4-第四章-磁共振成像-课后习题答案

贵阳医学院贵阳医学院 使用教材 医学影像物理学使用教材 医学影像物理学 第第 3 版版 主编主编 吉强吉强 洪洋洪洋 1 第四章第四章 磁共振影像磁共振影像 习题四解答习题四解答 4 1 如如何何理理解解加权图像 加权图像 答 磁共振成像是多参数成像 图像的灰度反映了各像素上 MR 信号的强 度 而 MR 信号的强度则由成像物体的质子密度 纵向弛豫时间 横向弛 1 T 豫时间等特性参数决定 出于分析图像的方便 我们希望一幅 MR 图像的灰 2 T 度主要由一个特定的成像参数决定 这就是所谓的加权图像 例如图像灰度主 要由决定时 就是加权图像 主要由决定时 就是加权图像 主要由 1 T 1 T 2 T 2 T 质子密度决定时 就是质子密度加权图像 通过选择不同的序列参数 可 以获得同一断层组织无数种不同对比情况的加权图像 以便在最大限度上显示 病灶 提高病灶组织和正常组织的对比度 4 2 简述简述 SE 序列时序和序列时序和 180 脉冲的作用 脉冲的作用 答 1 SE 序列时序为先发射 90 射频脉冲经过时间后 再发射 E 1 2 tT 180 脉冲 当 t TE时出现回波峰值 采集信号 2 90 脉冲使倒向轴 由于的不均匀性造成各个核磁矩旋进的角 0 M y 0 B 速度不同 相位很快散开 经时间 TI后 在方向施以 180 脉冲使得所有自 x 旋磁矩都绕轴旋转 180 但并不改变旋进方向 所以互相远离的核磁矩变 x 为互相汇聚的磁矩 最后汇聚于 轴上 使去相位状态的自旋核重新处于同 y 相位状态 抵消了磁场不均匀造成的影响 4 3 试分析自旋回波试分析自旋回波 T1加权 加权 T2 加权的条件及图像对比度形成原理 加权的条件及图像对比度形成原理 答 1 选择短 TE和短 TR 实现加权 选择长 TE和长 TR实现 T2加权 1 T 2 SE 序列 T1对比度的形成 T1加权像的对比度主要由 TR决定 T1大的 地方 I 值小 图像呈现弱信号 T1小的地方 I 值大 图像呈现强信号 这是因 为使用短的 TR 在下一个 RF 时 短组织纵向磁化强度矢量必定恢复的比较 1 T 好 较大 在 90 RF 作用下就大 信号就强 在 TR足够短的情况下 Z M xy M 最终图像的对比度主要由组织间差异决定 TR太长 各组织的纵向磁化强度 1 T 矢量都恢复了 不能产生对比度 对于 SE 序列还与 TE有关 若 TE太长 横向 贵阳医学院贵阳医学院 使用教材 医学影像物理学使用教材 医学影像物理学 第第 3 版版 主编主编 吉强吉强 洪洋洪洋 2 磁化强度矢量衰减 的影响就不能忽略 所以除 TR要短外 TE也尽量要 2 T 短 3 SE 序列 T2对比度的形成 T2加权像的对比度主要由 TE决定 T2大 的地方 I 值较大 图像呈现强信号 T2小的地方 I 值较小 图像呈现弱信号 这是因为 180 脉冲重聚作用消除主磁场不均匀的影响 只留下了组织内环境 的影响 在时 回波达峰值 TE是回波时间又是信号采集时间 如果 TE E tT 短 各种组织的横向磁化强度矢量衰减小 呈现不出差异 而长 TE 短的组 2 T 织的横向磁化强度矢量已发生大的衰减 而长的组织横向磁化强度矢量保留 2 T 有足够强的强度 这样就显示出不同组织间的强度对比 采用长 TR是为了消除 加权的影响 1 T 4 4 采用采用 SE 序列 为获得序列 为获得 T1加权像 应选用 加权像 应选用 A 长长 TR 短 短 TE B 短短 TR 短 短 TE C 长长 TR 长长 TE D 短短 TR 长 长 TE 分析 因为在 SE 脉冲序列中 图像的加权主要由扫描参数 TR和 TE决定 