的不均匀性，ＭXY由零又逐渐恢复，在时达到最大值，形成自旋回波。
多回波SE序列是在一个TR周期中，于90°RF脉冲后，以特定的时间间隔连续施加多个180°RF脉冲，可使Mxy产生多个回波。这样可在一次扫描中获得多幅具有不同TE值的PDWI和T2WI。多回波SE序列可显著缩短成像时间，但是因为弛豫的作用，相继产生的回波信号幅值呈指数性衰减，图像
6．简述快速自旋回波（FSE）序列，作出示意图 (10分)。评分标准：①FSE序列构成： 4分；
②与多回波SE序列区别： 2分； ③示意图： 4分。
答：FSE序列是在一个TR周期内首先发射一个90°RF脉冲，然后相继发射多个180°RF脉冲，形成多个自旋回波。 但与多回波SE序列有着本质的区别：FSE序列中，每个TR独立的不同的相位编码数据，即形成每个回波所要求的相位梯度大小不同，采集的数据可填充K-空间的几行，最终一组回波结合形成一幅图像。由于一个期获得多个相位编码数据，所以可以使用较少的TR周期形成一幅图像，描时间。
7．简述MRI空间分辨力优化的方法与作用 (10分)。
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°XYTET2SNR会逐步降低。 时间内获得多个彼此TR周缩短了扫
评分标准：①空间分辨力概念： 2分；
②扫描矩阵、FOV： 4分； ③层面厚度： 4分。
答：MRI中图像分辨组织细节的能力称为(空间)分辨力。分辨力的表达有两种方式，一种用像素的大小来表示，它是由FOV和扫描矩阵共同决定的。另一表与体素的体积大小直接相关。空间分辨力除了与FOV和扫描矩阵有关外，还与扫描层的厚度有关。在FOV和扫描矩阵不变的情况下，增加或减小层厚将使体素的体积脑脊液进行T2对比度成像时，由于灰质中运动质子的密度高于白质，TR长的序列将会有更好的灰、白质对比度。水肿区的质子密度显然要高于脑白质，因而水肿区可以有更高的图像亮度。由此可见，用长TR得到的T2像中，T2对比度不仅与组织的T2有关，它在很大程度上还受质子密度的影响。 组织的T2值对场强的变化不太敏感，但是，在高场强情况下，用固定TR和延长T2的办法来获取重T2WI时，上述T1WI现象的出现就有可能削弱图像的T2和质子密度加权效果。 V变大或变小，这时就说空间分辨力相应地变差或变好。 （1）扫描矩阵、FOV与分辨力：扫描矩阵的大小决定序列中相位编码梯度的步数及频率编码步数，即数据的采样点数。FOV一定时，相位编码的步数越多，体素的尺寸就越小，图像的分辨力就越高。相反，在矩阵大小一定的前提下，将使体素变大，因而使图像的分辨力下降。 （2）层面厚度与空间分辨力：从几何意义上讲，真正的断层图像应该从无限薄的组织层面获得。但MRI系统中，由于SNR随着层面的变薄或体素的变小而下降，组织层面就不可能取得太薄。组织层面增厚，又会导致部分容积效应方向的退化)。 为了尽量减小部分容积效应的影响，一般应选择较薄的层面进行扫描。对结构比较复杂，且对图像要求较高的那些部位成像时更应如此。但是，层厚的变薄将使SNR下降，反过来又会影响图像分辨力。
8．简述MRI对比度优化的方法与作用 (12分)。 评分标准：
