放射 - 乳房攝影裝置與影像品質考古題解析 - 民國115年

本題觀念：

本題測驗的核心概念為數位影像系統中的奈奎斯特-香農取樣定理 (Nyquist-Shannon sampling theorem) 以及其在數位放射攝影中的應用。在數位偵檢器中，能夠解析的最高空間頻率（稱為奈奎斯特頻率或最佳空間頻率）完全取決於偵檢器的像素大小 (pixel size 或 pixel pitch)。要能夠在影像中分辨出一個「線對 (line pair, lp)」（包含一條亮線與一條暗線），至少需要兩個像素。因此，空間頻率與像素大小之間存在固定的數學反比關係。

選項分析

在數位影像學中，計算最佳空間頻率 (Nyquist frequency, $f_N$ ) 的公式為： $f_N = \frac{1}{2 \times \Delta x}$

$f_N$ 代表奈奎斯特頻率，單位為 lp/mm（線對/毫米）。
$\Delta x$ 代表像素大小，單位為 mm。

題目已知該數位乳房攝影偵檢器的最佳空間頻率為 20 lp/mm。代入公式進行計算： $20 \text{ lp/mm} = \frac{1}{2 \times \Delta x}$ $40 \times \Delta x = 1$ $\Delta x = \frac{1}{40} \text{ mm} = 0.025 \text{ mm}$

為了符合選項的單位，必須將毫米 (mm) 轉換為微米 ( $\mu$ m)： $0.025 \text{ mm} \times 1000 \mu\text{m/mm} = 25 \mu\text{m}$

(A) 12.5：錯誤。若像素大小為 12.5 $\mu$ m，計算出的最佳空間頻率應為 $1 / (2 \times 0.0125 \text{ mm}) = 40 \text{ lp/mm}$ 。
(B) 25：正確。25 $\mu$ m 的像素大小，剛好對應 20 lp/mm 的極限空間頻率。
(C) 50：錯誤。若像素大小為 50 $\mu$ m，計算出的最佳空間頻率應為 $1 / (2 \times 0.05 \text{ mm}) = 10 \text{ lp/mm}$ 。
(D) 100：錯誤。若像素大小為 100 $\mu$ m，計算出的最佳空間頻率應為 $1 / (2 \times 0.1 \text{ mm}) = 5 \text{ lp/mm}$ 。這常見於一般常規數位 X 光攝影 (DR)，而非乳房攝影。

答案解析

數位醫學影像中，偵檢器的極限空間解析度受限於其像素大小。解析一個完整的線對 (line pair) 需要一明一暗至少兩個像素的取樣，因此最高可解析的空間頻率公式為 $1 / (2 \times \text{像素大小})$ 。根據題目給定的 20 lp/mm，意味著每 1 毫米的長度內包含 20 個線對，也就是 40 個像素。將 1 毫米除以 40，即可求得單一像素的大小為 0.025 毫米，換算後即為 25 $\mu$ m。故選 (B)。

核心知識點

醫事放射師考生須熟記以下數位影像原理與參數換算：

奈奎斯特頻率 (Nyquist Frequency) 換算：公式 $f_N = \frac{1}{2 \times \text{Pixel size}}$ 是國考必考重點，務必熟練 mm 與 $\mu$ m 的單位轉換。
空間解析度 (Spatial Resolution)：數位偵檢器的本質決定了空間解析度的上限；像素越小，空間解析度越高，能分辨的 lp/mm 數值越大。
乳房攝影 (Mammography) 的儀器特性：乳房攝影設備的要求與常規 X 光機不同。因為需要偵測微小鈣化，其硬體設計必須具備極高的空間解析度（像素尺寸常落在 50 $\mu$ m 以下）。相比之下，常規 DR 系統的像素大小多在 100-200 $\mu$ m 之間（空間頻率約 2.5 ~ 5 lp/mm）。

臨床重要性

在乳房攝影的臨床實務中，微小鈣化點 (microcalcifications) 時常是早期乳癌（例如原位導管癌, DCIS）的唯一影像學表徵。這些微小鈣化點的實體大小可能小於 100 $\mu$ m。為確保不會發生漏診，數位乳房攝影設備必須使用非常小的像素尺寸來捕捉極微小的細節變化。理解此空間頻率與像素的對應關係，有助於放射師在執行日常品質保證 (QA) 與假體 (phantom) 影像品質評估時，準確判讀設備解析度是否符合臨床診斷的標準規範。

有一數位乳房攝影偵檢器的最佳空間頻率為 20 lp/mm ，其像素大小為多少μm？

詳細解析

本題觀念：

選項分析

答案解析

核心知識點

臨床重要性

參考資料