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115年:醫物幅安(1)

PET造影的輻射來源為下列何者？

AX光
Bβ粒子
Cγ光子，能量為 140 keV
D互毀作用產生的兩個 511 keV光子

詳細解析

本題觀念：

本題測驗核子醫學中正子斷層造影（Positron Emission Tomography, PET）的基本物理原理與信號來源。重點在於了解正子發射同位素衰變機制、互毀作用（Annihilation）以及偵測器所接收到的光子能量與特性。

選項分析

  • (A) X光：錯誤。X光主要用於一般放射線攝影（Radiography）、透視攝影（Fluoroscopy）以及電腦斷層造影（CT）。其產生機制通常是由X光管中的高速電子撞擊靶物質所產生（制動輻射與特性輻射），並非 PET 造影的輻射來源。
  • (B) β粒子：錯誤。雖然 PET 使用的放射性同位素（如 F-18）會進行 β+\beta^+ 衰變並釋放正子（即 β+\beta^+ 粒子），但正子在組織中行進極短距離（通常僅數毫米）後便會與帶負電的電子結合而消失。PET 偵測器實際上無法直接偵測這些 β+\beta^+ 粒子，而是偵測其後續反應所產生的光子。
  • (C) γ光子，能量為 140 keV：錯誤。140 keV 是鎝-99m（Tc-99m）衰變時所釋放的加馬（γ\gamma）射線能量。Tc-99m 是單光子放射電腦斷層造影（SPECT）或傳統加馬攝影（Gamma Camera）最常使用的放射性同位素，而非 PET 的輻射來源。
  • (D) 互毀作用產生的兩個 511 keV光子：正確。PET 掃描儀所使用的放射性核種會釋放正子，正子在組織內失去動能後，會與組織中的電子結合發生「互毀作用」。根據質能互換原理，正子與電子的靜止質量會轉換成兩個能量各為 511 keV、飛行方向相差約 180 度的伽瑪光子。PET 儀器即是利用環狀偵測器來捕捉這對 511 keV 光子以進行影像重建。

答案解析

PET 造影的核心原理在於利用發生 β+\beta^+ 衰變的放射性同位素（如 18F^{18}\text{F}、11C^{11}\text{C}、15O^{15}\text{O}、13N^{13}\text{N}）。當同位素釋出正子後，正子在人體組織中游走一小段距離（正子射程），待動能耗盡時便極易與周圍環境中的負電子發生互毀作用（Annihilation reaction）。

在此作用中，正子與電子的質量完全轉換為能量。由於電子的靜止質量等效能量約為 0.511 MeV，兩者互毀後會產生兩道能量皆為 511 keV 且飛行方向呈 180 度反向的伽瑪光子（γ\gamma光子）。PET 儀器的偵測環便是設計來透過「符合偵測電路」（Coincidence detection）同步接收這兩個 511 keV 的光子，進而推算出互毀作用發生的反應線（Line of Response, LOR），最後重建成三維斷層影像。因此，選項 (D) 精確描述了 PET 的輻射偵測來源，為正確答案。

核心知識點

醫事放射師考試中，核子醫學儀器與造影原理為必考重點。考生務必熟記以下不同造影儀器的物理基礎比較：

  1. PET（正子斷層造影）原理：
    • 衰變類型：β+\beta^+ 衰變（釋放正子）。
    • 關鍵反應：互毀作用（Annihilation）。
    • 偵測目標：一對方向相反（約180度）、能量各為 511 keV 的 γ\gamma 光子。
    • 影像重建基礎：符合偵測（Coincidence detection）與反應線（LOR），不需要實體準直儀（電子準直效應）。
  2. SPECT（單光子放射電腦斷層造影）原理：
    • 偵測目標：單一方向釋放的 γ\gamma 光子，必須依賴實體的鉛/鎢準直儀（Collimator）來過濾散射並決定光子方向。
    • 常用核種與能量：Tc-99m (140 keV)、Tl-201 (約 73 keV)、I-123 (159 keV)。

臨床重要性

理解 PET 的 511 keV 高能光子特性，對於臨床上的輻射防護與儀器品質保證具有極大意義。511 keV 的穿透力遠高於一般 SPECT 使用的低能量光子（如 140 keV），因此在進行 PET 檢查時，針對病患與放射師的輻射防護屏蔽設計（例如使用更厚的鉛屏蔽或鎢合金注射針筒屏蔽）門檻較高。同時，因為高能光子在人體內仍會發生康普頓散射與光電效應衰減，PET 造影必須結合衰減校正（Attenuation Correction，現今多結合 CT 進行，即 PET/CT）才能獲得準確的定量影像（Standardized Uptake Value, SUV）。

參考資料

  1. 核能安全委員會. 105 年度政府科技發展計畫績效報告書. (https://www.nusc.gov.tw)
  2. 長庚醫療財團法人. 神經醫學造影放射藥物發展 - 長庚分子影像. (https://www.cgmh.org.tw)
  3. 國立陽明交通大學機構典藏. Attenuation Correction of PET Image Based On ANN. (https://ir.nctu.edu.tw)
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