114年:放射器材(2)

關於磁振造影中切面的厚度,若固定其它參數,下列敘述何者正確?

A梯度磁場越小,切面則越薄
B射頻頻寬越大,切面則越薄
C射頻頻寬越小,切面則越薄
D切面厚度與射頻頻寬無關

詳細解析

本題觀念:

在磁振造影(MRI)中,切面選擇(Slice Selection) 是透過同時開啟「切面選擇梯度磁場(Slice-select gradient, GzG_z)」與發射特定頻率範圍的「射頻脈衝(RF pulse)」來完成的。

決定切面厚度(Slice Thickness, Δz\Delta z)的核心數學公式為: Δz=Δfγ×Gz\Delta z = \frac{\Delta f}{\gamma \times G_z}

  • Δz\Delta z:切面厚度
  • Δf\Delta f:射頻脈衝頻寬(Transmit Bandwidth)
  • γ\gamma:旋磁比(Gyromagnetic ratio,為常數)
  • GzG_z:梯度磁場強度(Gradient Amplitude / Steepness)

由公式可知,切面厚度與射頻頻寬成「正比」,與梯度磁場強度成「反比」

選項分析

  • (A) 梯度磁場越小,切面則越薄 錯誤。根據公式,切面厚度與梯度磁場強度成反比。若要獲得較薄的切面,必須「增加」梯度磁場的強度(使梯度變陡峭)。梯度磁場越小,切面反而會越厚。
  • (B) 射頻頻寬越大,切面則越薄 錯誤。切面厚度與射頻激發頻寬(Transmit Bandwidth)成正比。射頻頻寬越大,代表涵蓋的共振頻率範圍越廣,被激發的組織範圍越寬,切面就會越厚。
  • (C) 射頻頻寬越小,切面則越薄 正確。當固定梯度磁場強度等其他參數時,減小射頻脈衝的頻寬(Δf\Delta f 變小),意味著只有更窄頻率範圍內的質子會被激發,因此切面就會變得越薄。
  • (D) 切面厚度與射頻頻寬無關 錯誤。切面厚度正是由「射頻頻寬」與「梯度磁場強度」這兩個主要參數共同決定的。

答案解析

在進行 MRI 掃描時,梯度磁場會讓身體沿著梯度方向上的質子擁有不同的進動頻率(Larmor frequency)。此時,機器會打入一個包含特定頻率範圍的射頻脈衝(即發射頻寬 Transmit Bandwidth)。只有進動頻率剛好落在這個頻寬範圍內的質子,才會產生共振並被激發,這就是切面選擇的原理。

若我們要切出「薄切面(Thin slice)」,在參數調整上有兩種基本方法:

  1. 增強梯度磁場(Steep gradient):讓空間中頻率改變的斜率變大。
  2. 減少射頻頻寬(Narrow bandwidth):縮窄激發的頻率範圍。

題目假設固定其他參數(即固定梯度磁場強度),此時改變切面厚度的唯一變數就是射頻頻寬。射頻頻寬越小,被激發的空間範圍越窄,切面自然就越薄。因此正確答案為 (C)。

核心知識點

醫事放射師國考中,關於 MRI 切面選擇的物理觀念是必考重點,請務必熟記以下相對關係:

  1. 薄切面(Thin Slice)的條件
    • **強(陡峭)**的梯度磁場(Strong / Steep gradient)
    • **窄(小)**的射頻發射頻寬(Narrow / Small transmit bandwidth)
  2. 厚切面(Thick Slice)的條件
    • **弱(平緩)**的梯度磁場(Weak / Shallow gradient)
    • **寬(大)**的射頻發射頻寬(Broad / Large transmit bandwidth)
  3. 發射頻寬(Transmit BW) vs. 接收頻寬(Receiver BW)
    • 發射頻寬(Transmit BW):決定切面厚度(Slice thickness)。
    • 接收頻寬(Receiver BW):與切面厚度無直接關聯,主要影響訊噪比(SNR)、化學位移假影(Chemical shift artifact)及最小取樣時間(Sampling time)。

臨床重要性

在臨床實務上,為了追求更高的空間解析度(Spatial resolution)以觀察微小病灶,放射師經常需要設定較薄的切面。然而,當切面變薄時,體素(Voxel)體積縮小,包含的質子數量減少,會導致訊噪比(SNR)下降。 此外,硬體的梯度線圈強度有其物理極限。當需要極薄的切面但梯度磁場已經開到最大值時,就只能強迫機器降低射頻頻寬。但較窄的射頻頻寬通常需要較長的射頻激發時間(RF pulse duration),這會連帶增加最短回訊時間(Minimum TE),進而限制某些需要極短 TE 的脈衝序列(如 T1WI 或 PDWI)的參數設定。這是在臨床設定參數時必須權衡(Trade-off)的重要考量。

參考資料

  1. Theoretical Lecture: Slice thickness and receiver Bandwidth, Inter slice gap, and Number of excitation (NEX)
  2. Slice-selective excitation - Questions and Answers in MRI
  3. Slice-direction geometric distortion evaluation and correction with reversed slice-select gradient acquisitions - PMC