在關掉90°脈衝以後，下列敘述何者錯誤？

本題觀念：

本題測驗的是磁振造影（MRI）中的基礎物理學，特別是當 90° 射頻脈衝（RF pulse）激發結束後，組織內質子自旋（spins）的弛豫反應（relaxation）以及訊號的衰減與接收原理。

選項分析

• A. 自旋彼此間會開始散失相位（dephasing）：正確。當 90° 脈衝關閉後，原本在 xy 平面（橫向平面）上呈現同相位（in-phase）的自旋，會因為質子間的「自旋-自旋交互作用（spin-spin interactions）」以及主磁場的局部不均勻性（B0 inhomogeneities），立刻開始發生相位散失（dephasing），導致橫向磁化量逐漸減少。
• B. 自旋將保留 90° 脈衝帶入的能量，並到達平衡狀態（equilibrium status）：錯誤。當 90° 脈衝將能量傳遞給質子後，質子會從低能態躍遷至高能態。在 RF 脈衝關閉並試圖回到熱平衡狀態（thermal equilibrium）的過程中，質子必須將吸收的能量**釋放（release）**給周圍的環境（即晶格，lattice）。這個能量釋放的過程稱為「自旋-晶格弛豫（spin-lattice relaxation）」，即 T1 弛豫。因此，自旋不會「保留」能量，而是透過釋放能量來回到平衡狀態。
• C. 延著 z 軸回復的磁量將無法於 RF 線圈上產生訊號：正確。根據法拉第電磁感應定律，MRI 的接收線圈（RF coil）主要設計用來感測與主磁場（z 軸）垂直的 xy 平面（橫向平面）上磁化向量旋轉所誘發的電流。沿著 z 軸（縱向）逐漸恢復的磁化量並不會在橫向線圈上產生切割磁力線的作用，因此無法直接產生可見的電訊號。
• D. 自由感應衰減（FID）訊號的衰減速率可以 T2 描述*：正確。90° 脈衝剛關閉時，橫向磁化量會產生一個隨時間呈指數衰減的振盪訊號，稱為自由感應衰減（Free Induction Decay, FID）。FID 訊號的衰減同時受到組織內部的 T2 弛豫效應，以及主磁場不均勻性（magnetic field inhomogeneities）的雙重影響，因此其衰減速率是以 T2* （T2 star）來描述，且 T2* 的衰減速度總是比純粹的 T2 更快。

答案解析

綜合以上分析，選項 B 中提到自旋會「保留」能量是錯誤的物理觀念。實際上，自旋必須將 90° 脈衝所給予的射頻能量釋放給周圍晶格（T1 弛豫效應），才能逐漸回復到沿著 z 軸的熱平衡狀態。其餘選項皆正確描述了激發後發生的去相位、訊號接收限制與 FID 的衰減機制，故本題應選 (B)。

核心知識點

考生在準備這類考題時，應熟記以下 MRI 基礎物理原理：

1. T1 弛豫（Spin-Lattice Relaxation）：縱向磁化量（Mz）的回復，牽涉到質子將能量釋放給周圍環境（lattice），藉此回到熱平衡態。
2. T2 弛豫（Spin-Spin Relaxation）：橫向磁化量（Mxy）的衰減，起因於自旋彼此之間的能量交換造成相位散失（dephasing）。
3. T2 效應與 FID*：自由感應衰減（FID）是在 90° 脈衝後立刻收到的訊號，其衰減速率取決於 T2*，這包含了組織本身的 T2 效應以及主磁場不均勻（B0 inhomogeneity）所造成的快速去相位。
4. 訊號接收原理：MRI 接收線圈只能偵測到在 **xy 平面（橫向）**上發生改變的磁化量，無法直接量測 z 軸（縱向）的磁化量變化。

參考資料

1. Magnetic Resonance Imaging | Radiology Key (https://radiologykey.com/magnetic-resonance-imaging-4/)
2. MRI Physics Overview (https://faculty.washington.edu/freer/rad216/216%20Notes/MRI%20Physics.pdf)
3. MRI Physics: MRI Pulse Sequences - XRayPhysics (https://xrayphysics.com/mriseq.html)
4. NMR signal and MRI contrast - IMAIOS (https://www.imaios.com/en/e-mri/nmr-signal-and-mri-contrast)