下列何者為主磁場（B₀）的作用？

本題觀念：

本題測驗磁振造影（MRI）系統中，三種主要磁場（主磁場 $B_0$、射頻磁場 $B_1$、梯度磁場 Gradient magnetic fields）各自的物理作用與功能。在磁振造影的成像過程中，必須依賴這三種磁場相互配合才能產生影像，而了解它們各自負責的物理現象是醫事放射師必須具備的基礎物理知識。

選項分析

• A. 將氫質子排列於不同能量的能階：正確。當人體（充滿氫質子）進入強大的靜態主磁場（$B_0$）時，氫原子核的磁偶極（magnetic dipole）會因為與主磁場的交互作用，產生量子力學上的「塞曼分裂（Zeeman splitting）」。質子會被迫排列成與主磁場平行（Spin-up，低能階）或反平行（Spin-down，高能階）兩種狀態。因此，主磁場的作用就是使原本雜亂無章的質子磁矩在特定軸向上排列，並產生不同能量的能階差異與淨磁化向量（Net magnetization）。
• B. 將低能階磁矩提升到高能階：錯誤。這是**射頻脈衝（RF pulse，即 $B_1$ 磁場）**的作用。當系統發射與質子拉莫頻率（Larmor frequency）相同的射頻脈衝時，處於低能階的氫質子會吸收能量（產生共振），躍遷至高能階，這個過程稱為「激發（Excitation）」。
• C. 將磁矩倒至 xy平面：錯誤。這同樣是**射頻脈衝（$B_1$ 磁場）**的作用。在巨觀下，給予特定能量的射頻脈衝（例如 $90^\circ$ RF pulse）可以將原本平行於 $z$ 軸（主磁場方向）的縱向淨磁化向量，翻轉（flip）至橫向的 $xy$ 平面上，以利後續接收線圈讀取訊號。
• D. 進行空間編碼：錯誤。這是**梯度磁場（Gradient magnetic fields，包含 $G_x, G_y, G_z$）**的作用。梯度線圈會在主磁場疊加上一個隨空間線性變化的磁場，使不同位置的氫質子具有不同的進動頻率或相位，藉此進行切面選擇（Slice selection）、相位編碼（Phase encoding）與頻率編碼（Frequency encoding），進而達到空間定位的目的。

答案解析

在磁振造影的基本物理原理中，$B_0$（主磁場）的根本任務在於建立一個強且均勻的靜態磁場環境，使人體內氫質子的微觀磁矩產生能階分裂，並排列出巨觀的淨磁化向量，這是一切 MRI 訊號的來源。選項 B、C 描述的激發與翻轉行為是由射頻系統（$B_1$）負責；選項 D 的空間定位則是由梯度磁場系統負責。因此，唯一描述主磁場功能的選項為 A。

核心知識點

醫事放射師在準備 MRI 物理考題時，務必熟記 MRI 儀器三大核心磁場的對應功能與物理意義：

1. 主磁場（$B_0$, Static Magnetic Field）：負責使氫質子磁偶極排列（Alignment）、產生低能階與高能階（Zeeman splitting），決定進動頻率（拉莫方程式 $\omega = \gamma B_0$）與淨磁化向量（Net magnetization）的大小。
2. 射頻磁場（$B_1$, Radiofrequency Field）：負責能量傳遞、產生核磁共振（Resonance）、使低能階質子躍遷至高能階、並將縱向磁化向量翻轉至橫向平面（Flip angle）。
3. 梯度磁場（Gradient Magnetic Fields）：負責空間編碼（Spatial encoding），包含切面選擇梯度（SSG）、相位編碼梯度（PEG）及頻率編碼梯度（FEG）。

參考資料

1. 磁振影像學：陽明醫放盧家鋒課程教材 (https://www.ym.edu.tw/~cflu/CFLu_course_mri.html)
2. 磁振造影 - 維基百科 (https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%A3%81%E5%85%B1%E6%8C%AF%E6%88%90%E5%83%8F)