在傳統MRI造影時，若發生化學位移假影（chemical shift artifact）時，會沿什麼方向產生？

本題觀念：

本題探討磁振造影（MRI）中的化學位移假影（chemical shift artifact）之基本物理原理與空間特徵。化學位移起因於水分子與脂肪分子中的氫原子核（質子）所受到的電子雲屏蔽效應不同，導致它們在相同主磁場下具有不同的共振頻率（兩者相差約 3.5 ppm）。在 1.5T 磁場下，這個頻率差約為 220 Hz；而在 3.0T 磁場下則倍增至約 440 Hz。

選項分析

• A. frequency encode：正確。在傳統的磁振造影序列（如自旋回訊 Spin Echo 或梯度回訊 Gradient Echo）中，系統利用共振「頻率」的差異來定位空間位置。因為脂肪和水本身存在共振頻率差，系統在接收訊號時，會將脂肪的頻率改變誤認為是空間位置的差異，導致影像在頻率編碼（frequency encode）方向上發生空間錯位（misregistration），形成水脂交界處一側亮（訊號重疊）、一側暗（訊號缺失）的帶狀假影。
• B. phase encode：錯誤。在傳統 MRI 的相位編碼過程中，水與脂肪之間的額外相位差在不同的相位編碼步階（phase-encoding steps）之間是固定的，並不會累積。因此，傅立葉轉換在處理相位編碼方向時，不會產生空間上的定位錯誤。然而，考生必須特別注意一個例外：在「平面回訊造影（EPI, echo-planar imaging）」中，因其資料收集方式的特性，導致相位編碼方向的頻寬極低，化學位移假影反而會沿著相位編碼方向產生。本題特別指明「傳統MRI造影」，故不選此項。
• C. slice selection：錯誤。切面選擇梯度雖然也利用頻率來激發特定位置的質子，化學位移確實會導致水和脂肪被激發的切面位置產生微小偏移（稱為切面錯位假影，slice misregistration artifact），但這不會表現為臨床上典型在影像平面上觀察到的明暗條紋化學位移假影。
• D. oblique direction：錯誤。空間編碼有明確的垂直與水平正交方向（頻率與相位），化學位移假影的發生方向嚴格遵循頻率編碼的梯度方向，不會隨機沿著斜向產生。

答案解析

化學位移假影（第一型）主要發生在頻率編碼方向上。由於系統無法區分接收到的頻率偏移是來自於梯度磁場的空間定位，還是來自於分子結構不同的化學位移，因此脂肪的訊號會被誤置。偏移的像素大小（pixels）等於「脂肪與水的頻率差」除以「每像素頻寬（bandwidth per pixel）」。在傳統 MRI 中，空間的頻率定位完全依賴 frequency encoding gradient，這是一個不可避免的物理現象，故假影必定出現在頻率編碼（frequency encode）方向，選項 A 為最佳解答。

核心知識點

醫事放射師國考中，關於化學位移假影必考的幾個重點：

1. 物理特性：脂肪與水的共振頻率差為 3.5 ppm。主磁場強度越高，絕對頻率差越大（1.5T 約 220 Hz，3.0T 約 440 Hz），假影越明顯。
2. 第一型化學位移假影 (Type 1 Chemical Shift Artifact)：
   • 發生方向：傳統造影中沿「頻率編碼方向 (Frequency encode direction)」發生。
   • 影像特徵：被脂肪包圍的含水器官交界處產生明暗帶（Bright and dark bands）。
   • 改善與控制參數：
     • 增加接收頻寬 (Receiver bandwidth, rBW)：可增加每像素的頻寬，從而減少假影的像素偏移量（但會降低 SNR）。
     • 使用脂肪抑制技術 (Fat suppression)：直接消除脂肪訊號。
     • 降低主磁場強度：減少絕對頻率差。
     • 交換頻率與相位編碼方向：無法消除假影，但可改變假影發生的方向，避免遮擋病灶。
3. 特殊序列例外 (EPI)：在平面回訊造影 (Echo-planar imaging) 中，因為相位編碼方向的頻寬極窄，化學位移假影會異常放大且轉為在「相位編碼方向 (Phase encode direction)」產生，這是在實務與考題上常見的陷阱。

臨床重要性

在腹部或骨骼肌肉神經系統的 MRI 影像中，腎臟、視神經、脊椎神經根周圍通常伴隨豐富脂肪。若未進行脂肪抑制，化學位移假影可能會模擬或掩蓋微小的病灶（例如軟骨磨損或微小腫瘤）。放射師必須根據臨床需求，透過調整頻寬或交換編碼方向，來避免假影影響醫師的影像判讀。

參考資料

1. Chemical shift artifact - Questions and Answers in MRI (https://mriquestions.com/chemical-shift-artifact.html)
2. MRI artifact - Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/MRI_artifact)