4-第四章-磁共振成像-课后习题答案

贵阳医学院使用教材：医学影像物理学第3版主编吉强洪洋1第四章磁共振影像习题四解答4-1如何理解加权图像？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1T、横向弛豫时间2T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1T决定时，就是1T加权图像；主要由2T决定时，就是2T加权图像；主要由质子密度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SE序列时序和180°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E12tT后，再发射180°脉冲，当t＝TE时出现回波峰值，采集信号。(2)90°脉冲使0M倒向y轴，由于0B的不均匀性造成各个核磁矩旋进的角速度不同，相位很快散开。经时间TI后，在x方向施以180°脉冲使得所有自旋磁矩都绕x轴旋转180°，但并不改变旋进方向，所以互相远离的核磁矩变为互相汇聚的磁矩，最后汇聚于-y轴上，使去相位状态的自旋核重新处于同相位状态，抵消了磁场不均匀造成的影响。4-3试分析自旋回波T1加权、T2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1T加权。选择长TE和长TR实现T2加权。(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1T组织纵向磁化强度矢量必定恢复的比较好，ZM较大，在90°RF作用下xyM就大，信号就强。在TR足够短的情况下，最终图像的对比度主要由组织间1T差异决定。TR太长，各组织的纵向磁化强度矢量都恢复了，不能产生对比度。对于SE序列还与TE有关，若TE太长，横向磁化贵阳医学院使用教材：医学影像物理学第3版主编吉强洪洋2强度矢量衰减（2T）的影响就不能忽略，所以除TR要短外，TE也尽量要短。（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EtT时，回波达峰值，TE是回波时间又是信号采集时间，如果TE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，2T短的组织的横向磁化强度矢量已发生大的衰减，而2T长的组织横向磁化强度矢量保留有足够强的强度，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1T加权的影响。4-4采用SE序列，为获得T1加权像，应选用（）。A.长TR，短TEB.短TR，短TEC.长TR,长TED.短TR，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1T对比；而选择短TE可使各类组织横向磁化强度矢量的衰减程度差异不大，2T对图像对比度的影响较小。正确答案：B4-5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。答：(1)IE18090180TT，信号产生的原理是180°脉冲使0MMZ翻转至0MMZ，当纵向磁化恢复一段时间TI后加90°脉冲使恢复的ZM倾倒到xy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个转折点即0ZM点，如要抑制某个组织（如脑脊液、脂肪等）的信号，则选择TI等于ln2倍该组织的1T，使该组织的信号消失。(2)通常情况下由于脂肪中氢核密度较大，无论1T还是2T加权均呈强信号。脂肪的T1比较短，当采用短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（）A．短的TIB．长的TIC．中等长度的TID．以上方法都正确分析：因为当IT非常短时，大多数组织的纵向磁化强度矢量都是负值，只有贵阳医学院使用教材：医学影像物理学第3版主编吉强洪洋3短1T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号完全被抑制。正确答案：A4-7一磁共振成像仪，其静磁场为1.5T，假设z方向的梯度场选定为11Gscm，为获取10mm层厚的横断图像，射频脉冲的频宽应为多少?假设梯度场改为12Gscm，射频脉冲的频宽不变，层厚变为多少?（旋磁比I=42.6MHz·T-1，1T=104Gs）答：(1)在叠加上线性梯度磁场GzB后，坐标z不同的自旋核，其共振频率)(z也就不同，为)()(0zIGzBz（1）解法1：假定施加的RF脉冲频率范围为20，其中00IB最大频率对应最大z值设为1z)(2/100zIGzB最小频率对应最小z值记为2z)(2/200zIGzB于是射频脉冲的频宽12IzIzGzzGz1101106.4246=Hz1026.43解法2：对（1）式微分：zIzGzGzI此后与上述解法相同。(2)当梯度场改为12Gscm,射频脉冲的频宽不变时,层厚z变为z=mm5102106.421026.44634-8采用二维傅里叶变换成像（2DFT）为获取256×256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？A.1B.256C.128D.256×256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：B4-9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为1.5秒，重复测量次数为2，图像矩阵为256×256，则整个扫描时间为多少秒？贵阳医学院使用教材：医学影像物理学第3版主编吉强洪洋4A.16×1.5×2×256×256B.16×1.5×2×256C.16×1.5×2D.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SE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GzB，确定断层的位置，该断层内具有相同旋进频率和同样的初相位。紧跟在GzB值后沿y方向施加相位编码梯度场，持续1t时间，使y坐标不同的体素得到不同的相位，然后在x方向施加频率编码梯度场，持续时间2t，在频率编码的同时采集信号。4-11设某一断层为256mm256mm由256256体素构成，用自旋回波成像，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是多少。解：由xxG，I=42.6MHz·T-1，由每像素为21mm，1mmx，Gx=10×10-3T·m-1，63342.610101010426Hz。4-12试说明k空间中频率分布的特征，为什么中心部分对应的MR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?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，0yk的中央行，MR信号是在0yG时获得的，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yG正负方向的增加，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，0xk采集时，正好是每个回波的中心，因而幅度最大；而在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xxGx、yyGy，对于同样的空间两点间的距离x或y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？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贵阳医学院使用教材：医学影像物理学第3版主编吉强洪洋5k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SE序列那样施加180°重聚RF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0sinzMM反转180°变为－zM。从而增加纵向磁化强度矢量的恢复时间，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。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(,,,)Dxyz，弥散系数像就是弥散系数按像素的分布图—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，12TT、效应已消除，所以有很好的对比度。由于参数D不依赖于MR环境，所以D-map与12TT、加权像有本质的不同。4-16设主磁场强度为1.5T，z方向施加线性选层梯度场31510TmzG，持续时间3ms，片层厚度为5mm，求梯度场撤销时，片层两边的自旋核累计的相位偏移?加反向梯度场是否能消除这个偏移？若反向梯度值zG不变，持续时间为多少时0？（旋磁比142.6MHzTI）解：已知z＝5mm，31510TmzG，T＝3ms，求?贵阳医学院使用教材：医学影像物理学第3版主编吉强洪洋6(1)由tBdd此处zzGB，z＝0处=0，所以TzGtzGzTz01d63342.610510310639Hz(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zG不变只差符号12所以加反向梯度场能消除这个偏移。若反向梯度值zG不变，设持续时间为T2ms312zzGT4-17关于回波平面成像（EPI），正确的是()。A．EPI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C.EPI要求快速的频率编码梯度切换D.单次激发SE-EPI最多只能采集到k空间一行SE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；