115年:放射器材(1)

在MR影像切面選擇的過程中,如果 X軸跟Z軸的梯度同時開啟的話,會產生什麼樣的結果?

AMR影像會產生扭曲的假影
B系統會出現此組合無法掃描的警告
CMR影像會產生串擾假影( cross-talk artifact )
D可以產生斜位切面的MR影像

詳細解析

本題觀念:

磁振造影(MRI)在空間編碼(spatial encoding)的過程中,第一步是切面選擇(slice selection)。切面選擇是藉由在主磁場上外加一個線性變化的梯度磁場(gradient magnetic field),並同時發射特定頻率與頻寬的射頻脈衝(RF pulse)來達成。

在標準的正交(orthogonal)切面中:

  • Z軸梯度磁場(Z-gradient)負責橫斷面(Axial / Transverse slice)的選擇。
  • X軸梯度磁場(X-gradient)負責矢狀面(Sagittal slice)的選擇。
  • Y軸梯度磁場(Y-gradient)負責冠狀面(Coronal slice)的選擇。

然而,人體解剖構造並不總是完全平行或垂直於這三個基本正交平面。為了獲得符合特定解剖構造走向的影像(例如:與關節韌帶、心血管走向平行的切面),MRI系統必須能進行斜位切面(oblique slices)的掃描。

選項分析

(A) MR影像會產生扭曲的假影 錯誤。同時開啟多個方向的梯度磁場是MRI系統產生任意角度斜位切面的標準且正常的機制,在硬體與軟體設計上都會進行精密的向量計算(線性組合)來設定切面,並不會直接導致影像產生扭曲的假影(distortion artifacts)。影像扭曲通常來自於主磁場不均勻(B0 inhomogeneity)、梯度磁場非線性(gradient non-linearity)或金屬植入物引起的磁化率假影(susceptibility artifacts)。

(B) 系統會出現此組合無法掃描的警告 錯誤。當今所有的臨床與研究用MRI掃描儀,都具備利用向量合成(vector sum)原理同時驅動X、Y、Z軸梯度線圈的能力,這被廣泛應用在日常的常規掃描排程中。系統並不會因同時開啟多個梯度線圈而跳出無法掃描的警告。

(C) MR影像會產生串擾假影( cross-talk artifact ) 錯誤。串擾假影(cross-talk artifact,或稱 cross-excitation artifact)是由於相鄰切面的射頻激發輪廓(RF excitation profile)並非完美的矩形,導致相鄰切面邊緣的激發範圍發生重疊,使得相鄰切面的質子提早被激發而未完全回復,最終造成影像訊號強度減弱。避免此假影的標準作法是增加切面間隙(slice gap)或使用交錯掃描(interleaved acquisition),這與「同時開啟不同軸向的梯度磁場」的機制無關。

(D) 可以產生斜位切面的MR影像 正確。當兩個或三個梯度磁場同時開啟時,系統會產生一個合成的梯度磁場向量(例如本題中 X軸與 Z軸同時開啟,會產生一個位於 X-Z 平面上的合成梯度)。系統再配合此合成梯度的方向施加對應頻率的RF pulse,即可選擇出垂直於該合成梯度向量的切面,也就是斜位切面(Oblique slice)。

答案解析

正確答案為 (D)。 在MRI的切面選擇原理中,正交切面(Axial, Coronal, Sagittal)是透過單獨開啟Z、Y或X軸的梯度線圈來達成。若要掃描非正交的斜位切面(Oblique slice),則是透過線性組合(linear combination)的方式,同時開啟兩個軸向的梯度磁場(如 X與Z同時開啟,會得到介於矢狀面與橫斷面之間的斜位切面)。若同時開啟三個軸向(X、Y、Z)的梯度磁場,則可以產生雙斜位切面(Double-oblique slice)。這種透過向量合成來激發任意角度切面的物理特性,是現代MRI應付複雜解剖結構非常重要的基本功能。

核心知識點

醫事放射師國考針對 MRI 空間編碼的常見重點:

  1. 梯度磁場與切面選擇 (Slice Selection Gradients):
    • 單一 Z軸梯度 \rightarrow 橫斷面 (Axial slice)
    • 單一 X軸梯度 \rightarrow 矢狀面 (Sagittal slice)
    • 單一 Y軸梯度 \rightarrow 冠狀面 (Coronal slice)
  2. 斜位切面激發原理 (Oblique Slice Selection):
    • 單斜位 (Oblique): 同時開啟 2 個正交方向的梯度線圈(例:X+Z, Y+Z, X+Y)。
    • 雙斜位 (Double-oblique): 同時開啟 3 個正交方向的梯度線圈(X+Y+Z)。
  3. MRI常見假影成因與改善:
    • 串擾假影 (Cross-talk): 射頻激發輪廓重疊,解法為加入 slice gap 或採用交錯切面激發 (Interleaving)。
    • 幾何扭曲假影 (Geometric distortion): 來自於主磁場不均勻或梯度場邊緣非線性,解法包含進行勻場 (Shimming) 或使用 3D 扭曲校正演算法。

參考資料

  1. Gradient coils - Questions and Answers in MRI
  2. Slice Select Gradient - MR-TIP: Database - MRI Technology