114年:放射器材(2)
為了讓表面線圈得到最好的訊雜比，其線圈軸向最好與主磁場成多少角度？
A0°
B45°
C90°
D180°
詳細解析
本題觀念：
本題測驗磁振造影（MRI）中射頻線圈（RF coil）的擺放幾何學與訊雜比（SNR）的最佳化條件。在 MRI 系統中，主磁場（）負責讓體內氫質子的自旋產生淨磁化向量，而射頻線圈則負責發射射頻脈衝（ 磁場）激發質子，以及接收質子弛豫時放出的共振訊號。要達到有效激發與最佳接收，射頻線圈產生的 磁場方向與主磁場 之間必須保持特定的物理幾何角度。
選項分析
探討表面線圈（surface coil）時，線圈的「軸向（coil axis）」定義為垂直於線圈平面的法向量方向，此方向也是該線圈產生及接收射頻磁場（）的主要感應方向。根據法拉第電磁感應定律，MRI 接收到的訊號來自於在橫向平面（XY 平面）上進動（precessing）的橫向磁化向量。此橫向磁化向量會產生振盪的磁場，該振盪磁場的方向完全垂直於主磁場 （Z 軸）。
- (A) 0°：若線圈軸向與主磁場夾 0°，代表 磁場方向與 磁場方向平行。此時，線圈無法感應到在橫向平面上旋轉的磁化向量，無法產生感應電動勢，理論上無法接收到訊號，訊雜比極差。
- (B) 45°：若線圈軸向與主磁場夾 45°，線圈僅能感應到橫向磁化向量投射在該軸向上的部分分量，因此雖然有訊號，但無法達到最佳訊雜比。
- (C) 90°：若線圈軸向與主磁場成 90°，代表 磁場方向完全平行於橫向平面。此時，在橫向平面進動的橫向磁化向量能最大程度地穿過線圈平面，產生最大的磁通量變化，從而感應出最強的共振訊號並獲得最佳的訊雜比（SNR）。
- (D) 180°：與 0° 情況相同，線圈軸向與 平行（僅方向相反），同樣無法有效感應橫向平面的磁通量變化，無法接收有效訊號。
答案解析
為使表面線圈發揮最佳的接收效率並獲取最高的訊雜比，線圈的靈敏度方向（即線圈軸向）必須完全垂直於主磁場方向。這使得線圈能完整捕捉到在橫向平面上進動所產生的交變磁場。因此，線圈軸向最好與主磁場成 90° 角度，故正確答案為 (C)。
核心知識點
- 射頻磁場 () 與主磁場 () 的垂直原則：無論是發射或接收，射頻線圈的 磁場方向必須與主磁場 互相垂直（正交，Orthogonal），這是 MRI 物理學的最基本原則。
- 表面線圈（Surface Coil）擺放：表面線圈的磁場方向沿著其中心軸向，在臨床操作時，其擺放與定位必須使其軸向與掃描儀的 方向（例如一般閉磁式超導機型的頭腳方向，Z 軸）呈 90°。
- 法拉第電磁感應定律（Faraday's Law of Induction）：MRI 的訊號接收機制仰賴橫向磁化向量的旋轉改變磁通量。只有將接收線圈的感應面朝向這些磁通量的變化方向（即感應軸向位於 XY 平面上），才能感應出最大的電流。
臨床重要性
在實際臨床擺位時，醫事放射師必須了解不同線圈的靈敏度分布及其與主磁場的相對關係。若線圈擺放角度不正確（例如在開放式、主磁場呈垂直方向的機型中，錯誤地將傳統表面線圈水平放置於患者身上，導致線圈軸向與垂直的主磁場平行），將會導致影像訊雜比極度低落甚至無訊號。掌握線圈軸向與主磁場角度的幾何關係是確保 MRI 影像品質與判讀準確性的核心基礎。
參考資料
- Design, simulation, and test of surface and volume radio frequency coils for 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy (AIP Publishing) (https://pubs.aip.org/aip/rsi/article/92/8/084705/1062402/Design-simulation-and-test-of-surface-and-volume)
- The Basics of MRI (http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/chap-9/chap-9.htm)
- Radiofrequency Coils for Low-Field (0.18–0.55 T) Magnetic Resonance Scanners: Experience from a Research Lab–Manufacturing Companies Cooperation (MDPI) (https://www.mdpi.com/2076-3417/12/24/12999)
- RF coil functions - Questions and Answers in MRI (https://mriquestions.com/rf-coil-functions.html)