其中 TR的长度决定了纵向磁化强度矢量的恢复程度 而 TE的长度决定了横向 磁化强度矢量的衰减程度 所以选择短 TR可使各类组织纵向磁化强度矢量的恢 复程度存在较大差异 突出组织的对比 而选择短 TE可使各类组织横向磁化 1 T 强度矢量的衰减程度差异不大 对图像对比度的影响较小 正确答案 2 T B 4 5 试根据试根据 IRSE 序列的特点分析抑制脂肪信号 脑脊液信号的原理 序列的特点分析抑制脂肪信号 脑脊液信号的原理 答 1 信号产生的原理是 180 脉冲使翻转 IE 18090180 TT 0 MMZ 至 当纵向磁化恢复一段时间 TI后加 90 脉冲使恢复的倾倒到 0 MMZ Z M 平面 成为横向磁化强度矢量 从而产生信号 该脉冲的最大特点是存在一xy 个转折点即点 如要抑制某个组织 如脑脊液 脂肪等 的信号 则选0 Z M 择 TI等于倍该组织的 使该组织的信号消失 2 通常情况下由于脂肪中ln2 1 T 氢核密度较大 无论还是加权均呈强信号 脂肪的 T1比较短 当采用短 1 T 2 T TI TI 0 7T1fat 时施加 90 脉冲 脂肪的 Mz 0 抑制了脂肪的信号 3 脑脊液 中含水较多 有很长的 T1 选长 TI 0 7T1CSF时施加 90 脉冲 脑脊液的 贵阳医学院贵阳医学院 使用教材 医学影像物理学使用教材 医学影像物理学 第第 3 版版 主编主编 吉强吉强 洪洋洪洋 3 Mz 0 抑制了脑脊液的信号 4 6 在反转恢复脉冲序列中 为有效地抑制脂肪信号 应选用 在反转恢复脉冲序列中 为有效地抑制脂肪信号 应选用 A 短的 短的 TI B 长的 长的 TI C 中等长度的 中等长度的 TI D 以上方法都正确 以上方法都正确 分析 因为当非常短时 大多数组织的纵向磁化强度矢量都是负值 只 I T 有短组织的纵向磁化强度矢量处于转折点 如脂肪 因此图像中该组织的信 1 T 号完全被抑制 正确答案 A 4 7 一磁共振成像仪 其静磁场为一磁共振成像仪 其静磁场为 1 5T 假设 假设 z 方向的梯度场选定为方向的梯度场选定为 为获取 为获取 10mm 层厚的横断图像 射频脉冲的频宽应为多少层厚的横断图像 射频脉冲的频宽应为多少 假设梯假设梯 1 1Gs cm 度场改为度场改为 射频脉冲的频宽不变 层厚变为多少 射频脉冲的频宽不变 层厚变为多少 旋磁比 旋磁比 I 1 2Gs cm 42 6MHz T 1 1T 104Gs 答 1 在叠加上线性梯度磁场后 坐标 z 不同的自旋核 其共振频率 Gz B 也就不同 为 z 1 0zI GzBz 解法 1 假定施加的 RF 脉冲频率范围为 其中2 0 00IB 最大频率对应最大 z 值设为 1 z 2 100zI GzB 最小频率对应最小 z 值记为 2 z 2 200zI GzB 于是射频脉冲的频宽 12IzIz GzzGz 110110 6 42 46 Hz1026 4 3 解法 2 对 1 式微分 zI zG 此后与上述解法相同 zGz I 2 当梯度场改为 射频脉冲的频宽不变时 层厚变为 1 2Gs cm z z mm5 10210 6 42 1026 4 46 3 4 8 采用二维傅里叶变换成像 采用二维傅里叶变换成像 2DFT 为获取 为获取 256 256 个像素的图像 个像素的图像 至少要施加多少次幅度各不相同的相位编码梯度场 至少要施加多少次幅度各不相同的相位编码梯度场 A 1 B 256 C 128 D 256 256 贵阳医学院贵阳医学院 使用教材 医学影像物理学使用教材 医学影像物理学 第第 3 版版 主编主编 吉强吉强 洪洋洪洋 4 分析 因为在 2DFT 图像重建中 沿相位编码方向排列的像素的个数决定 