考研生物醫(yī)學(xué)工程2025年醫(yī)學(xué)成像測(cè)試試卷（含答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題2分，共10分）1.體素(Voxel)2.梯度回波(GradientEcho)3.化學(xué)位移(ChemicalShift)4.空間編碼(SpatialEncoding)5.數(shù)字減影血管造影(DigitalSubtractionAngiography,DSA)二、填空題（每空1分，共15分）1.X射線成像的物理基礎(chǔ)是X射線的__________和__________特性。2.MRI成像中，Larmor公式描述了原子核的進(jìn)動(dòng)頻率與其所處磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系，其中T1代表__________時(shí)間，T2代表__________時(shí)間。3.超聲成像中，利用了超聲波在不同組織界面處的__________和__________特性。4.CT圖像的重建主要采用__________算法或其改進(jìn)算法，如__________重建。5.核醫(yī)學(xué)成像中，常用的放射性核素如12?I用于甲狀腺檢查，其衰變方式為__________；1?F-FDG是常用的腫瘤顯像劑，其分子結(jié)構(gòu)基于__________。6.影響醫(yī)學(xué)圖像分辨率的主要因素包括空間分辨率、__________分辨率和__________分辨率。7.圖像偽影是指圖像中出現(xiàn)的__________的信號(hào)，可能由運(yùn)動(dòng)、梯度非線性、磁場(chǎng)不均勻等多種原因引起。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述X射線與物質(zhì)的相互作用主要有哪幾種方式，并說(shuō)明哪種方式是產(chǎn)生圖像對(duì)比度的主要機(jī)制。2.與常規(guī)X線攝影相比，CT成像的主要優(yōu)勢(shì)是什么？請(qǐng)列舉至少兩點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述超聲成像中多普勒效應(yīng)的基本原理及其臨床應(yīng)用。4.MRI成像中，梯度磁場(chǎng)的作用是什么？請(qǐng)至少說(shuō)明其在兩個(gè)方面的作用。四、計(jì)算題（每題7分，共14分）1.某MRI系統(tǒng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.5T，試計(jì)算氫質(zhì)子（gyromagneticratioγ_H≈2.675×10?rad/s/T）在該磁場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng)頻率（Larmor頻率）是多少Hz？如果該系統(tǒng)使用90°射頻脈沖，其持續(xù)時(shí)間約為多少毫秒？（假設(shè)射頻脈沖使質(zhì)子從自旋極低狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到進(jìn)動(dòng)平面）2.假設(shè)一幅256×256像素的數(shù)字圖像，每個(gè)像素的灰度值范圍是0到255。計(jì)算該圖像的平均灰度值。如果對(duì)該圖像進(jìn)行均方根（RMS）噪聲分析，已知每個(gè)像素的均方根噪聲為10，計(jì)算整個(gè)圖像的RMS噪聲值（假設(shè)噪聲是獨(dú)立同分布的）。五、論述題（每題10分，共20分）1.論述影響MRI圖像信噪比（SNR）的主要因素有哪些？為了提高特定部位（如腦部）的MRI圖像信噪比，可以采取哪些技術(shù)手段？2.闡述醫(yī)學(xué)成像技術(shù)向多模態(tài)融合方向發(fā)展的重要意義，并舉例說(shuō)明多模態(tài)成像在臨床診斷中的優(yōu)勢(shì)。試卷答案一、名詞解釋1.體素(Voxel)：體素（Voxel）是三維空間中代表體積像素（VolumePixel）的基本單位，是圖像數(shù)據(jù)在空間上的最小采樣點(diǎn)，其灰度值代表該微小體積內(nèi)組織或物質(zhì)的某種物理量（如信號(hào)強(qiáng)度）。2.