磁共振成像復(fù)習(xí)題

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一、專(zhuān)業(yè)名詞解釋與翻譯

1．磁共振成像：magneticresonanceimaging，MRI

是利用射頻電磁波（脈沖序列）對(duì)置于磁場(chǎng)中的含有自旋不為零的原子核的物質(zhì)進(jìn)行激發(fā)，發(fā)生核磁共振，用感應(yīng)線圈檢測(cè)技術(shù)獲得組織弛豫信息和質(zhì)子密度信息(采集共振信號(hào))，通過(guò)圖像重建形成磁共振圖像的方法和技術(shù)。

2．磁旋比（gyromagnetic-ratio）：

γ是磁矩μ與核角動(dòng)量J之比，γ是一個(gè)原子核固有的特征值，不同的原子核具有不同的γ值，每種原子核的γ是一常數(shù)。

3．magnetizationvector：磁化強(qiáng)度矢量M

磁化強(qiáng)度矢量是單位體積內(nèi)所有μ的矢量和，尋常用M表示，定義式為：M??i?1N?i

4．橫向磁化矢量MXY：transversemagnetization

磁化強(qiáng)度矢量M在XY面上的投影MXY叫做M的橫向分量MXY。

5．縱向磁化矢量MZ：longitudinalmagnetization

磁化強(qiáng)度矢量M在Z上的投影MZ叫做M的縱向分量MZ。

6．弛豫：relaxation

RF脈沖中止質(zhì)子即迅速由激發(fā)態(tài)向原來(lái)的平衡狀態(tài)恢復(fù)，系統(tǒng)由激發(fā)態(tài)恢復(fù)至平衡狀態(tài)的過(guò)程。

7．橫向弛豫：transverserelaxation

橫向磁化矢量逐步消失的過(guò)程。射頻脈沖中止后，橫向磁化矢量MXY由最大逐步消失的過(guò)程稱(chēng)橫向弛豫，是自旋-自旋弛豫的宏觀表現(xiàn)，又稱(chēng)T2弛豫。

8．縱向弛豫：longitudinalrelaxation

縱向磁化矢量逐步恢復(fù)的過(guò)程和新建立的橫向磁化矢量逐步消失的過(guò)程。前者稱(chēng)為縱向弛豫，射頻脈沖中止后，縱向磁化矢量由最小恢復(fù)到原來(lái)大小的過(guò)程稱(chēng)縱向弛豫，又稱(chēng)為自旋-晶格弛豫或稱(chēng)T1弛豫。

9．橫向弛豫時(shí)間：transverserelaxationtime是Mxy弛豫減至其最大值37％所需的時(shí)間。

10．縱向弛豫時(shí)間：longitudinalrelaxationtime

Mz恢復(fù)到原縱向磁化強(qiáng)度63%的時(shí)間，稱(chēng)縱向弛豫時(shí)間T1。(T1=縱向磁化從最小值恢復(fù)到平衡態(tài)磁化矢量63%的時(shí)間。)

11．自由感應(yīng)衰減：Freeinductiondecay，F(xiàn)ID90o脈沖后，在弛豫過(guò)程中，由于T2弛豫的影響，MXY隨時(shí)間衰減，因此磁共振信號(hào)也呈指數(shù)曲線形式衰減，這個(gè)信號(hào)稱(chēng)為自由感應(yīng)衰減信號(hào)。

12．T1WI：以縱向弛豫時(shí)間T1為權(quán)重的磁共振圖像。(信號(hào)強(qiáng)度主要由T1決定的MR圖像即為T(mén)1WI)

13．T2IW：T2weightedimage，T2加權(quán)像

以橫向馳豫(自旋-自旋弛豫)時(shí)間T2為權(quán)重的磁共振圖像。(信號(hào)強(qiáng)度主要由T2決定的MR圖像即為T(mén)2WI。)

14．質(zhì)子密度加權(quán)像：protondensityweightedimage，PDWI回波信號(hào)的強(qiáng)度僅與質(zhì)子密度有關(guān)的圖像稱(chēng)為PDWI。