了为实现重建图像所需进行的相位编码的次数 正确答案 B 4 9 用二维多层面法对用二维多层面法对 16 个层面进行扫描时 如果脉冲周期的重复时间个层面进行扫描时 如果脉冲周期的重复时间 为为 1 5 秒 重复测量次数为秒 重复测量次数为 2 图像矩阵为 图像矩阵为 256 256 则整个扫描时间为多少 则整个扫描时间为多少 秒 秒 A 16 1 5 2 256 256 B 16 1 5 2 256 C 16 1 5 2 D 1 5 2 256 分析 因为多层面扫描是同时进行的 这就使得多个层面所需的扫描时间 与一个层面的成像时间几乎相同 而 2DFT 完成一个层面的扫描时间等于序列 重复时间 相位编码次数 重复测量次数 正确答案 D 4 10 在一般的在一般的 SE 序列中 说明各梯度场施加的次序 序列中 说明各梯度场施加的次序 答 首先在 z 方向施加选层线性梯度场 确定断层的位置 该断层内具 Gz B 有相同旋进频率和同样的初相位 紧跟在值后沿 y 方向施加相位编码梯度 Gz B 场 持续 时间 使 y 坐标不同的体素得到不同的相位 然后在 x 方向施加频 1 t 率编码梯度场 持续时间 在频率编码的同时采集信号 2 t 4 11 设某一断层为设某一断层为由由体素构成 用自旋回波成体素构成 用自旋回波成256mm256mm 256 256 像 在单次采集中 频率编码梯度像 在单次采集中 频率编码梯度 Gx 10 10 3T m 1 则相邻体素间的频率差 则相邻体素间的频率差 是多少 是多少 解 由 I 42 6MHz T 1 由每像素为 x xG 2 1mm Gx 10 10 3T m 1 1mmx 633 42 6 101010 10426Hz 4 12 试说明试说明 k 空间中频率分布的特征 为什么中心部分对应的空间中频率分布的特征 为什么中心部分对应的 MR 信号信号 频率低 幅度大而靠近边缘地方信号频率高幅度低 各形成图像哪部分频率低 幅度大而靠近边缘地方信号频率高幅度低 各形成图像哪部分 答 k 空间内的空间频率分布是中心频率为零 对应的 MR 信号幅度大主 要形成图像的对比度 距中心越远则频率越高 MR 信号幅度低主要形成图像 的分辨力 因为在 k 空间中 的中央行 MR 信号是在时获得的 0 y k 0 y G 不存在相位编码梯度磁场产生的散相 信号的幅度也就最大 随着正负方向 y G 的增加 相位编码梯度磁场引起的散相也开始增加 信号的幅度也就降低了 在 x 方向也是如此 采集时 正好是每个回波的中心 因而幅度最大 而0 x k 贵阳医学院贵阳医学院 使用教材 医学影像物理学使用教材 医学影像物理学 第第 3 版版 主编主编 吉强吉强 洪洋洪洋 5 在 k 空间的周围列 MR 信号采集时则是回波的旁边部分 总之越靠近 k 空间 边缘信号越弱 但由 对于同样的空间两点间的距 xx Gx yy Gy 离或梯度场越大对应的频率差别越大则两点分的越开 分辨率越好 所x y 以对 k 空间的外围部分虽然信号幅度低但能很好的分辨细节 4 13 在在 FSE 序列中有效回波时间是如何确定的 它和加权图像有何关系 序列中有效回波时间是如何确定的 它和加权图像有何关系 答 在 MRI 的数据采集中 相位编码幅度为零时所产生的回波信号被填入 k 空间的中央行 该回波信号所对应的回波时间称为有效回波时间 TEeff FSE 的图像对比度主要由 TEeff控制 图像加权性质取决于重排后 k 空间中央部分的 回波时间 T1 T2或密度加权可以通过数据重排来实现 比如要想得到 T1或质 子密度加权对比度 可安排早回波在低 k 空间行 TEeff短 可以减弱 T2加权 4 