TR、TE、TI、α、弛豫时间各3分。 答：在普通成像序列中，与对比度有关的序列参数主要有TR（1）TR：TR对图像对比度的作用可分为T1对比度和T2对比度。束后MZ恢复所需要的时间，TR取得越长，MZ就恢复得越充分，下次激发时倒向XY面的MXY就越大，因而可以获得更强的MR信号。但是，当所有组织都充分弛豫后，各种组织将发出没有差别的信号，组织间的对比度就无法建立。因此，对于T1对比度来说，TR的选择应短。TR短时，只有短T1组织得到了弛豫，而长T1组织尚未来得及恢复，下次激发时前者就会较后者产生更强的信号，图像的T1对比度。 当TR T1时，组织中的质子已完全弛豫，信号对比度与T1大部分组织将出现饱和，使整个信号幅度下降，这更不利于图像对比度的提高。一般说来，只要TR与T1比较接近，就可获得一定权重的T1WITR，只起到改变权重的作用。 图像对比度是两种组织间信号差别的反映，因此，对比度的取得与所选的组织对有关。不同的组织有不同的T1值，因而要采用不同的TR比较长的情况下，得到T2加权像。实际上，这时图像中仍有度对比度存在，这一点在头颅成像中表现得特别明显。T1和质子密度不仅与脑灰质和白质的对比度有关，还与脑和脑水肿的对比度有关。因此，当用两种序列对
（2）TE：回波信号是在t＝TE/2时施加的180°重聚脉冲(SE序列)或梯度翻转脉冲(GRE序列)的作用下产生的。由回波信号的表达式可知，信号幅度与 成正比。TE是T2信号的控制因子，即改变序列的TE值主要影响图像的T2对比度。当TE＝T2时，信号强度衰减至初始值的37％；当TE＝2T2时，信号进一步衰减至初始值的l4%。TE越长，信号的衰减就越严重，意味着回波出现之前已有更多的质子失相。它虽然使组织的信号幅度降低，但由于组织的T2不同，一定组织间的对比度(如脑脊液和白质)则随TE的加长而增加。 在形成T2WI时，除了TE外，TR也起到一定的作用。实用中，T2WI通过长TE和长TR的共同控制而得到。 图像的T1对比度主要是在短TR的条件下取得的。实际上与此同时还要使TE尽可能短，以缩小图像中T2弛豫的影响。但是，目前MRI系统所能达到的最短TE(TEmin)在20～40ms之间，这将在所谓的T1WI中引入有意义的T2加权成分。如果MRI扫描仪的TEmin大于有关组织的T2，SE序列对T1的敏感性就会下降。 缩短TEmin比较困难，这是因为序列在TE间期内不仅要发射一个90°RF脉冲，还要待由此激发的FID结束后再发射一个180°RF波。此外，要允许序列有一半的TE时间来对回波信号实施采样。图7-93表示TE时间的组成。图中90°脉冲、FID和180°脉冲共需要5ms时间，而采样所需时间由采样间隔时间td与读出梯度(频率编码梯度)步数(128，256等)的乘积来决定。可见TEmin的设计还要为分辨力的提高留有余地。缩短TEmin的方法之一是采用梯度翻转来取代180°脉冲，即用梯度回波作为信号源。这一设想已被包括GRE序列在内的许多快速成像序列所采用。 缩短TEmin的另一途径是缩短回波的采样时间。这样做将导致两种后果，一是超短的TE有利于得到比较“纯”的T1WI；另一结果是有可能导致SNR降低。我们知道，TE变短后，T2弛豫所允许的时间相应变短，因而能加大质子的MXY幅度。但是，缩短采样时间只能通过加大读出梯度的斜率来实现，而梯度斜率的改变势必使其频带变宽，从而降低SNR。 PDWI产生于T1与T2WI之间。当保持TE最短，用调整TR来进行T1对比度成像时，质子密度的权重随着TR的延长而加重；当保持TR最长，而用TE来进行T2对比度成像时，质子密度的权重则随着TE的变短而加重；最理想的质子密度对比度与尽可能长的TR和尽可能短的TE相对应。 （3）TI：在IR序列中，图像的对比度主要受TI的影响，应根据临床需要灵活选用。例如，为了抑制脂肪信号，TI取值应非常短，并使之满足TI＝0.69(T1)fat的条件(T1弛豫曲线过零点之值)，正如我们在STIR序列中所说明的那样。如果40
增加FOV(图像沿投影，TE，TI和翻转角α。 TR是RF脉冲结从而取得无关；当TR＞T1时，。在此范围内增减时间进行成像。在TRT1对比度和质子密