磁共振成像复习题Word下载.docx

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Freeinductiondecay，FID

90º

脉冲后，在弛豫过程中，由于T2弛豫的影响，MXY随时间衰减，因此磁共振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。

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：

T2weightedimage，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：

protondensityweightedimage，PDWI

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：

magneticresonanceangiography，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：

repetitiontime，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：

Echotime，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：

contrancenoseratio，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：

functionalmagneticresonanceimaging，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：

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，发生能级间的共振跃迁。

2．MRI成像原理（15分）。

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B0与反B0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方向发射射频脉冲（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MR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接收信号：

1分；

④共振条件：

3分。

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（低能态）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=M0，MXY=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（G）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B0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）。

（1）层面选择、相位编码各3分、频率编码2分；

（2）相位编码原理图2分。

（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＝γΔZGZ

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：

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）。

（1）单回波、多回波SE序列文字叙述各3分；

（2）每个图2分。

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。

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XY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TE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T2弛豫的作用，相继产生的回波信号幅值呈指数性衰减，图像SNR会逐步降低。

6．简述快速自旋回波（FSE）序列，作出示意图（10分）。

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。

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时间内获得多个彼此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TR周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，缩短了扫描时间。

7．简述MRI空间分辨力优化的方法与作用（10分）。

①空间分辨力概念：

②扫描矩阵、FOV：

③层面厚度：

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，增加FOV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（图像沿投影方向的退化）。

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）。

TR、TE、TI、α、弛豫时间各3分。

在普通成像序列中，与对比度有关的序列参数主要有TR，TE，TI和翻转角α。

（1）TR：

TR对图像对比度的作用可分为T1对比度和T2对比度。

TR是RF脉冲结束后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，从而取得图像的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无关；

当TR＞T1时，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T1WI。

在此范围内增减TR，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时间进行成像。

在TR比较长的情况下，得到T2加权像。

实际上，这时图像中仍有T1对比度和质子密度对比度存在，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。

（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。

如果成像的目的是为了区分那些T1值相当接近的组织（如灰质和白质），TI之值就应很长（与被区别组织的T1平均值相当），这样就可产生T1对比很强的图像。

（4）α：

α是GRE序列家族的专用参数，α的大小决定RF激发后Mxy的大小。

α越大，Mz的恢复就越慢，反之亦然。

一般来说，小α激发主要产生T2加权效应，图像与传统的T2WI极为相似。

增大α意味着允许更多的短T1组织进行弛豫，因而图像的T1依赖性增强。

（5）弛豫时间：

弛豫时间是组织的本征特性，从本质上讲，T1和T2弛豫都是生物组织内分子的热运动或随机碰撞的结果。

因此，任何可导致分子热运动变化的因素，无论它们是内部的还是外部的，都将导致组织弛豫率的变化。

这些因素包括温度、B0以及组织中生物大分子的变化等。

组织的T1值随所在M而变化的现象叫做T1的场强依赖性。

在同一场强条件下，需要用TR，TE，TI和α等参数的变化来增强组织的对比度。

场强不同了，上述参数也要做相应的调整。

低场强下由于白质的T1值较小，它与灰质的对比度较大；

而在高场强中，由于T1值随场强增大，灰、白质间的对比度变小。

这是磁场影响弛豫，进而影响组织对比度的范例。

图中的纵坐标S为信号幅度，CSF表示脑脊液。

人体不同组织T1值的场强依赖性不同。

据报道，脑组织的T1值按场强变化倍数的立方根倍延长，骨骼肌的T1则随场强变化倍数的平方根倍增大。

T2弛豫时间主要受细胞水平以及B0的不均匀性影响。

B0越不均匀，旋进的质子群越易出现失相。

磁场的这种作用可以通过180°

重聚脉冲抵销，而T2弛豫过程是抵消不掉的。

场强对T2的影响很微弱。

T2对比度主要由固、液体的失相特性来决定。

固体（如皮质骨）中的局部场比较明显，因而极易发生自旋-自旋能量交换而失相，故固体的T2一般很短。

在液体（包括软组织等受分子约束力相对小的组织）中，局部场因分子的运动而平均或减弱，因而自旋-自旋交换相对较弱，质子的失相就慢。

这就是液体T2较长的缘故。

三、选择题

（一）磁共振成像的物理基础

1．核磁共振的物理现象是哪一年发现的（A）

A、1946年

B、1952年

C、1972年

D、1977年

E、1978年

2．第一幅人体头部MR图像是哪一年获取的（E）

3．下列哪项属于MRI的优点（E）

A、软组织对比优于CT

B、多参数、任意方向成像

C、除提供形态学信息外，还能提供功能和代谢信息

D、无骨伪影

E、以上均正确

4．下列哪一项不是MRI的优势（B）

A、不使用任何射线，避免了辐射损伤

B、对骨骼，钙化及胃肠道系统的显示效果

C、可以多方位直接成像

D、对颅颈交界区病变的显示能力

E、对软组织的显示能力

5．有关MRI优点的表述，错误的是（E）

A、无辐射损伤，无骨伪影

B、软组织分辨力高

C、多参数成像提供更多的诊断信息

D、MRS提供组织代谢信息

E、不能直接进行多方位成像

6．MRI检查心脏的优点是（E）

A、心内血液和心脏结构之间的良好对比

B、能分辨心肌、心内膜、心包和心包外脂肪

C、动态观察心肌运动

D、无损伤检查，十分安全

E、以上全对

7．MRI诊断关节疾病的优势主要是（C）

A、时间分辨率高

B、密度分辨率高

C、软组织对比分辨率高

D、多参数成像

E、多方向扫描

8．MRI可提供多种信息，其中描述错误的是（D）

A、组织T1值

B、组织T2值

C、质子密度

D、组织密度值

E、组织代谢信息

9．装有心脏起博器的病人不能进行下列哪种检查（A）

A、MRI

B、CT

C、X线平片

D、SPECT

E、PET

10．下列哪类患者可以行MR检查（B）

A、带有心脏起搏器者

B、心脏病患者

C、术后动脉夹存留者

D、换有人工金属瓣膜者

E、体内有胰岛素泵者

11．与X线CT相比，MRI检查显示占绝对优势的病变部位为（B）

A、头颅病变

B、颅颈移行区病变

C、肺部病变

D、肝脏病变

E、骨关节病变

12．目前能够进行活体组织内化学物质无创性检测的方法是（C）

A、PWI

B、DWI

C、MR波谱

D、MR动态增强

E、MRA

13．MRI检查的禁忌证为（E）

A、装有心脏起搏器

B、眼球内金属异物

C、人工关节

D、动脉瘤用银夹结扎术后

E、以上都是

14．心脏MRI检查的绝对禁忌证是（A）

A、安装心脏起搏器的患者

B、长期卧床的老年患者

C、下腔静脉置人金属支架的患者

D、体内置有