梯度回波(GradientEcho)：梯度回波（GradientEcho,GE）是一種MRI脈沖序列，通過(guò)施加梯度磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生自旋回波信號(hào)。它使用一個(gè)90°翻轉(zhuǎn)角脈沖激發(fā)磁化矢量，隨后施加讀出梯度，利用梯度回波效應(yīng)采集信號(hào)。相比自旋回波（SE），梯度回波通常具有更短的重復(fù)時(shí)間（TR），圖像采集速度更快，但信噪比和對(duì)比度可能較低。3.化學(xué)位移(ChemicalShift)：化學(xué)位移是指不同化學(xué)環(huán)境中原子核（通常指1H質(zhì)子）的進(jìn)動(dòng)頻率之間的差異。由于不同原子核或化學(xué)鍵周圍的局部磁場(chǎng)環(huán)境不同，導(dǎo)致它們?cè)谥鞔艌?chǎng)中的Larmor進(jìn)動(dòng)頻率不同，這種現(xiàn)象稱為化學(xué)位移。在MRI中，化學(xué)位移偽影是常見(jiàn)的偽影之一，表現(xiàn)為脂肪信號(hào)相對(duì)于水信號(hào)在頻率編碼方向上的微小位移。4.空間編碼(SpatialEncoding)：空間編碼是指利用特定的物理方法（主要是梯度磁場(chǎng)）對(duì)MR信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使得信號(hào)中包含了空間位置信息的過(guò)程。通過(guò)在不同方向施加梯度磁場(chǎng)，并測(cè)量信號(hào)隨梯度變化的相位或幅度變化，可以解碼出信號(hào)在各個(gè)空間維度上的位置坐標(biāo)。這是MRI成像的核心原理之一，用于構(gòu)建二維或三維的圖像。5.數(shù)字減影血管造影(DigitalSubtractionAngiography,DSA)：數(shù)字減影血管造影是一種基于數(shù)字減法的血管成像技術(shù)。它通過(guò)先在血管未顯影時(shí)獲取一張基準(zhǔn)圖像（蒙片），然后在血管顯影劑注入后獲取另一張圖像，將兩張圖像進(jìn)行數(shù)字減法運(yùn)算，從而消除骨骼、軟組織等背景結(jié)構(gòu)，突出顯示血管影像。DSA主要用于觀察血管病變。二、填空題1.穿透/被吸收2.自旋relaxation/橫向relaxation3.反射/折射4.反投影/迭代5.β衰變/葡萄糖6.時(shí)間/空間7.與實(shí)際組織對(duì)應(yīng)三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述X射線與物質(zhì)的相互作用主要有哪幾種方式，并說(shuō)明哪種方式是產(chǎn)生圖像對(duì)比度的主要機(jī)制。解析思路：首先列出X射線與物質(zhì)的四種主要相互作用：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、瑞利散射（或稱經(jīng)典散射）和電子對(duì)生成。然后分析這四種作用對(duì)圖像形成的影響。光電效應(yīng)是原子內(nèi)層電子被擊出，產(chǎn)生光電子和特征X射線，主要發(fā)生在原子序數(shù)（Z）較高的物質(zhì)（如骨骼）中，吸收X射線能力強(qiáng)，導(dǎo)致該區(qū)域在圖像上呈現(xiàn)為高對(duì)比度（暗）。康普頓效應(yīng)是X射線光子與物質(zhì)外層電子發(fā)生碰撞，導(dǎo)致光子能量損失并改變方向，主要發(fā)生在原子序數(shù)較低的物質(zhì)（如軟組織）中，吸收相對(duì)較少，散射光子可被探測(cè)器接收，形成圖像的主要基礎(chǔ)。瑞利散射損失較少能量，方向改變不大。電子對(duì)生成僅在能量高于1.022MeV的X射線通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)發(fā)生。因此，產(chǎn)生圖像對(duì)比度主要機(jī)制是光電效應(yīng)，它使得高Z物質(zhì)吸收更多X射線，在圖像上形成明暗差異。2.與常規(guī)X線攝影相比，CT成像的主要優(yōu)勢(shì)是什么？請(qǐng)列舉至少兩點(diǎn)。解析思路：對(duì)比常規(guī)X線攝影和CT成像的原理和特點(diǎn)。常規(guī)X線攝影是二維投影圖像，組織重疊嚴(yán)重，對(duì)密度分辨率要求高。