MRI中縮減射頻脈衝的發射頻寬（ transmit bandwidth ），主要可以達成何種效果？

本題觀念：

本題探討磁振造影（MRI）中「切面選擇（Slice Selection）」的基本物理原理。在 MRI 中，要激發人體特定切面的氫原子核產生共振，必須同時開啟切面選擇梯度磁場（Slice-select gradient, $G_z$）並發射射頻脈衝（RF pulse）。

切面厚度（Slice thickness, $\Delta z$）由兩個主要因素決定：

1. 切面選擇梯度磁場強度（$G_z$）：梯度越陡（強度越強），切面越薄。
2. 射頻脈衝的發射頻寬（Transmit bandwidth, $\Delta \omega$）：頻寬越窄（縮減頻寬），激發的頻率範圍越小，切面越薄。

其數學關係式為： $\text{切面厚度 } (\Delta z) = \frac{\text{發射頻寬 } (\Delta \omega)}{\text{旋磁比 } (\gamma) \times \text{梯度磁場強度 } (G_z)}$ 因此，在不改變梯度磁場強度的前提下，縮減發射頻寬可以得到較薄的切面。

選項分析

• (A) 減少取像時間：錯誤。取像時間主要取決於重複時間（TR）、相位編碼階數（Phase encoding steps）與訊號平均次數（NEX）。此外，根據傅立葉轉換原理（頻寬與時間成反比，$\Delta \omega \propto 1/\Delta t$），縮減發射頻寬會導致射頻脈衝的持續時間（Duration）變長。這反而可能增加最短的 TE 與 TR 時間，不會減少取像時間。
• (B) 提高射頻脈衝的頻率：錯誤。射頻脈衝的「中心頻率（Center frequency）」決定的是切面的位置（Slice position）（即距離等中心點 isocenter 的遠近）。縮減發射的頻寬範圍，並不會改變或提高其中心頻率。
• (C) 得到較薄的切面厚度：正確。由公式可知，發射頻寬與切面厚度成正比。當縮減發射頻寬時，所涵蓋的共振頻率範圍變小，對應到梯度磁場中的空間範圍也隨之變小，從而得到較薄的切面厚度。
• (D) 取得較多的切面數量：錯誤。在一個 TR 週期內能取得的最多切面數量，公式約為 $\text{Max Slices} = \frac{\text{TR}}{\text{單一切面所需的激發與接收時間}}$。因為縮減發射頻寬會拉長射頻脈衝的作用時間，導致單一切面所需的時間變長，這反而會減少同一個 TR 內可取得的切面數量。

答案解析

綜合上述分析，MRI 的切面厚度由「發射頻寬」及「切面選擇梯度磁場」共同決定。當我們選擇縮減發射頻寬（Narrow transmit bandwidth）時，RF 脈衝只會激發梯度磁場中較窄的頻率範圍，因此物理上被激發的組織厚度就會變薄。故選 (C)。

核心知識點

醫事放射師考生應熟記以下 MRI 切面選擇（Slice Selection）之核心原理：

1. 切面厚度決定因素：
   • $\Delta z = \frac{\Delta \omega}{\gamma \cdot G_z}$
   • 切面變薄的條件：使用較窄的發射頻寬（Narrow tBW）或 較陡/較強的梯度磁場（Steep slice-select gradient）。
   • 切面變厚的條件：使用較寬的發射頻寬（Broad tBW）或 較平緩/較弱的梯度磁場（Shallow slice-select gradient）。
2. 射頻脈衝的傅立葉關係：頻寬與脈衝持續時間成反比。要得到窄頻寬，必須給予作用時間較長（Long duration）的 RF 脈衝。
3. 切面位置決定因素：由射頻脈衝的**中心頻率（Transmit RF center frequency）**決定。改變中心頻率即可選擇同一軸向上的不同切面位置。
4. 發射頻寬（Transmit BW） vs. 接收頻寬（Receive BW）：
   • 發射頻寬（tBW）：影響切面厚度、RF 脈衝時間。
   • 接收頻寬（rBW）：影響訊號雜訊比（SNR）、化學位移假影（Chemical shift artifact）及最短回音時間（Minimum TE）。

參考資料

1. MRI Design: Gradient Functions and Slice Selection. (檢索自 Google Search: "transmit bandwidth slice thickness MRI")
2. Bandwidth - MR-TIP: Database - MRI Technology.
3. Slice Selection - MR-TIP: Database.