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15．磁共振血管成像：magneticresonanceangiography，MRA

MRA具有無(wú)創(chuàng)傷性、成像時(shí)間短、尋常無(wú)需注射對(duì)比劑、可在三維空間顯影；既能同時(shí)顯示動(dòng)脈與靜脈，又能分別顯示動(dòng)脈期、毛細(xì)血管期與靜脈期的磁共振血管成像。

16．脈沖序列：

為了不同MR成像目的而設(shè)計(jì)的一系列射頻脈沖和梯度脈沖。

17．重復(fù)時(shí)間：repetitiontime，TR從第一次激發(fā)(90°)脈沖開(kāi)始至下一次激發(fā)(90°)脈沖開(kāi)始的時(shí)間間隔為重復(fù)時(shí)間TR。18．回波時(shí)間：Echotime，TE

MRI中激發(fā)脈沖與產(chǎn)生回波之間的間隔時(shí)間稱(chēng)為回波時(shí)間。(從90°RF脈沖開(kāi)始至獲取回波的時(shí)間間隔，即回波時(shí)間。)

19．對(duì)比度噪聲比：contrancenoseratio，CNR

對(duì)比度噪聲比是圖像中相鄰組織、結(jié)構(gòu)間的SNR的差異：CNR=SNRA－SNRB。

20．磁共振功能成像：functionalmagneticresonanceimaging，F(xiàn)MRI

是檢測(cè)病人接收刺激（包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等）后的腦部皮層信號(hào)變化，用于皮層中樞功能區(qū)的定位。[功能成像一般采用信號(hào)相減（刺激后的圖像減去刺激前的圖像）和疊加等后處理方法檢測(cè)像素信號(hào)幅度的微小變化。]

二、問(wèn)答題

1．簡(jiǎn)述磁共振成像含義和磁共振條件(10分)。

答：MRI是利用射頻(RF)電磁波（脈沖序列）對(duì)置于靜磁場(chǎng)B0中的含有自旋不為零的原子核(1H)的物質(zhì)進(jìn)行激發(fā)，發(fā)生核磁共振，用感應(yīng)線圈檢測(cè)技術(shù)獲得組織弛豫信息和質(zhì)子密度信息(采集共振信號(hào))，用梯度磁場(chǎng)進(jìn)行空間定位、通過(guò)圖像重建，形成磁共振圖像的方法和技術(shù)。

磁共振信號(hào)產(chǎn)生三個(gè)基本條件：1．能夠產(chǎn)生共振躍遷的原子核；2．恒定的靜磁場(chǎng)（外磁場(chǎng)、主磁場(chǎng)）；

3．產(chǎn)生一定頻率電磁波的交變磁場(chǎng)(射頻磁場(chǎng)RF)。

“核〞：共振躍遷的原子核；“磁〞：主磁場(chǎng)B0和射頻磁場(chǎng)RF；“共振〞：當(dāng)射頻磁場(chǎng)的頻率與原子核進(jìn)動(dòng)的頻率一致時(shí)原子核吸收能量，發(fā)生能級(jí)間的共振躍遷。

2．MRI成像原理(15分)。

答：是通過(guò)對(duì)靜磁場(chǎng)中的人體施加某種特定頻率的射頻（RF）脈沖，使人體組織中的氫質(zhì)子受到鼓舞而發(fā)生磁共振現(xiàn)象，當(dāng)中止RF脈沖后，氫質(zhì)子在弛豫過(guò)程中發(fā)射出射頻信號(hào)（MR信號(hào)）而成像的。

