2025年考研生物醫(yī)學(xué)工程醫(yī)學(xué)影像學(xué)試卷（含答案）考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.放射對比度2.弛豫時間（T1,T2）3.K空間4.多普勒效應(yīng)5.PACS二、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述X射線成像的物理基礎(chǔ)及其主要特點。2.與CT相比，MRI成像的主要優(yōu)勢和劣勢是什么？3.簡述彩色多普勒超聲成像的基本原理。4.簡述影響超聲圖像質(zhì)量的主要偽影及其產(chǎn)生原因。5.簡述核醫(yī)學(xué)成像的基本原理及其與CT、MRI的主要區(qū)別。三、論述題（每題10分，共30分）1.詳細論述MRI信號的產(chǎn)生機制，包括化學(xué)位移、自旋回波和梯度回波序列中信號的產(chǎn)生過程。2.比較并論述CT增強掃描和MRI增強掃描在原理、對比劑、臨床應(yīng)用及優(yōu)缺點方面的主要差異。3.結(jié)合臨床實例，論述醫(yī)學(xué)影像信息存儲和傳輸系統(tǒng)（PACS）在現(xiàn)代化醫(yī)院管理中的重要作用。四、計算題（每題7分，共14分）1.某CT掃描機探測器輸出信號為1000個單位，已知該組織的人體衰減值為0.8cm^-1，X射線束路徑長度為5cm。求該組織的線性吸收系數(shù)（μ）以及透射系數(shù)（e^(-μx)）。2.在一個頻譜分析實驗中，假設(shè)發(fā)射的超聲頻率為5MHz，探測到的反射波頻率相對于發(fā)射波產(chǎn)生了1kHz的頻移。求目標組織的血流速度（假設(shè)聲速為1540m/s，且為順流方向）。試卷答案一、名詞解釋1.放射對比度：指影像上兩點之間的亮度差異，通常由組織對X射線的吸收差異、原子序數(shù)差異或電子密度差異引起，是形成影像的基礎(chǔ)。**解析思路：*定義放射對比度，并指出其主要物理和生物基礎(chǔ)是吸收差異。2.弛豫時間（T1,T2）：指原子核在受到擾動后恢復(fù)其原始自旋狀態(tài)所需的時間。T1（自旋-自旋弛豫）時間反映橫向磁化矢量恢復(fù)的速度，T2（自旋-晶格弛豫）時間反映縱向磁化矢量衰減的速度。T1和T2是MRI成像的關(guān)鍵參數(shù)，決定了不同組織的信號強度和圖像對比度。**解析思路：*先定義弛豫時間，然后區(qū)分T1和T2，最后強調(diào)它們在MRI成像中的作用。3.K空間：是一個復(fù)數(shù)空間，其二維坐標（kx,ky）與MR信號在頻率域的相位和幅度信息一一對應(yīng)。對K空間進行采集、填充和重建是獲取MRI圖像的核心過程。K空間的不同區(qū)域?qū)?yīng)圖像空間的不同空間頻率信息。**解析思路：*定義K空間，說明其與信號頻率域的關(guān)系，并點明其在MRI成像流程中的核心地位。4.多普勒效應(yīng)：指波源與觀察者相對運動時，觀察者接收到的波頻率會發(fā)生變化的現(xiàn)象。在超聲成像中，用于檢測血流的流速，根據(jù)紅細胞運動方向的不同分為頻移（Dopplershift）和反向頻移。**解析思路：*先給出多普勒效應(yīng)的通用定義，然后結(jié)合超聲成像的背景，說明其具體應(yīng)用。5.PACS：PictureArchivingandCommunicationSystem，即醫(yī)學(xué)影像存儲和通信系統(tǒng)。