CT利用X射線旋轉(zhuǎn)掃描和計(jì)算機(jī)反投影重建技術(shù)，能夠獲得某一特定層面的二維圖像，有效克服了組織重疊問(wèn)題。第一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)是克服組織重疊，實(shí)現(xiàn)斷層成像。第二點(diǎn)優(yōu)勢(shì)是密度分辨率高，CT能夠區(qū)分不同密度（如水、軟組織、脂肪、骨骼）的病變。此外，還可以補(bǔ)充CT可以定量測(cè)量組織密度、可進(jìn)行后處理（如MPR、MIP、VR等）等其他優(yōu)勢(shì)，但題目要求兩點(diǎn)即可。3.簡(jiǎn)述超聲成像中多普勒效應(yīng)的基本原理及其臨床應(yīng)用。解析思路：多普勒效應(yīng)的基本原理是波源和觀察者相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波頻率會(huì)發(fā)生變化。在超聲成像中，超聲波作為波源由探頭發(fā)出，遇到運(yùn)動(dòng)的組織（如血流中的紅細(xì)胞）時(shí)，反射回來(lái)的超聲波頻率會(huì)相對(duì)于發(fā)射頻率發(fā)生變化。這種頻率變化（多普勒頻移）與組織的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。具體來(lái)說(shuō)，多普勒超聲通過(guò)測(cè)量反射回來(lái)的超聲波頻率的變化量，可以計(jì)算出運(yùn)動(dòng)組織的速度大小和方向。臨床應(yīng)用主要包括：①血管成像，用于觀察血流動(dòng)力學(xué)，如測(cè)量血流速度、識(shí)別血流方向、檢測(cè)血管狹窄和阻塞等。②心臟成像（超聲心動(dòng)圖），用于評(píng)估心臟各腔室功能、瓣膜結(jié)構(gòu)及血流情況。③其他組織的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，如胎兒發(fā)育監(jiān)測(cè)等。4.MRI成像中，梯度磁場(chǎng)的作用是什么？請(qǐng)至少說(shuō)明其在兩個(gè)方面的作用。解析思路：梯度磁場(chǎng)是MRI系統(tǒng)中產(chǎn)生空間編碼的關(guān)鍵。它的作用是使處于主磁場(chǎng)B0中的原子核（如質(zhì)子）產(chǎn)生空間依賴的頻率偏移。當(dāng)施加一個(gè)沿特定方向的梯度磁場(chǎng)G時(shí)，該方向上不同位置的原子核會(huì)感受到略有不同的總磁場(chǎng)（B0+Gx，Gy，Gz），從而具有不同的Larmor進(jìn)動(dòng)頻率。梯度磁場(chǎng)的主要作用包括：第一，空間編碼。通過(guò)在x、y（或r、φ）方向施加梯度磁場(chǎng)，并測(cè)量信號(hào)隨梯度變化的相位或幅度變化，可以確定信號(hào)在對(duì)應(yīng)空間維度上的位置坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)圖像的二維或三維重建。第二，產(chǎn)生射頻脈沖的頻偏和梯度回波信號(hào)。在射頻脈沖期間，梯度磁場(chǎng)可以用來(lái)選擇特定頻率范圍的原子核（通過(guò)頻率編碼梯度）或用于產(chǎn)生梯度回波信號(hào)（通過(guò)讀出梯度）。四、計(jì)算題1.某MRI系統(tǒng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.5T，試計(jì)算氫質(zhì)子（gyromagneticratioγ_H≈2.675×10?rad/s/T）在該磁場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng)頻率（Larmor頻率）是多少Hz？如果該系統(tǒng)使用90°射頻脈沖，其持續(xù)時(shí)間約為多少毫秒？（假設(shè)射頻脈沖使質(zhì)子從自旋極低狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到進(jìn)動(dòng)平面）解析思路：計(jì)算Larmor頻率使用公式f=γ_H*B0。其中，f為進(jìn)動(dòng)頻率，γ_H為氫質(zhì)子的旋磁比，B0為主磁場(chǎng)強(qiáng)度。將數(shù)值代入公式計(jì)算。得到頻率后，90°射頻脈沖的持續(xù)時(shí)間（τ_90）與射頻脈沖的帶寬（δω）成反比，近似關(guān)系為τ_90≈1/(π*δω)。