磁共振成像是利用靜磁場(chǎng)B0使被檢體中的1H質(zhì)子產(chǎn)生有序化排列，在順B0與反B0方向上的質(zhì)子數(shù)產(chǎn)生差異而形成縱向磁化矢量MXY，而MZ=0；當(dāng)在垂直B0方向發(fā)射射頻脈沖(射頻磁場(chǎng))時(shí)使MXY逐漸減小，MZ逐漸增大；射頻脈沖終止，發(fā)生縱向馳豫(T1)與橫向馳豫(T2)，在XY平面上加接收線圈就能接收到MR信號(hào)，然后通過(guò)各種圖像重建技術(shù)進(jìn)行MR圖像重建形成MR圖像；但必需再采用三組梯度磁場(chǎng)(GX、GY、GZ)來(lái)對(duì)被檢體進(jìn)行空間定位，即層面選擇、相位編碼與頻率編碼。選擇各種不同的脈沖序列形成T1加權(quán)像、T2加權(quán)像、質(zhì)子密度加權(quán)像等MR圖像。

3．MRI成像原理和磁共振條件(10分)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：①B0作用：3分；②B1作用：3分；③接收信號(hào)：1分；④共振條件：3分。

答：①被檢體進(jìn)入靜磁場(chǎng)B0后，被檢體內(nèi)氫質(zhì)子發(fā)生有序化排列，順B0方向(低能態(tài))的質(zhì)子數(shù)略多于反B0(高能態(tài))方向的質(zhì)子數(shù)，產(chǎn)生縱向磁化矢量MZ=M0，MXY=0。

②當(dāng)在B0垂直方向施加射頻脈沖RF(B1)后，B0中物質(zhì)的原子核(Mz)受到一定頻率的電磁波作用時(shí)，在它們的能級(jí)之間發(fā)生共振躍遷，這就是MR現(xiàn)象。質(zhì)子吸收射頻脈沖(電磁波)能量后，靜磁化矢量M向某一方向偏轉(zhuǎn)，當(dāng)RF中止后又會(huì)釋放電磁能量恢復(fù)到初始狀態(tài)，即產(chǎn)生橫向馳豫(T2)和縱向馳豫(T1)。

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③用感應(yīng)線圈接收這部分能量信號(hào)，就采集到了MR信號(hào)。通過(guò)多組梯度磁場(chǎng)(G)對(duì)MR信號(hào)進(jìn)行空間定位，可重建出MR圖像。

MR信號(hào)的產(chǎn)生必需具備三個(gè)基本條件：能夠產(chǎn)生共振躍遷的原子核、恒定的B0以及產(chǎn)生一定頻率電磁波的交變磁場(chǎng)。

4．表達(dá)磁共振成像空間定位技術(shù)(15分)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：

(1)層面選擇、相位編碼各3分、頻率編碼2分；(2)相位編碼原理圖2分。

答：(1)層面選擇：MRI的層面選擇是通過(guò)三維梯度的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。假使是任意斜面成像，其層面的確定還要兩個(gè)或三個(gè)梯度的共同作用。

橫軸位成像為例，以GZ作為選層梯度。

層面的選擇應(yīng)用選擇性鼓舞的原理，選擇性鼓舞是用一個(gè)有限頻寬(窄帶)的射頻脈沖僅對(duì)共振頻率在該頻帶范圍的質(zhì)子進(jìn)行共振激發(fā)的技術(shù)。在Z向施加梯度后，沿Z軸各層面上質(zhì)子的旋進(jìn)頻率可表示為：

ωZ=γ(B0+ZGZ)

由上式可知ωZ為Z坐標(biāo)的函數(shù)，即垂直于Z軸的所有層面均有不同的共振頻率，而對(duì)每個(gè)層面(Z坐標(biāo)一定)來(lái)說(shuō)，層面內(nèi)所有質(zhì)子的共振頻率均一致。這時(shí)假使用一個(gè)寬帶脈沖實(shí)施激發(fā)，就有可能選中多個(gè)層面甚至所有層面，這與我們的愿望不符。因此，必需選用窄帶脈沖進(jìn)行激發(fā)，才能實(shí)現(xiàn)每次只激發(fā)一層的選層的目的。