它是一個集成了影像存儲、管理、傳輸、查詢、工作流程和與醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）接口的綜合性平臺，旨在實現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化管理和共享。**解析思路：*給出PACS的英文全稱，然后解釋其核心功能（存儲、管理、傳輸、共享等）和目標。二、簡答題1.簡述X射線成像的物理基礎(chǔ)及其主要特點。**物理基礎(chǔ)：*利用X射線具有穿透物質(zhì)的特性。當(dāng)強度均勻的X射線束穿過被檢部位時，由于不同組織（或結(jié)構(gòu)）對X射線的吸收和散射能力不同（主要由原子序數(shù)和密度決定），使得穿過后的X射線強度發(fā)生衰減，形成強度分布不均的射線束。**主要特點：**可以獲得人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)（特別是骨骼和密度較高的組織）的二維平面影像。*設(shè)備相對簡單、普及，成本較低，檢查速度快。*輻射劑量不可避免，需注意防護。*對軟組織的分辨率相對較低。*可進行動態(tài)觀察（如胃腸造影）。**解析思路：*先回答物理原理（穿透與吸收散射差異），再分點列出其核心特點（成像方式、優(yōu)缺點、輻射等）。2.與CT相比，MRI成像的主要優(yōu)勢和劣勢是什么？**主要優(yōu)勢：**無電離輻射損傷，安全性高。*對軟組織具有良好的分辨率和對比度，特別適用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉關(guān)節(jié)等軟組織病變的檢查。*能提供多種加權(quán)圖像（T1WI,T2WI,FLAIR,DWI等），可以從不同方面顯示組織結(jié)構(gòu)和病理變化。*可進行多平面成像（任意方位），符合解剖結(jié)構(gòu)。*可進行功能性成像（fMRI）、磁共振波譜分析（MRS）等。**主要劣勢：**設(shè)備昂貴，檢查時間相對較長。*存在磁敏感性偽影，受金屬物品干擾大，有幽閉恐懼癥等禁忌癥。*對含氣、鈣化組織的顯示不如CT清晰。*對運動偽影敏感。*輻射安全顧慮（強磁場、射頻脈沖）。**解析思路：*清晰地列出與CT的對比，分為優(yōu)勢和劣勢兩部分，并分別從成像質(zhì)量、安全性、設(shè)備、便捷性等多個維度進行闡述。3.簡述彩色多普勒超聲成像的基本原理。**基本原理：*利用多普勒效應(yīng)。當(dāng)超聲探頭發(fā)出探測波，遇到運動的目標（如紅細胞）時，反射回來的波頻率會相對于發(fā)射頻率發(fā)生變化（頻移）。通過精確測量這個頻移的大小和方向，可以計算出運動目標（主要是血細胞）的血流速度及其方向。**解析思路：*核心是解釋多普勒效應(yīng)在超聲領(lǐng)域的應(yīng)用，即通過測量反射波的頻移來獲取血流信息。4.簡述影響超聲圖像質(zhì)量的主要偽影及其產(chǎn)生原因。**主要偽影：**聲影：強回聲或高密度物質(zhì)（如骨骼、結(jié)石）吸收和散射大部分聲能，在其后方形成一片無回聲區(qū)。*增強/混響：聲波遇到平整、光滑的界面（如胸壁、皮膚與探頭之間）發(fā)生多次反射，形成比原始回聲更強的條帶狀圖像。*側(cè)邊帶/旁瓣偽影：聲束在主方向之外產(chǎn)生側(cè)向散射，形成與主結(jié)構(gòu)平行或偏離的偽影。*振鈴偽影：聲波在探頭表面或介質(zhì)界面之間發(fā)生多次反射，形成螺旋狀或“靶環(huán)”樣圖像。*聲散斑偽影：由于超聲波在組織中傳播時發(fā)生散射，形成細小的、隨機分布的強回聲點或顆粒狀圖像，是超聲成像的固有特征。