14 在梯度回波中为采集到回波信号为何不能象在梯度回波中为采集到回波信号为何不能象 SE 序列那样施加序列那样施加 180 重聚重聚 RF 脉冲 脉冲 答 如果象 SE 序列那样施加 180 重聚 RF 脉冲 不仅使横向磁化强度矢 量重聚 还会使反转 180 变为 从而增加纵向磁化强度矢 0 sin z MM z M 量的恢复时间 增长了 TR 不能很好的减少成像时间 4 15 弥散磁共振成像分哪两种 简述信号与弥散系数间的关系 弥散磁共振成像分哪两种 简述信号与弥散系数间的关系 答 1 弥散加权像 DWI 无论与那个序列结合构成弥散序列成像 为 了增加对弥散的灵敏度都必须插入额外的幅度很大的双极梯度脉冲 Gd 在这样 一对梯度磁场的作用下 静态组织的自旋相位会完全重聚 而对于弥散运动和 流动的自旋相位却无法完全重聚 所以这些组织的信号变低 静态组织的 MR 信号无明显变化 因而产生了由于弥散系数差异而形成的 MR 信号强度的差异 即弥散加权对比度成像 DWI 其中包括了 T2弛豫权重 在 DWI 中 组织的 弥散系数 D 越高 则其在图像上的信号越低 2 弥散系数成像 因为弥散系数成像是通过对多幅弥散加权像进行计算 得到弥散系数 D 的分布 弥散系数像就是弥散系数按像素的分布图 D x y z D map 其对比度只依赖于弥散系数 弥散系数大的地方强度大亮度高 与 DWI 正好相反 由于用计算出的 D 成像 效应已消除 所以有很好的对 12 TT 比度 由于参数 D 不依赖于 MR 环境 所以 D map 与加权像有本质的不 12 TT 同 贵阳医学院贵阳医学院 使用教材 医学影像物理学使用教材 医学影像物理学 第第 3 版版 主编主编 吉强吉强 洪洋洪洋 6 4 16 设主磁场强度为设主磁场强度为 1 5T z z方向施加线性选层梯度场方向施加线性选层梯度场 31 5 10 T m z G 持续时间持续时间 3ms 片层厚度为 片层厚度为 5mm 求梯度场撤销时 片层两边的自旋核累计的 求梯度场撤销时 片层两边的自旋核累计的 相位偏移相位偏移加反向梯度场是否能消除这个偏移 若反向梯度值加反向梯度场是否能消除这个偏移 若反向梯度值不变 持不变 持 z G 续时间为多少时续时间为多少时 旋磁比 旋磁比 0 1 42 6MHz T I 解 已知 z 5mm T 3ms 求 31 5 10 T m z G 1 由 此处 z 0 处 0 所以tBdd z zGB TzGtzG z T z 0 1 d 633 42 6 105 103 10639Hz 2 加反向梯度场能消除这个偏移 因为相当于对静态组织施加双极脉冲 反向梯度值不变只差符号 所以加反向梯度场能消除这个偏移 若 z G 12 反向梯度值不变 设持续时间为 T2 z G ms3 1 2 z zG T 4 17 关于回波平面成像 关于回波平面成像 EPI 正确的是 正确的是 A EPI 是一种快速数据读出方式是一种快速数据读出方式 B EPI 要求快速的相位编码梯度切换要求快速的相位编码梯度切换 C EPI 要求快速的频率编码梯度切换要求快速的频率编码梯度切换 D 单次激发单次激发 SE EPI 最多只能采集到最多只能采集到 k 空间一行空间一行 SE 信号信号 分析 单次激发 EPI 序列是在一次 RF 激发后 利用读出梯度的连续快速 振荡 获取一系列不同相位编码的回波 直至填完整个 k 空间 所以 EPI 技术 实质上是一种 k 空间数据的快速采集方式 在单次激发 SE EPI 序列中 90 RF 激发后 再施加 180 相位重聚脉冲 离散的自旋相位开始重聚 180 脉冲停止后若干时间 开始采集第一个回波 但回波并未完全消除的影