設(shè)成像層面位于Z1處，層面厚度為ΔZ，則所需的選層激發(fā)脈沖應(yīng)滿足下述條件：ωZ1＝γ(B0十Z1GZ)Δω＝γΔZGZ

ωZ1為射頻脈沖的中心頻率，Δω為其帶寬。用滿足此條件的RF脈沖激發(fā)時(shí)，便可實(shí)現(xiàn)選擇性鼓舞。層面之外的其他組織不滿足共振條件，也就得不到激發(fā)。

當(dāng)應(yīng)用了平面選擇梯度之后，組織質(zhì)子的共振頻率與沿Z軸方向的位置成線性相關(guān)。特定的共振頻率對(duì)應(yīng)于特定平面的質(zhì)子，這些平面垂直于Z軸。假使在使用平面選擇梯度的同時(shí)發(fā)射特定頻率的射頻脈沖，則只有對(duì)應(yīng)于那個(gè)頻率的平面內(nèi)的質(zhì)子發(fā)生共振。那些被激發(fā)的質(zhì)子的位置依靠于射頻脈沖的頻率，因此通過(guò)增加或減少射頻脈沖的頻率可以移動(dòng)被激發(fā)平面的位置。

(2)相位編碼：是先利用相位編碼梯度場(chǎng)GY造成質(zhì)子有規(guī)律的旋進(jìn)相位差，然后用此相位差來(lái)標(biāo)定體素空間位置的方法。當(dāng)引起共振的射頻脈沖終止后，每個(gè)體素內(nèi)的質(zhì)子均發(fā)生橫向磁化，M倒向XY平面旋進(jìn)(90°RF脈沖)，旋進(jìn)的相位與M所處的場(chǎng)強(qiáng)有關(guān)。GY的參與，將使各體素Mi的相位發(fā)生規(guī)律性的變化，利用這種相位特點(diǎn)便可實(shí)現(xiàn)體素位置的識(shí)別，這就是相位編碼。

相位編碼的原理，v1，v2和v3分別表示相位編碼方向上三行相鄰的體素。設(shè)開(kāi)始時(shí)所有體素的M1、M2、M3…均有一致的相位，并以一致的頻率旋進(jìn)。t＝0時(shí)刻，GY開(kāi)啟。在GY的作用下，相位編碼方向上各行體素將處于不同的磁場(chǎng)中，因而該方向上Mi將以不同頻率旋進(jìn)，其旋進(jìn)頻率ωY為：

ωY=γ(B0+YGY)

該方向上Mi的旋進(jìn)頻率ωY為Y的函數(shù)，Y坐標(biāo)越大，質(zhì)子的旋進(jìn)速度越快。由體素v1，v2和v3在相位編碼方向上的位置關(guān)系可知，v3較v2有更快的ωY，而v2的旋進(jìn)又快于vl。ωY的不同必然導(dǎo)致旋進(jìn)相位不同，設(shè)相位編碼梯度的持續(xù)時(shí)間為tY，則tY時(shí)間后相位編碼方向上各體素的旋進(jìn)相位ΦY為：

ΦY=ωYty=γ(B0+YGY)tY

用Φ1，Φ2和Φ3分別表示相位編碼梯度終止時(shí)Ml，M2和M3的旋進(jìn)相位。由此所產(chǎn)生的相位差ΔΦY

可用下式計(jì)算：

ΔΦY=γ·YGYtY=ΔωYytY

ΔΦY是相位編碼坐標(biāo)Y即GY的函數(shù)。由此可見(jiàn)，在GY的作用下，信號(hào)中已包含了沿Y方向的位置信息。

在t＝tY時(shí)刻，GY關(guān)斷。這時(shí)各體素再次置于一致的B0中，其ωY均恢復(fù)至GY作用前的同頻率。但是GY所誘發(fā)的旋進(jìn)相位差卻被保存了下來(lái)，這就是相位編碼的“相位記憶〞功能。從這個(gè)意義上講，相位編碼就是通過(guò)梯度磁場(chǎng)對(duì)選中層面內(nèi)各行間的體素進(jìn)行相位標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)行與行之間體素位置識(shí)別的技術(shù)。相位編碼的作用是確定層面內(nèi)一維方向的體素。

