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1、1 第四章磁共振成像复习题一、专业名词解释与翻译1磁共振成像：magnetic resonance imaging，MRI 是利用射频电磁波（脉冲序列）对置于磁场中的含有自旋不为零的原子核的物质进行激发，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)，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 ） ： 是磁矩 与核角动量 J之比， 是一个原子核固有的特征值，不同的原子核具有不同的 值，每种原子核 的 是一常数。3magnetization vector：磁化强度矢量M磁化强度矢量是单位体积内所有的矢量和，通常用M
2、表示，定义式为：iNiM14横向磁化矢量MXY：transverse magnetization 磁化强度矢量M 在 XY 面上的投影MXY叫做 M 的横向分量MXY。5纵向磁化矢量MZ：longitudinal magnetization 磁化强度矢量M 在 Z 上的投影MZ叫做 M 的纵向分量MZ。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，系统由激发态恢复至平衡状态的过程。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MXY由最大逐步消失的过程称横向弛 豫，是自旋 -自旋弛豫的宏
3、观表现，又称T2弛豫。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-晶格弛豫或称T1弛豫。9横向弛豫时间：transverse relaxation time 是 Mxy弛豫减至其最大值37所需的时间。10纵向弛豫时间：longitudinal relaxation time Mz 恢复到原纵向磁化强度63%的时间，称纵向弛豫时间T1。(T1=纵向磁化从最小值恢复到平衡态磁 化矢量 63%的时间。 ) 11自由感应衰减：
4、Free induction decay， 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。12T1WI ：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) 13T2IW ：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 回波信号的强度仅与质子密度有
5、关的图像称为PDWI 。2 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
6、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=SNRASNRB。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（
7、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。2MRI 成像原理 (15 分)。 答： 是通过对静磁场中的人体施加某种特
8、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
9、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。3MRI 成像原理和磁共振条件(10 分)。 评分标准： B0作用：3 分； B1作用：3 分；接收信号：1 分； 共振条件：3 分。答： 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。 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
10、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)。 评分标准：(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。 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
11、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： Z= (B0+ZGZ) 由上式可知Z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
12、 的选层的目的。 设成像层面位于Z1处，层面厚度为Z，则所需的选层激发脉冲应满足下述条件：Z1 (B0十 Z1GZ) Z GZ Z1为射频脉冲的中心频率， 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
13、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
14、中，因而该方向上Mi将以不同频率旋进，其旋进频率Y为： Y= (B0+YGY) 该方向上Mi的旋进频率Y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Y，而 v2的旋进又快于vl。Y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Y为： Y=Yty= (B0+YGY) tY 用 1，2和 3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 Y 可用下式计算： Y= YGYtY= YytY Y是相位编码坐标Y即 GY的函数。由此可
15、见，在 GY的作用下， 信号中已包含了沿Y 方向的位置信 息。 在 ttY时刻， GY关断。这时各体素再次置于相同的B0中，其 Y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)。4 (3)
16、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Z由初始的轴翻转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XY。90 RF 脉冲中止后，Z逐步恢复；XY由于磁场
