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115年:醫物幅安(1)

關於磁振造影成像的敘述，下列何者最不適當？

A磁振造影取訊號過程中，藉由梯度線圈將訊號進行空間編碼，以填入k-space的過程，是濾波反投影的應用
B磁振造影成像時，將 k-space內的訊號轉換成影像，是反傅立葉轉換的應用
Ck-space內所填之訊號，可視為磁振影像的空間頻率資訊
Dk-space具有共軛對稱（ Hermitian symmetry ）之性質

詳細解析

本題觀念：

本題測驗磁振造影（MRI）中 k-space（k空間） 的基本特性、空間編碼（spatial encoding）原理，以及影像重建所使用的數學轉換模型。理解 k-space 與實際影像之間的對應關係與數學物理基礎，是醫事放射師必備的核心專業知識。

選項分析

  • (A) 磁振造影取訊號過程中，藉由梯度線圈將訊號進行空間編碼，以填入k-space的過程，是濾波反投影的應用 錯誤（最不適當）。 在 MRI 取訊號的過程中，利用梯度磁場（gradient coils）進行相位編碼（phase encoding）與頻率編碼（frequency encoding），是將空間位置資訊轉換為頻率與相位資訊並直接填入 k-space 中。這個過程屬於傅立葉編碼（Fourier encoding）。而「濾波反投影（filtered back projection, FBP）」主要是應用於電腦斷層掃描（CT）、正子造影（PET）或單光子發射電腦斷層造影（SPECT）中，用來將投影資料（sinogram）重建為影像的數學演算法。標準的卡式座標（Cartesian）MRI 取像並不使用濾波反投影。

  • (B) 磁振造影成像時，將 k-space內的訊號轉換成影像，是反傅立葉轉換的應用 正確。 k-space 中儲存的是空間頻率域（spatial frequency domain）的原始數據。將這些頻率資料轉換回我們肉眼可見的空間域（spatial domain）解剖影像，必須透過數學上的反傅立葉轉換（inverse Fourier transform, IFFT） 來完成。

  • (C) k-space內所填之訊號，可視為磁振影像的空間頻率資訊 正確。 k-space 的座標軸（kx,kyk_x, k_y）即代表空間頻率。k-space 的中心區域包含低空間頻率資訊，主導了影像的對比度與整體訊號強度；而外圍區域則包含高空間頻率資訊，決定了影像的邊緣解析度與細節。

  • (D) k-space具有共軛對稱（Hermitian symmetry）之性質 正確。 由於 MRI 掃描的對象（人體組織的有效質子密度與巨觀磁化向量）在數學上可視為實數函數（real-valued function），根據傅立葉轉換的數學特性，其實數函數的頻譜會呈現共軛對稱（Hermitian symmetry / conjugate symmetry）。亦即 k-space 中 (kx,ky)(k_x, k_y) 位置的訊號，會是 (−kx,−ky)(-k_x, -k_y) 位置訊號的複數共軛（complex conjugate）。臨床上經常利用此對稱特性發展出部分傅立葉造影（partial Fourier / half-Fourier imaging）技術，藉由僅收集略多於一半的 k-space 數據來推算另一半，進而大幅縮短造影時間。

答案解析

綜合上述分析，選項 (A) 將 MRI 梯度線圈的空間編碼誤認為是「濾波反投影（FBP）」的應用，此敘述與 MRI 實際的傅立葉空間編碼原理完全不符。FBP 屬於 CT 與核醫造影的影像重建演算法。因此，選項 (A) 為最不適當的敘述，本題正確解答為 (A)。

核心知識點

針對國考，建議考生務必釐清並熟記以下不同造影儀器的原理與 k-space 特性：

  1. 影像重建數學演算法的差異：

    • MRI：利用空間編碼填寫頻域資料，影像重建使用 反傅立葉轉換 (Inverse Fourier Transform)。
    • CT / PET / SPECT：收集投影資料（Projection data / Sinogram），影像重建主要使用 濾波反投影 (Filtered Back Projection, FBP) 或 反覆式重建演算法 (Iterative Reconstruction, IR)。

  2. k-space 物理意義與分工：

    • 中心區域 (Center of k-space)：包含低空間頻率資訊，決定影像對比度 (Contrast) 與訊雜比 (SNR)。
    • 外圍區域 (Periphery of k-space)：包含高空間頻率資訊，決定影像的空間解析度 (Spatial resolution) 與邊緣細節。

  3. k-space 共軛對稱性 (Hermitian symmetry)：

    • 由於頻域對稱的特性，只需收集略大於 50% 的 k-space 數據即可計算出整張影像。
    • 臨床應用：部分傅立葉造影 (Partial Fourier / Half-Fourier imaging)。
    • 優點：可省略部分相位編碼步驟，有效減少總掃描時間 (Scan time) 或縮短回音時間 (TE)。

參考資料

  1. MRI Q&A - 什么是部分傅里叶成像？(Conjugate symmetry of k-space) (https://mriquestions.com/partial-fourier.html)
  2. 阿摩線上測驗 - 115 年第一次專門職業及技術人員高等考試醫事檢驗師、醫事放射師考試 (https://yamol.tw/item-40.%E9%97%8C%E6%96%BC%E7%A3%81%E6%8C%AF%E9%80%A0%E5%BD%B1%E6%88%90%E5%83%8F%E7%9A%84%E6%95%98%E8%BF%B0%EF%BC%8C%E4%B8%8B%E5%88%97%E4%BD%95%E8%80%85%E6%9C%80%E4%B8%8D%E9%81%A9%E7%95%B6%EF%BC%9F++%28A%29%E7%A3%81..-3870634.htm)
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