在每個(gè)數(shù)據(jù)采集周期中，相位編碼梯度只是瞬間接通，因此，它總是工作于脈沖狀態(tài)。有多少個(gè)數(shù)據(jù)采集周期，該梯度就接通多少次，梯度脈沖的幅度也就變化多少次(每次施加時(shí)采用的梯度值均不同)。

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(3)頻率編碼：應(yīng)用頻率編碼梯度使沿X軸的空間位置信號(hào)被編碼而具有頻率特征。這個(gè)梯度的作用是沿X軸的質(zhì)子具有不同共振頻率，最終產(chǎn)生與空間位置相關(guān)的不同頻率的信號(hào)。因此，這種類(lèi)型的編碼稱(chēng)為頻率編碼，這個(gè)編碼軸叫做頻率編碼方向。

5．簡(jiǎn)述自旋回波序列，作出示意圖(10分)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：

(1)單回波、多回波SE序列文字表達(dá)各3分；(2)每個(gè)圖2分。答：?jiǎn)位夭⊿E序列的過(guò)程是先發(fā)射一個(gè)90°RF脈沖，間隔TE/2時(shí)間后再發(fā)射一個(gè)180°RF復(fù)相脈沖，此后再經(jīng)TE/2時(shí)間間隔就出現(xiàn)了回波，此時(shí)即可測(cè)量回波信號(hào)的強(qiáng)度。90°RF脈沖用以激發(fā)1H，使縱向磁化矢量ＭZ由初始的Ｚ軸翻轉(zhuǎn)90°到XY平面，即從與靜磁場(chǎng)平行方向變?yōu)榕c靜磁場(chǎng)垂直的方向，靜磁化矢量變?yōu)闄M向磁化矢量ＭXY。90°RF脈沖中止后，ＭZ逐步恢復(fù)；ＭXY由于磁場(chǎng)的不均勻性造成的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)失相位而由大變小，180°RF脈沖，可使相位離散的質(zhì)子群在XY平面相位重新趨向一致，戰(zhàn)勝了磁場(chǎng)的不均勻性，ＭXY由零又逐漸恢復(fù)，在TE時(shí)達(dá)到最大值，形成自旋回波。

多回波SE序列是在一個(gè)TR周期中，于90°RF脈沖后，以特定的時(shí)間間隔連續(xù)施加多個(gè)180°RF脈沖，可使Mxy產(chǎn)生多個(gè)回波。這樣可在一次掃描中獲得多幅具有不同TE值的PDWI和T2WI。多回波SE序列可顯著縮短成像時(shí)間，但是由于T2弛豫的作用，相繼產(chǎn)生的回波信號(hào)幅值呈指數(shù)性衰減，圖像SNR會(huì)逐步降低。

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6．簡(jiǎn)述快速自旋回波（FSE）序列，作出示意圖(10分)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：①FSE序列構(gòu)成：4分；②與多回波SE序列區(qū)別：2分；③示意圖：4分。

答：FSE序列是在一個(gè)TR周期內(nèi)首先發(fā)射一個(gè)90°RF脈沖，然后相繼發(fā)射多個(gè)180°RF脈沖，形成多個(gè)自旋回波。

但與多回波SE序列有著本質(zhì)的區(qū)別：FSE序列中，每個(gè)TR時(shí)間內(nèi)獲得多個(gè)彼此獨(dú)立的不同的相位編碼數(shù)據(jù)，即形成每個(gè)回波所要求的相位梯度大小不同，采集的數(shù)據(jù)可填充K-空間的幾行，最終一組回波結(jié)合形成一幅圖像。由于一個(gè)TR周期獲得多個(gè)相位編碼數(shù)據(jù)，所以可以使用較少的TR周期形成一幅圖像，縮短了掃描時(shí)間。