磁共振影像

MRI 之成像原理可分為激發(Excitation)、共振(Resonance)、空間編碼(Spatial encoding)、取像(Acquisition)、訊號後處理(Post-processing)五步驟。其中，我們假 設MRI 的主磁場之空間分布均勻，射頻脈衝之磁場均勻，梯度磁場具有良好之線 性度。

以自旋回音為例激發之目的為將特定頻率之 spin 使其產生共振吸收所激發之 能量。根據布拉格方程式(Bloch equation)利用射頻脈衝(Radiofrequency pulse，RF pulse，B1)以 spin 旋進頻率之電磁波激發，使得 spin 可以有效地吸收所激發電磁 波之磁場能量，而此一現象稱之為共振(Resonance)，此特性可用以激發特定之截 面位置，降低來自其他區域產生訊號干擾。

實際上作法為外加一個線性的梯度磁場，使空間中磁場產生一個連續線性之 磁場分布，此線性分布會使空間中的 spin 具有不同之頻率，故可用特定中心頻率 及 頻 寬 之 射 頻 脈 衝 來 激 發 所 感 興 趣 的 截 面( 圖 2-5) ， 而 單 體 素 磁 振 頻 譜 (Single-voxel MR spectroscopy，SV-MRS，以下以 MRS 簡稱之) 即利用此方法來激 發感興趣之體素(Voxel Of Interest，VOI)。

圖 2-5 頻率位置對應圖，黑色虛線頻寬 400 赫茲，對應厚度為 2 公分

其中激發脈衝包含九十度激發脈衝以及一百八十度聚焦脈衝。在九十度脈衝 激發後，spin 之相位會隨時間散開，使磁向量分散而訊號降低，一百八十度脈衝則 將散開的相位再次聚焦使訊號回升，此脈衝編排為自旋迴音(Spin echo)。

空間編碼顧名思義是將空間中的訊息分佈編碼，使之在收取訊號後可以分析 訊號在空間中的分佈，經由空間編碼所收到的訊號維影像在頻率域(Frequency domain)的訊號，此值域又稱為 K 空間(K space)。空間編碼分為相位編碼(Phase Encoding，PE)與頻率編碼(Frequency Encoding，FE)，兩者原理都是利用外加梯度 磁場在一定時間內所累積的相位在K space 中做編碼，差異在於 PE 是在收訊前預 先累積相位，FE 則是一邊收取訊號一邊累積相位。兩者在 K space 上主要是影響 填寫訊號的位置，所以填K space 的軌跡(Trajectory)可以經由編碼梯度的開啟與關

閉來設計。FE 由於是同時編碼及收訊，所以為了使訊號中心在 K space 中心，必 須先開啟一個聚焦梯度(Refocusing gradient)預先累積相位，使其收訊號時能使相位 聚焦在K space 中央，但其效果不同於聚焦脈衝，聚焦脈衝會將所有造成相位累積 的效應都聚焦，聚焦梯度只聚焦外加梯度所造成的相位。收取訊號之TE 設定在 spin 相位聚焦之位置，ADC 開啟收訊之時間中心點為 TE(圖 2-6)。實際上空間編碼梯 度磁場開啟時會影響訊號填進K space 的位置(圖 2-7)，故空間編碼又可視為填 K 空間軌跡的一種設計，脈衝序列根據不同目的以及填K space 的方法會有不同的設 計，進而產生不同的收訊效率與訊號特性。

圖 2-6 自旋迴音影像之脈衝序

圖 2-7 自旋迴音影像之 K space 填法

實際上自旋回音影像常會使用一連串的一百八十度脈衝來回聚焦訊號(圖 2-8)，提高收訊的效率，此掃描序列又稱快速聚焦回音取像(Rapid Acquisition with

Refocused Echoes，RARE)，其使用的聚焦面衝列的長度為加速的倍數，此加速因 子又稱 RARE factor。

圖 2-8 快速聚焦回音取像之脈衝序列圖，RARE factor 為 3

在取像完後，所取得訊號為頻率域，故在後處理需要將此訊號做傅立葉轉換 (Fourier Transform，FT)，將 K space 轉換成空間域之影像，到此，MRI 即可提供 簡單的二維影像。

圖 2-9 正常大鼠自旋迴音影像(TR/TE=4000/70ms, NEX=4) 掃描時間公式為

y NEX (2.4)

Nx、Ny、Nz 為在 x、y、z 上之 PE steps，NEX 為激發次數(Number of excitation)。