*運動偽影：探頭或患者運動導(dǎo)致圖像模糊、閃爍或結(jié)構(gòu)變形。**產(chǎn)生原因：*上述偽影均由超聲波在介質(zhì)中傳播過程中的物理特性（如反射、折射、散射、吸收、多次反射）以及成像系統(tǒng)的特性（如探頭的聲束特性）與被探測物體的相互作用引起。**解析思路：*列舉幾種常見的偽影，并給出其定義或現(xiàn)象描述，最后總結(jié)產(chǎn)生原因與物理過程和設(shè)備特性相關(guān)。5.簡述核醫(yī)學(xué)成像的基本原理及其與CT、MRI的主要區(qū)別。**基本原理：*依據(jù)放射性核素（示蹤劑）在體內(nèi)的分布和代謝特性，利用探測儀器（如閃爍探測器、PET探測器）測量其發(fā)出的射線（如γ射線、正電子湮滅產(chǎn)生的γ射線），從而獲得反映放射性核素在體內(nèi)空間分布的圖像。它提供的是“功能”或“代謝”圖像，反映器官的生理生化活動。**主要區(qū)別：**成像基礎(chǔ)：核醫(yī)學(xué)基于放射性示蹤原理，顯示的是放射性分布；CT基于X射線吸收差異，顯示的是解剖結(jié)構(gòu)；MRI基于原子核磁共振現(xiàn)象，顯示的是組織特性（質(zhì)子密度、弛豫時間、血流等）。*圖像信息：核醫(yī)學(xué)主要提供功能、代謝、血流等信息；CT主要提供解剖結(jié)構(gòu)信息；MRI對軟組織對比度好，也可提供某些功能信息。*使用射線：核醫(yī)學(xué)使用放射性藥物（內(nèi)源性或外源性），CT使用X射線，MRI不使用電離輻射。*空間分辨率：CT和MRI通常具有較高的空間分辨率；核醫(yī)學(xué)圖像的空間分辨率相對較低，但可提供全身整體或宏觀的功能信息。**解析思路：*先解釋核醫(yī)學(xué)成像的基本原理（放射性示蹤），然后從成像基礎(chǔ)、提供信息類型、使用射線、空間分辨率等關(guān)鍵維度與CT、MRI進行對比。三、論述題1.詳細論述MRI信號的產(chǎn)生機制，包括化學(xué)位移、自旋回波和梯度回波序列中信號的產(chǎn)生過程。**MRI信號產(chǎn)生基礎(chǔ)：**在強磁場（B0）中，人體內(nèi)大量含氫質(zhì)子（如水分子中的H）會按照其自旋角動量，以外加磁場的方向為軸進行進動，如同小磁針指向地球南北極一樣。*由于自旋方向存在微小差異，部分質(zhì)子自旋方向與B0平行（低能態(tài)），部分與B0反平行（高能態(tài)），兩者數(shù)量不等，導(dǎo)致整體宏觀磁化矢量（M）偏離B0方向，產(chǎn)生一個宏觀縱向磁化矢量（Mz）。*此時，如果施加一個短暫的、垂直于B0的射頻（RF）脈沖，其頻率與質(zhì)子進動頻率（拉莫爾頻率）一致，就能使低能態(tài)質(zhì)子吸收能量躍遷到高能態(tài)，導(dǎo)致Mz減?。∕z向零衰減），同時在垂直于B0和RF脈沖方向上產(chǎn)生一個宏觀橫向磁化矢量（Mx-My，即Mxy），并發(fā)出RF信號。這是MRI信號產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)。**化學(xué)位移：*不同化學(xué)環(huán)境的質(zhì)子（如水中H與脂肪中H）進動頻率不同，在射頻脈沖作用下，它們發(fā)生共振所需的射頻頻率也不同。例如，脂肪質(zhì)子的共振頻率高于水。在接收線圈接收信號時，不同化學(xué)位移的質(zhì)子會分別產(chǎn)生信號，使得在自由感應(yīng)衰減（FID）曲線上，不同組織的信號出現(xiàn)時間（相位）不同，或者通過特定脈沖序列（如DEP）可以分離出不同化學(xué)位移的信號，用于脂肪/水分離等。