90度的RF脈衝經過幾次T1時間後，縱向磁化強度才能接近完全恢復？

本題觀念

本題探討的核心觀念為磁振造影（MRI）中的 T1 弛緩（T1 relaxation），又稱為自旋-晶格弛緩（spin-lattice relaxation）。當給予一個 90度的射頻（RF）脈衝後，組織的縱向磁化向量（longitudinal magnetization, $M_z$）會被完全翻轉到橫向平面。隨後，縱向磁化強度會隨著時間逐漸恢復至原本的熱平衡狀態（$M_0$），此恢復過程呈現指數型函數，而 T1 時間常數即是衡量此恢復速度的指標。

選項分析

縱向磁化強度的恢復公式為：$M_z(t) = M_0 \times (1 - e^{-t/T1})$。我們可以代入各選項的時間（t）來計算恢復的比例：

• (D) 1次T1時間：當 $t = 1 \times T1$，代入公式為 $1 - e^{-1} \approx 1 - 0.368 = 0.632$。經過 1 個 T1 時間，縱向磁化強度僅恢復約 63%，這是 T1 時間的定義，但距離「完全恢復」還差得很遠。故此選項錯誤。
• (C) 2次T1時間：當 $t = 2 \times T1$，代入公式為 $1 - e^{-2} \approx 1 - 0.135 = 0.865$。縱向磁化強度恢復約 86.5%，尚未完全恢復。故此選項錯誤。
• (B) 3次T1時間：當 $t = 3 \times T1$，代入公式為 $1 - e^{-3} \approx 1 - 0.050 = 0.950$。縱向磁化強度恢復約 95%，雖然已經很高，但在物理學上的定義仍有少許不足。故此選項錯誤。
• (A) 4次T1時間：當 $t = 4 \times T1$，代入公式為 $1 - e^{-4} \approx 1 - 0.018 = 0.982$。縱向磁化強度已經恢復約 98.2%。在 MRI 物理中，當恢復程度達到 98%～99%（約需要 4 到 5 個 T1 時間）時，臨床與學理上皆將其視為「幾乎完全恢復」（接近完全恢復）。故此選項正確。

答案解析

理論上，因為縱向磁化恢復是自然界的指數型遞減/遞增過程，要達到數學上的「100% 完全恢復」需要無限長的時間（$t = \infty$）。然而在 MRI 的實務與學理定義上，當縱向磁化強度恢復超過 98% 時，剩餘的未恢復量已小於機器的訊雜比（SNR）誤差範圍內，即可視為「完全恢復」。計算可知，$4 \times T1$ 時恢復率達 98.2%，$5 \times T1$ 時達 99.3%。在題目的選項中，4 次 T1 時間是縱向磁化強度最接近完全恢復的時間點，因此正確答案為 (A)。

核心知識點

針對醫事放射師國考，關於 MRI 的弛緩時間是必考重點，請務必熟記以下數值與觀念：

1. T1 弛緩（縱向恢復）：
   • 定義公式：$M_z = M_0 (1 - e^{-t/T1})$
   • 經過 1 個 T1 時間：恢復至原來的 63%。
   • 接近完全恢復：需經過 4～5 個 T1 時間（達 98%以上）。
2. T2 弛緩（橫向衰減）：
   • 定義公式：$M_{xy} = M_0 (e^{-t/T2})$
   • 經過 1 個 T2 時間：橫向磁化訊號衰減至原來的 37%（即衰減掉 63%）。
   • 接近完全衰減：同樣需經過 4～5 個 T2 時間。

臨床重要性

在臨床上設定 MRI 脈衝序列參數時，這項物理特性的應用非常關鍵。當我們希望取得純粹的**質子密度加權影像（PDWI）或T2加權影像（T2WI）**時，必須消除 T1 效應（T1 weighting）的干擾。因此，放射師必須將重複時間（Repetition Time, TR）設定得足夠長，通常會設定為大於組織 T1 時間的 4 倍以上（TR > 4~5 T1）。如此一來，所有組織的縱向磁化向量都能在下一次 90度 RF 脈衝激發前「完全恢復」，從而在影像上消除因 T1 恢復速度不同所造成的對比差異。

參考資料

1. MRI 基礎物理與儀器學原理相關教材與國考題庫整合 (114年專技高考醫師中醫師第一階段考試)。