114年:放射器材(2)
關於 Maxwell gradient-coil pair 的敘述，下列何者最不適當？
A該線圈常用於產生 Z 軸方向的梯度磁場
B在 MRI 中兩個線圈的中心連線，會垂直於Y 軸
CMRI 掃描時可使用該線圈來產生相位編碼磁場
D該線圈產生的磁場方向與 Golay coil 產生的方向垂直
詳細解析
本題觀念：
本題考查 MRI 系統中硬體架構的「梯度線圈（Gradient coils）」設計原理與空間編碼概念。在超導體 MRI 圓筒型設計中，不同軸向的梯度磁場是由不同形狀的線圈所產生，分別為產生 Z 軸梯度的 Maxwell coil（馬克士威線圈）以及產生 X 軸與 Y 軸梯度的 Golay coil（戈雷線圈/鞍型線圈）。
選項分析
- A選項（正確）：Maxwell coil pair 通常由一對互相平行且通以反向電流的圓形線圈所組成。其主要作用為在 MRI 系統中產生沿著 Z 軸方向線性變化的梯度磁場（即 Z-gradient, ）。
- B選項（正確）：Maxwell coil 的兩個線圈分別設置於圓筒磁體 Z 軸的正、負兩端，因此這兩個線圈的中心連線正好就是 Z 軸。在三維卡氏座標系中，Z 軸與 Y 軸、X 軸皆互相垂直，故其中心連線會垂直於 Y 軸。
- C選項（正確）：在 MRI 掃描中，X、Y、Z 三個物理梯度線圈的功能是靈活可變的。系統會根據操作者設定的切面方向（如軸狀面 Axial、冠狀面 Coronal 或矢狀面 Sagittal），動態指派這三個梯度線圈去執行切面選擇（Slice selection）、相位編碼（Phase encoding）或頻率編碼（Frequency encoding）。例如，在掃描冠狀面或矢狀面時，Z 軸梯度線圈（Maxwell coil）就可以被用來作為相位編碼之用。
- D選項（不適當，為本題正確解答）：在 MRI 中，無論是 Maxwell coil 還是 Golay coil，其作用都是要在主磁場（，方向為 Z 軸）上疊加一個微小的磁場，藉此改變局部組織的共振頻率。為了能與主磁場有效疊加，所有梯度線圈產生的「磁場方向（Magnetic field vector）」都必須平行於 Z 軸。這兩者的差別在於「磁場強度的空間變化（梯度）方向」不同（Maxwell coil 是沿 Z 軸變化，Golay coil 是沿 X 或 Y 軸變化），但它們產生的有效磁場向量本身是互相平行的，而非垂直。
答案解析
選項 D 是最不適當的敘述。許多學生常混淆「梯度的方向」與「磁場的方向」：
- 梯度的方向：Z 軸梯度（Maxwell coil）與 X/Y 軸梯度（Golay coil）的「空間變化方向（斜率）」確實互相垂直。
- 磁場的方向：為了進行空間編碼，梯度磁場必須直接與主磁場 疊加相加減，因此這三組線圈所產生用以編碼的有效磁場分量，皆指向 Z 軸方向（即 ）。 既然 Maxwell coil 產生的磁場方向是 Z 軸，Golay coil 產生的編碼磁場方向也是 Z 軸，兩者方向皆為「平行」，故敘述為「垂直」是完全錯誤的。
核心知識點
備考醫事放射師的同學應熟記以下 MRI 梯度硬體與物理原理：
- 梯度線圈的種類與匹配：
- Z 軸梯度線圈：使用 Maxwell coil（一對反向電流的圓環線圈）。
- X 軸與 Y 軸梯度線圈：使用 Golay coil / Saddle coil（鞍型線圈，以多組弧線與直線組成）。
- 梯度磁場的物理方向：無論是 或 ，它們產生的有效編碼磁場方向永遠平行於主磁場（，即 Z 軸），變化的只是磁場大小在三維空間中分佈的斜率（梯度）。
- 邏輯梯度與物理梯度：切面選擇（SS）、相位編碼（PE）與頻率編碼（FE）是「邏輯梯度」，可對應至任意方向的「物理梯度（X, Y, Z）」，具體取決於欲掃描之幾何切面位置。