**自旋回波（SE）序列信號產(chǎn)生：*1.90°RF脈沖：施加一個90°RF脈沖，使縱向磁化矢量（Mz）完全翻轉(zhuǎn)到橫向平面（Mxy=Mo），此時所有質(zhì)子都處于高能態(tài)，并開始發(fā)出FID信號。2.T1弛豫：橫向磁化矢量（Mxy）因自旋-晶格相互作用，能量傳遞給周圍環(huán)境而衰減，其幅度按指數(shù)規(guī)律恢復(fù)（T1弛豫）。同時，自旋-自旋相互作用導(dǎo)致Mxy上的質(zhì)子相互影響，使其相位趨于一致，形成相位編碼。3.180°RF脈沖：在Mxy衰減到一定程度（如峰值的約86%）時，施加一個180°RF脈沖。這個脈沖使橫向平面上所有質(zhì)子的自旋方向反轉(zhuǎn)。4.回波形成：反轉(zhuǎn)后的質(zhì)子繼續(xù)進動，其能量傳遞方向與原來相反，導(dǎo)致在180°脈沖后約τ（TE/2）時間，反向的FID信號在接收線圈上再次達到最大值，形成“回波”。這個回波信號的大小反映了組織在TE/2時間內(nèi)的T2弛豫程度。之后，信號再次指數(shù)衰減。**梯度回波（GRE）序列信號產(chǎn)生：*1.90°（或小于90°）RF脈沖：施加一個短RF脈沖，使部分縱向磁化矢量翻轉(zhuǎn)到橫向平面。2.梯度磁場Gx施加與相位編碼：在RF脈沖結(jié)束后，立即施加一個線性變化的梯度磁場Gx（通常在xy平面），這個梯度磁場會使得處于不同位置的質(zhì)子產(chǎn)生不同的相位變化（位置越偏，相位偏移越大），實現(xiàn)了空間相位編碼。3.梯度磁場Gx撤銷：梯度磁場Gx消失時，不同位置的質(zhì)子相位回到一致。4.讀出梯度磁場G讀施加與頻率編碼：隨后施加一個讀出梯度G讀（通常在x或y方向），這個梯度磁場使得處于不同位置的質(zhì)子在橫向平面上產(chǎn)生不同的頻率偏移（位置越偏，頻率越高），實現(xiàn)了空間頻率編碼，即“讀出”了圖像信息。5.信號采集：在G讀梯度施加期間，接收線圈測量到所有質(zhì)子貢獻的信號總和，形成一個編碼了空間位置信息的信號包。6.回波形成（可選）：有些GRE序列會加入一個180°refocusing脈沖，類似于SE序列，用于補償梯度磁場非線性等因素造成的失真，形成梯度回波平面圖（GRE-EPI）。**解析思路：*先闡述MRI信號產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)（質(zhì)子進動、宏觀磁化矢量、RF作用）。然后單獨解釋化學(xué)位移現(xiàn)象及其意義。接著分步驟詳細描述SE序列中信號的產(chǎn)生、衰減和回波形成過程，強調(diào)T1和相位編碼。最后分步驟詳細描述GRE序列中信號的產(chǎn)生、空間相位編碼（Gx）、空間頻率編碼（G讀）和信號采集過程，點出回波形成機制。整體邏輯清晰，覆蓋核心要素。2.比較并論述CT增強掃描和MRI增強掃描在原理、對比劑、臨床應(yīng)用及優(yōu)缺點方面的主要差異。**原理差異：**CT增強掃描：利用含碘對比劑注入血管后，增強病變組織與正常組織之間的X射線吸收差異。由于對比劑含碘，會顯著吸收X射線，使得富含血管的病變組織（如腫瘤、炎癥）的CT值升高，在圖像上顯示為更亮的區(qū)域，從而提高病變的檢出率和定性診斷能力。*MRI增強掃描：利用含釓（Gd）對比劑（螯合物）靜脈注射后，通過與病變組織（特別是具有異常血管結(jié)構(gòu)如腫瘤新生血管、炎癥組織滲出血管）的特異性或非特異性細胞外液（ECS）交換，導(dǎo)致該區(qū)域MRI信號強度發(fā)生變化。