關於射頻脈衝（RF pulse）的敘述，下列何者錯誤？

本題觀念：

本題測驗磁振造影（MRI）的基本物理原理，探討射頻脈衝（Radiofrequency pulse, RF pulse）在激發前後對質子（氫原子核）自旋系統的影響，包含淨磁化量（Net Magnetization）的變化、磁共振的條件以及弛豫（Relaxation）機轉。

選項分析

• (A) 給予射頻脈衝前，由於各個單獨的自旋皆具備橫向磁分量，所以存在橫向磁量（Mxy）：敘述錯誤。在給予射頻脈衝之前，人體處於主磁場（$B_0$）中，達到熱平衡狀態。雖然在古典向量模型中，每個質子繞著主磁場旋進（precession）時確實帶有微觀的橫向磁分量，但因為各個質子的旋進相位是完全隨機的（out-of-phase），這些微觀的橫向磁分量在向量加總後會完全相互抵銷。因此，在沒有外加 RF 脈衝建立相位一致性之前，巨觀的「淨橫向磁化量（net transverse magnetization, Mxy）」為零。

• (B) 射頻脈衝的發射頻率需與質子旋進頻率（precessional frequency）相同：敘述正確。為了使質子系統能有效吸收能量並產生共振（Resonance），外加射頻脈衝的發射頻率必須精確等於質子在該主磁場下的旋進頻率（即拉莫頻率，Larmor frequency，$\omega = \gamma B_0$）。

• (C) 給予射頻脈衝時，外加的B1磁場會使多個自旋變成同相位（in-phase）：敘述正確。當施加與拉莫頻率相同的射頻脈衝（即 $B_1$ 磁場）時，除了提供能量使質子發生能階躍遷外，還會強迫原本相位隨機的質子群聚集，使其自旋達到「同相位（in-phase）」或稱建立相位一致性（phase coherence）。這是巨觀橫向磁化量（Mxy）得以產生並被接收線圈測量到的關鍵原因。

• (D) 射頻脈衝關掉後，部分與主磁場反向平行排列的質子會因為失去能量，而變成再度與主磁場同向平行排列：敘述正確。射頻脈衝關閉後，系統會進行弛豫（Relaxation）以回到熱平衡。在 T1 弛豫（自旋-晶格弛豫，Spin-lattice relaxation）過程中，處於較高能階（與主磁場反向平行，anti-parallel）的質子會將能量釋放給周圍環境（晶格，lattice），並回歸到較穩定的低能階（與主磁場同向平行，parallel），使縱向磁化量（Mz）逐漸恢復。

答案解析

本題要求選出錯誤的敘述。由於在未給予射頻脈衝前，質子自旋的相位呈隨機分布，微觀的橫向磁分量會相互抵銷，導致巨觀的淨橫向磁化量（Mxy）為零。選項 A 認為給予 RF 脈衝前即「存在橫向磁量（Mxy）」的因果推論與 MRI 物理事實不符，故為本題正確答案。

核心知識點

醫事放射師在準備此類 MRI 物理題型時，務必熟記以下核心觀念：

1. 淨磁化量（Net Magnetization, $M_0$）：理解熱平衡下，$M_z$ 最大而 $M_{xy}$ 為零的原因（因相位隨機而抵銷）。
2. 共振條件（Resonance）：拉莫方程式 $\omega = \gamma B_0$的應用與意義。
3. 射頻脈衝（RF Pulse / $B_1$ Field）的雙重效應：
   • 造成縱向磁化量翻轉（Flip angle），來自於低能階向高能階的躍遷。
   • 建立橫向同相位（Phase coherence），產生可偵測的 $M_{xy}$ 訊號。
4. 弛豫機制（Relaxation Processes）：
   • T1 回復（T1 Recovery / Spin-lattice relaxation）：能量釋放至環境，高能階質子回到低能階，$M_z$ 逐漸恢復的過程。
   • T2 衰減（T2 Decay / Spin-spin relaxation）：自旋之間的能量交換，導致同相位散失（dephasing），$M_{xy}$ 逐漸衰減的過程。

臨床重要性

了解射頻脈衝與質子自旋的交互作用，是掌握所有磁振造影脈衝序列（Pulse Sequences）設計的基礎。精準控制 RF 脈衝的頻率、頻寬與翻轉角（Flip angle），並配合適當的重複時間（TR）與回訊時間（TE），是臨床上得以突顯不同組織特性，進而產生 T1-weighted、T2-weighted 或 PD-weighted 等高品質醫療診斷影像的核心技術。

參考資料

1. 114年專技高考職能治療師、醫事放射師考題 - 醫學物理學與輻射安全
2. 醫師二階國考模考與討論twmle step 2
3. 阿摩線上測驗 - 114年醫事放射師試題詳解