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115年:放射器材(1)

磁振造影之主動式磁屏蔽（ active shielding ）所用的材料為下列何者？

A超導體
B鐵
C銅
D鉛

詳細解析

本題觀念：

本題考查磁振造影（MRI）系統中不同屏蔽（Shielding）技術的原理與所使用的材料。MRI 檢查室需要針對不同的干擾源進行屏蔽，主要分為「磁場屏蔽（Magnetic shielding）」與「射頻屏蔽（RF shielding）」。其中，磁場屏蔽是為了限制邊緣磁場（fringe field）向外擴散，避免干擾周遭電子設備（如心律調節器）或吸引鐵磁性物體；其又可細分為「被動式磁屏蔽（Passive shielding）」與「主動式磁屏蔽（Active shielding）」。

選項分析

  • (A) 超導體 (Superconductor)：正確。主動式磁屏蔽（Active shielding）的設計是在主磁體（Main magnet）的外圍，安裝另一組纏繞方向與主線圈相反的「超導體」線圈。當通入反向電流時，會產生與主磁場方向相反的磁場，藉此抵銷並大幅縮小掃描儀外部的邊緣磁場範圍（例如將 5 Gauss 安全線限制在檢查室內）。因為需要產生足夠強的抵銷磁場且配合主磁體的運作，這些屏蔽線圈同樣是使用超導體材料（如鈮鈦合金 NbTi）製成，並浸泡在液態氦中。
  • (B) 鐵 (Iron)：錯誤。鐵是具有高磁導率的鐵磁性金屬，主要用於「被動式磁屏蔽（Passive shielding）」。被動屏蔽是藉由在磁體外殼或檢查室牆壁安裝數十噸重的鐵板或矽鋼片，將漏磁的磁力線侷限在這些高磁導率的金屬內部。但由於重量過重且占用龐大空間，現代 MRI 多以主動式屏蔽為主流。
  • (C) 銅 (Copper)：錯誤。銅是優良的導電體，在 MRI 中主要用於「射頻屏蔽（RF shielding）」。其原理是打造一個法拉第籠（Faraday cage），將整個 MRI 檢查室用銅箔或銅網包覆，防止外界的廣播或無線電波等射頻訊號進入干擾影像，同時也防止 MRI 系統發出的射頻脈衝外洩。
  • (D) 鉛 (Lead)：錯誤。鉛具有高原子序與高密度，是阻擋游離輻射（如 X-ray、Gamma ray）的優良材料，常用於一般 X 光室或電腦斷層（CT）室的輻射防護。MRI 屬於非游離輻射設備，不會產生 X 射線，因此不需要使用鉛作為屏蔽材料。

答案解析

現代高磁場 MRI 系統為了解決邊緣磁場（fringe field）擴散範圍過大的問題，廣泛採用「主動式磁屏蔽（active shielding）」設計。這項技術利用設置於主磁體外側的「反向超導線圈」，產生與主磁場相反的磁場來局部抵銷周邊環境的磁場強度。因為這些線圈直接與主磁場整合在同一個低溫恆溫器（cryostat）中，且需要承受極大的電流，該線圈的材質同樣為超導體。因此，正確答案為 (A)。

核心知識點

醫事放射師在準備國考時，必須熟記 MRI 檢查室中三大屏蔽系統的目的與對應材料：

  1. 主動式磁屏蔽 (Active magnetic shielding)：
    • 目的：限制邊緣磁場（fringe field），縮小 5 Gauss 線的範圍，降低場地建置難度。
    • 原理/材料：使用與主磁體極性相反的超導體線圈 (Superconducting coils)。
  2. 被動式磁屏蔽 (Passive magnetic shielding)：
    • 目的：限制邊緣磁場（多用於早期機型或超高磁場環境等特殊需求）。
    • 原理/材料：使用高磁導率材料，如鐵 (Iron)、矽鋼 (Silicon steel)、Mu-metal，引導並侷限磁力線。
  3. 射頻屏蔽 (RF shielding / Faraday cage)：
    • 目的：隔絕外界射頻干擾，確保影像訊雜比（SNR）品質。
    • 原理/材料：利用良導體建立法拉第籠，最常用的材料為**銅 (Copper)**或鋁。
  4. (比較) 游離輻射防護：使用鉛 (Lead)，適用於 X 光機、CT 掃描儀，不適用於 MRI。

參考資料

  1. What Is Active Shielding in MRI? - Gaven Industries (https://gaven.com/what-is-active-shielding-in-mri/)
  2. Sprawls Educational Foundation. Magnetic Resonance Imaging System Components. (https://www.sprawls.org/mripmt/MRI02/index.html)
  3. Rinck PA. Magnetic Resonance in Medicine: The Basic Textbook of the European Magnetic Resonance Forum. 12th edition; BoD, 2018. Shielding. (https://www.magnetic-resonance.org/ch/03-04.html)
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