Gd對比劑主要縮短T1弛豫時間，使得增強區(qū)域的T1加權(quán)圖像（T1WI）信號明顯升高，顯示為更亮的區(qū)域。根據(jù)交換速率不同，可分為順磁性對比劑（縮短T1，如Gd-DTPA）和超順磁性對比劑（縮短T2*，如Gd-BOPTA）。**對比劑差異：**CT對比劑：主要為含碘造影劑，有離子型（如泛影葡胺）和非離子型（如碘海醇、碘對比劑）。需注意過敏反應(yīng)和腎功能影響。*MRI對比劑：主要為含釓的螯合物，如Gd-DTPA（釓噴酸葡胺）、Gd-EOB-DTPA（膽汁特異性）、Gd-BOPTA（肝細胞特異性）等。其安全性相對較高，主要關(guān)注腎源性系統(tǒng)性纖維化（NSF）風(fēng)險（主要在重度腎功能不全患者中）和過敏反應(yīng)。**臨床應(yīng)用差異：**CT增強：應(yīng)用廣泛，如腦部CTA（血管成像）、胸部CTA（肺動脈栓塞、腫瘤血管）、腹部CTA（肝膽胰腎血管、腫瘤、血管病變）、血管介入前評估等。對鈣化顯示好，掃描速度快。*MRI增強：在軟組織病變的檢出和定性方面優(yōu)勢更明顯，如腦部MRI增強掃描（腫瘤、炎癥、血管畸形）、脊柱增強（椎間盤病變、感染、腫瘤）、盆腔增強（婦科腫瘤、炎癥）、腫瘤標志（灌注成像）、肝膽MR增強（肝細胞特異性對比劑）等。對功能成像和某些分子標志物檢測有潛力。**優(yōu)缺點差異：**CT增強：**優(yōu)點：*掃描速度快，對運動不敏感，空間分辨率較高，對鈣化顯示好，對比劑種類多，檢查相對普及。**缺點：*使用電離輻射，存在輻射暴露風(fēng)險，碘對比劑可能引起過敏和腎功能問題，對軟組織對比度不如MRI。*MRI增強：**優(yōu)點：*無電離輻射，安全性高（對比劑副作用小），軟組織分辨率高，對比度豐富（T1、T2加權(quán)及不同對比劑效果），可多平面成像，功能成像潛力大。**缺點：*掃描時間相對較長（尤其EPI序列），對運動敏感，梯度場強受限導(dǎo)致空間分辨率有限（尤其EPI），受金屬偽影影響大，設(shè)備昂貴，禁忌癥（如幽閉恐懼癥、體內(nèi)金屬植入物）多。**解析思路：*將CT增強和MRI增強分為原理、對比劑、臨床應(yīng)用、優(yōu)缺點四個維度進行平行對比。在闡述時，要突出各自的核心機制和特點，并指明各自的臨床優(yōu)勢和局限性，以便臨床選擇合適的檢查方法。3.結(jié)合臨床實例，論述醫(yī)學(xué)影像信息存儲和傳輸系統(tǒng)（PACS）在現(xiàn)代化醫(yī)院管理中的重要作用。**PACS的核心作用：*PACS通過實現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化存儲、管理、傳輸和共享，打破了傳統(tǒng)膠片管理的諸多弊端，極大地提升了醫(yī)院影像科室、臨床科室以及醫(yī)院整體的管理效率、診斷準確性和患者服務(wù)體驗。**在現(xiàn)代化醫(yī)院管理中的具體作用（結(jié)合實例）：**提高工作效率和診斷及時性：**實例：*患者在A科室拍攝的CT影像，醫(yī)生B科室需要會診或治療規(guī)劃。通過PACS，醫(yī)生B可以直接在電腦上調(diào)閱、查看A科室的實時影像，無需等待膠片傳遞，大大縮短了診斷和決策時間，尤其對于急危重癥患者搶救至關(guān)重要。影像科醫(yī)生也可快速處理和發(fā)布影像。*優(yōu)化影像存儲和資源利用：**實例：*數(shù)字影像占用空間遠小于膠片，PACS可利用存儲陣列進行集中、高效、可擴展的存儲，有效管理海量影像數(shù)據(jù)，降低存儲成本和空間占用。