射頻帶寬通常與Larmor頻率在同一量級(jí)，可近似認(rèn)為τ_90≈1/(π*f)。將計(jì)算出的Larmor頻率代入此公式即可得到脈沖持續(xù)時(shí)間。解：Larmor頻率f=γ_H*B0=(2.675×10?rad/s/T)*(1.5T)≈4.0125×10?rad/s=4.0125×10?Hz。90°射頻脈沖持續(xù)時(shí)間τ_90≈1/(π*f)≈1/(π*4.0125×10?s?1)≈7.96×10??s=0.796ms。取約數(shù)，約為0.8ms。2.假設(shè)一幅256×256像素的數(shù)字圖像，每個(gè)像素的灰度值范圍是0到255。計(jì)算該圖像的平均灰度值。如果對(duì)該圖像進(jìn)行均方根（RMS）噪聲分析，已知每個(gè)像素的均方根噪聲為10，計(jì)算整個(gè)圖像的RMS噪聲值（假設(shè)噪聲是獨(dú)立同分布的）。解析思路：計(jì)算平均灰度值，需要知道所有像素灰度值的總和，然后除以像素總數(shù)。由于是256×256圖像，總數(shù)為65536。平均灰度值=(0+255)*256*256/65536=127.5。對(duì)于RMS噪聲，整個(gè)圖像的RMS噪聲值等于單個(gè)像素RMS噪聲的平方乘以像素總數(shù)，再開方。即RMS_圖像=sqrt(像素?cái)?shù)*(單個(gè)像素RMS噪聲)^2)。解：平均灰度值=(0+255)*256*256/(256*256)=255/2=127.5。整個(gè)圖像的RMS噪聲值RMS_圖像=sqrt(65536*(10)^2)=sqrt(6553600)=2560。五、論述題1.論述影響MRI圖像信噪比（SNR）的主要因素有哪些？為了提高特定部位（如腦部）的MRI圖像信噪比，可以采取哪些技術(shù)手段？解析思路：首先列出影響SNR的主要因素。SNR=k*γ*G*ρ*N_A*T_E/(1-e^(-αT_1))，其中k是比例常數(shù)，γ是旋磁比，G是梯度幅度，ρ是組織內(nèi)氫質(zhì)子密度，N_A是每單位體積的質(zhì)子數(shù)目，T_E是有效發(fā)射時(shí)間，α是射頻脈沖角度，T_1是橫向弛豫時(shí)間。從公式和相關(guān)原理出發(fā)，可以歸納出主要影響因素：主磁場(chǎng)強(qiáng)度B0（γ與B0成正比）、射頻脈沖帶寬（與G成正比，影響激發(fā)范圍）、采樣時(shí)間（與T_E相關(guān)，即回波時(shí)間TE）、組織氫質(zhì)子密度和自旋密度ρ、磁場(chǎng)均勻度（影響T_1和激發(fā)效率）、梯度場(chǎng)強(qiáng)度G。此外，線圈靈敏度也是一個(gè)重要因素。然后針對(duì)提高腦部圖像SNR，提出具體技術(shù)手段。提高B0（如使用更高場(chǎng)強(qiáng)的系統(tǒng)）、使用表面線圈（提高特定部位對(duì)射頻和磁場(chǎng)的敏感性，即線圈靈敏度）、選擇長(zhǎng)TR序列（使T_1弛豫充分，增加信號(hào)積累，但會(huì)降低對(duì)比度）、選擇短TE序列（減少T_2*衰減，保留更多信號(hào)，但可能引入更多偽影）、采用更高場(chǎng)強(qiáng)的梯度（可能間接提高SNR，但主要影響分辨率和時(shí)間）、改進(jìn)梯度線圈設(shè)計(jì)、使用水抑制技術(shù)（去除周圍環(huán)境或偽影信號(hào)）、針對(duì)腦部特定對(duì)比度需求選擇合適的脈沖序列（如使用FLAIR序列抑制腦脊液信號(hào)，提高灰質(zhì)對(duì)比度）等。2.闡述醫(yī)學(xué)成像技術(shù)向多模態(tài)融合方向發(fā)展的重要意義，并舉例說(shuō)明多模態(tài)成像在臨床診斷中的優(yōu)勢(shì)。解析思路：首先闡述多模態(tài)融合的意義?？梢詮男畔⒒パa(bǔ)、提高診斷準(zhǔn)確性、實(shí)現(xiàn)更全面的疾病評(píng)估、輔助治療決策、推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)療發(fā)展等角度論述。多模態(tài)成像能夠整合不同成像技術(shù)提供的信息，克服單一模態(tài)的局限性。例如，MRI提供軟組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和生理信息，CT提供高密度分辨率和快速成像能力，PET提供分