在MRI 中,下列何種方法可以讓偏折角度(flip angle)從45 度變成90 度?
詳細解析
本題觀念
本題考 MRI 射頻脈衝與偏折角度(flip angle)的關係,正確答案是 A:增加射頻波施加時間。偏折角度描述縱向磁化向量受到 RF 磁場 B1 作用後,被旋轉離開原本縱向方向的角度;在 RF 振幅、脈衝形狀與共振條件固定時,作用時間越長,累積的旋轉角度越大。因此要把 45 度變成 90 度,延長射頻脈衝的施加時間即可達成。這不是因為 TR 變短,也不是把主磁場 B0 變強;真正直接決定一次激發旋轉多少的是 RF 磁場的強度與作用時間。
可以把 RF 脈衝想成在共振頻率下持續推動磁化向量。推動力固定時,推動一半時間造成約 45 度旋轉,推動兩倍時間就可累積約 90 度旋轉。實際序列還要考慮脈衝形狀、頻寬、B1 均勻性、硬體限制與組織反應,但基礎題採用理想關係即可。90 度脈衝會把原本沿著主磁場方向的縱向磁化,旋轉到橫向平面,形成可以被接收線圈偵測的橫向磁化訊號。
選項分析
A.增加射頻波施加時間:正確。理想 RF 脈衝的偏折角度可表示為 α = γB1t,其中 α 是偏折角,γ 是旋磁比,B1 是 RF 磁場振幅,t 是作用時間。當 γ 與 B1 固定時,α 與 t 成正比;要從 45 度增加到 90 度,將作用時間延長到原來約兩倍,便可使累積旋轉角度加倍。
B.增加主磁場強度大小:不正確。主磁場 B0 主要決定核自旋的拉莫爾共振頻率,B0 增強通常會使共振頻率升高,也會影響訊號與磁化平衡,但不是在 RF 振幅與作用時間不變時,直接把單一脈衝的偏折角度加倍的因素。要改變 flip angle,應調整 RF 脈衝的振幅、形狀或作用時間。
C.減少相位編碼梯度的強度:不正確。相位編碼梯度是在空間編碼過程中改變不同位置的進動相位,用來填入 k-space 並決定影像的空間資訊;它不是用來累積 RF 對磁化向量的旋轉角度。即使相位編碼梯度變弱,也不會讓既定 RF 脈衝由 45 度變成 90 度。
D.減少 TR:不正確。TR 是同一位置或同一脈衝序列兩次 RF 激發之間的重複時間,主要影響縱向磁化恢復程度、訊號強度與影像對比。縮短 TR 可能讓下一次激發前的縱向恢復變少,卻不會改變當下 RF 脈衝本身的 B1 振幅與作用時間,因此不能直接改變單次脈衝的偏折角度。
答案解析
在旋轉座標系中,若 RF 頻率符合拉莫爾頻率,磁化向量會受到等效 B1 磁場驅動而旋轉。對理想矩形脈衝,偏折角可寫作 α = γB1t;若用角頻率表示,γ 是核種的旋磁比,B1 是垂直於 B0 的 RF 磁場分量,t 是 RF 作用時間。因為角度是旋轉速率乘以時間的累積結果,當 RF 振幅固定時,作用時間從 t 增為 2t,偏折角就從 α 增為 2α,故 45 度可變成 90 度。
90 度偏折的意義是磁化向量從縱向軸轉到橫向平面;這個橫向磁化隨時間進行相位一致的進動,會在接收線圈中產生可測得的感應訊號。若 RF 脈衝太短或 B1 太弱,角度小於 90 度,仍會保留部分縱向磁化;若角度大於 90 度,磁化向量會越過橫向平面。這些角度不是由影像矩陣或相位編碼步驟直接決定,而是由 RF 激發本身的條件決定。
本題各選項代表不同 MRI 物理功能。B0 像是建立核自旋進動基準的主磁場,影響拉莫爾頻率;B1 是 RF 激發場,直接改變磁化方向。梯度磁場負責選層、頻率編碼和相位編碼,讓訊號包含空間位置;TR 則是時間參數,控制重複激發的間隔與縱向恢復。看到「把 45 度改成 90 度」時,應先找直接出現在 α = γB1t 的變數,四個選項中只有增加 RF 作用時間符合。
核心知識點
一、flip angle 是 RF 脈衝使磁化向量旋轉的角度,常用 α = γB1t 說明其與 RF 振幅及作用時間的關係。
二、RF 振幅固定時,增加施加時間會增加偏折角;作用時間約加倍,可使 45 度理想地增加至 90 度。
三、90 度 RF 脈衝把縱向磁化轉到橫向平面,產生可被接收線圈偵測的橫向磁化。
四、B0 主要決定拉莫爾頻率;B1 與 RF 脈衝條件直接負責激發與旋轉磁化。
五、梯度負責空間編碼,TR 負責激發間隔與恢復;兩者都不是單次 RF 脈衝偏折角的直接控制項。