實現(xiàn)影像的快速檢索，避免重復(fù)拍攝。*支持臨床工作流程整合：**實例：*PACS與醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）、電子病歷系統(tǒng)（EMR）集成，醫(yī)生在查看影像時可直接關(guān)聯(lián)患者的病歷信息（姓名、性別、年齡、既往病史等），實現(xiàn)“影像-信息”一體化，為臨床診斷和治療提供更全面的依據(jù)。檢查申請、影像傳輸、報告書寫等流程可在PACS系統(tǒng)內(nèi)完成，提高流程自動化水平。*促進遠程醫(yī)療和會診：**實例：*偏遠地區(qū)的患者或院內(nèi)不同院區(qū)的專家，可以通過PACS系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)連接允許的情況下，遠程調(diào)閱和討論患者影像，實現(xiàn)遠程診斷、遠程會診和遠程教學(xué)，促進了醫(yī)療資源的均衡化。*加強質(zhì)量控制和管理：**實例：*PACS可對影像進行質(zhì)量控制（如密度、對比度、偽影檢查），記錄影像處理和發(fā)布過程，實現(xiàn)質(zhì)量追溯?？蓪剖业挠跋駲z查工作量、報告時效性等進行統(tǒng)計和分析，為科室管理和績效考核提供數(shù)據(jù)支持。*保障數(shù)據(jù)安全和隱私：**實例：*PACS通過用戶權(quán)限管理、操作日志記錄、數(shù)據(jù)加密等措施，確保只有授權(quán)人員才能訪問特定患者影像，保護患者隱私和醫(yī)療數(shù)據(jù)安全，滿足相關(guān)法律法規(guī)要求。*推動醫(yī)院信息化和智慧醫(yī)療發(fā)展：**實例：*PACS是醫(yī)院信息化的基礎(chǔ)平臺之一，其數(shù)據(jù)可與RIS（影像歸檔和通信系統(tǒng)）、實驗室信息系統(tǒng)（LIS）、手術(shù)麻醉系統(tǒng)等互聯(lián)互通，為構(gòu)建區(qū)域醫(yī)療信息平臺、發(fā)展基于大數(shù)據(jù)的智能診斷、精準醫(yī)療等智慧醫(yī)療應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。**解析思路：*先點明PACS的核心功能和價值。然后分點論述其在提高效率、優(yōu)化資源、整合流程、促進遠程醫(yī)療、加強質(zhì)控、保障安全以及推動醫(yī)院信息化發(fā)展等方面的作用，并結(jié)合具體的臨床實例使論述更生動、有說服力。四、計算題1.*計算過程：**已知：探測器輸出信號S=1000單位，人體衰減值μ=0.8cm^-1，路徑長度x=5cm。*透射系數(shù)T=e^(-μx)。*通常情況下，探測器輸出信號S與透射系數(shù)T成正比。即S∝T=e^(-μx)。*因此，可以近似認為S=k*e^(-μx)，其中k是比例常數(shù)（表示無衰減時的最大信號）。*我們需要求的是透射系數(shù)T=e^(-μx)。*由于S=k*e^(-μx)，所以e^(-μx)=S/k。*在理想情況下，如果探測器輸出1000單位對應(yīng)的是入射光強完全沒有衰減（即k=1000），那么e^(-μx)=1000/1000=1。*但題目沒有給出k的具體值，通常我們假設(shè)S與e^(-μx)成正比關(guān)系來理解，即直接用S來表示衰減程度。如果題目意圖是求透射系數(shù)，且假設(shè)S=1000代表100%透射，那么T=S/k=1000/1000=1。*但更嚴謹?shù)睦斫馐?/p>