放射 - 主磁場、磁鐵類型與勻場考古題解析 - 民國115年

本題測驗的是磁振造影（MRI）硬體設計中關於「勻場（Shimming）」與「屏蔽（Shielding）」的基本物理概念與專有名詞。在 MRI 的磁體系統設計中，磁場調控主要分為兩個方向：

勻場（Shimming）：目的是提升掃描腔內主磁場（ $B_0$ ）的均勻度，以確保影像品質、減少假影，並使特定造影技術（如頻譜分析、脂肪抑制）能順利執行。
屏蔽（Shielding）：目的是減少機體向外延伸的雜散磁場（Fringe field），以避免干擾外部電子儀器（如心律調節器）及保護周遭人員與設備的安全。

A. 以主動（active）方式減少主磁場的不均勻性
- 正確。勻場線圈（shim coils）是一種電磁線圈，技術上包含超導勻場線圈與常溫電阻式勻場線圈。透過精確計算並輸入不同大小的電流，這些線圈會產生額外的補償磁場，藉此抵銷主磁場（ $B_0$ ）在空間中的不均勻與誤差。由於需要通入電流以產生磁場，這屬於主動勻場（Active shimming）。
B. 以被動（passive）方式減少主磁場的不均勻性
- 錯誤。以被動方式減少主磁場不均勻性的技術稱為被動勻場（Passive shimming）。此方法是在主磁體內部的特定位置（通常在 bore 內側的托盤上）精確安插鐵片或鐵磁性金屬塊來微調磁場，過程中「不使用」線圈，也不需要通電。
C. 以主動（active）方式減少雜散磁場（fringe field）
- 錯誤。以主動方式減少雜散磁場的技術稱為主動屏蔽（Active shielding）。這種技術使用的是安裝於主磁體外部、電流方向與主磁體相反的屏蔽線圈（Shielding coils 或 Bucking coils），而非勻場線圈。
D. 以被動（passive）方式減少雜散磁場（fringe field）
- 錯誤。被動屏蔽（Passive shielding）是將 MRI 檢查室的牆壁、地板與天花板鑲嵌厚重的鐵板或低碳鋼板，利用金屬的高導磁性將磁力線限制在檢查室內。此方法同樣不涉及線圈的使用。

判斷本題的兩個關鍵詞為「勻場（Shim）」與「線圈（coils）」：

「勻場（Shim）」的定義就是用來修正主磁場的不均勻性。如果要處理雜散磁場，使用的術語會是「屏蔽（Shielding）」。
「線圈（coils）」意指有電流通過以產生電磁場，這在物理設計上屬於**主動（Active）**控制；相對地，若使用靜態金屬物質（如鐵片、鋼板）來改變磁力線分布，則屬於被動（Passive）控制。綜合以上兩點，勻場線圈（Shim coils）的作用就是「以主動方式減少主磁場的不均勻性」。因此，最符合的選項為 (A)。

考生在準備 MRI 儀器學時，務必釐清以下兩組功能與硬體的對應關係：

主磁場均勻度調控（Shimming）：
- 主動勻場（Active Shimming）：硬體為勻場線圈（Shim coils），透過改變電流動態修正磁場。
- 被動勻場（Passive Shimming）：硬體為鐵磁性物質（如小鐵片、鋼片），於裝機時固定放置以修正靜態磁場。
雜散磁場調控（Shielding）：
- 主動屏蔽（Active Shielding）：硬體為屏蔽線圈（Shielding coils / Bucking coils），利用反向電流抵銷外部磁場，現代多數臨床 MRI 皆配備此設計。
- 被動屏蔽（Passive Shielding）：硬體為檢查室牆面的厚重鐵板/鋼板，將磁力線封閉於室內空間中。

關於勻場線圈（ shim coils ）的敘述，下列何者正確？