在數位放射攝影（ DR）中，若照野（ FOV）大小不變而縮小像素尺寸，下列何者錯誤？

本題觀念：

數位放射攝影（Digital Radiography, DR）採用平板偵測器（Flat Panel Detector, FPD），其核心結構為主動矩陣陣列（Active Matrix Array, AMA）。陣列中的每一個像素（Pixel，或稱偵測單元 Del）主要由兩個部分組成：

1. 感測區（Active/Sensing area）：負責吸收 X 光或螢光並將其轉換為電荷信號的有效感光區域。
2. 非感測區（Inactive area / Electronics）：包含薄膜電晶體（Thin-Film Transistor, TFT）開關、儲存電容（Storage capacitor）以及信號傳輸線。這些電子元件無法感測輻射。

**填滿因子（Fill factor）**的定義為：像素中「感測區面積」佔「像素總面積」的比例（通常以百分比表示）。 $\text{Fill Factor} = \frac{\text{感測區面積}}{\text{像素總面積}}$

選項分析

• (A) 空間解析度變好：正確。在照野（FOV）不變的情況下，縮小像素尺寸（Pixel size）代表矩陣（Matrix）變大。較小的像素可以描繪更細緻的解剖構造，從而提高系統的奈奎斯特頻率（Nyquist frequency），使空間解析度（Spatial resolution）提升。
• (B) 病人的輻射劑量增加：正確。如後續選項所述，縮小像素會導致填滿因子下降且單一像素接收到的光子數減少，進而使訊雜比（SNR）惡化。在臨床實務上，為了維持一定的影像品質與可接受的 SNR，必須增加 X 光的曝露量（如提高 mAs），因此會導致病人的輻射劑量增加。
• (C) 填滿因子（fill factor）變大：錯誤，本題應選此項。在目前的半導體製程與物理限制下，TFT 開關、儲存電容及傳輸導線等電子元件的體積有其微縮極限。當我們縮小像素的整體尺寸時，這些「非感測區」佔據的絕對面積難以等比例縮小，導致它們佔整個像素面積的「比例」變大。這意味著感測區的比例相對減少，因此填滿因子（Fill factor）會變小（下降），而非變大。
• (D) 訊雜比（SNR）降低：正確。當像素尺寸縮小且填滿因子變小時，每個像素的有效感光面積大幅減少。這導致在相同的曝露條件下，每個像素所能捕捉到的 X 光光子數量減少（信號降低）。在電子雜訊與量子雜訊（Quantum mottle）存在的環境下，有效信號變少自然會導致整體訊雜比（SNR）降低。

答案解析

本題的核心在於理解 DR 平板偵測器的幾何構造限制。縮小像素尺寸雖然是提高影像空間解析度最直接的方法，但會帶來不可忽視的副作用。由於 TFT 等驅動與讀取電子元件的尺寸無法隨像素面積等比例縮小，導致小像素中「非感光」的面積佔比增加，也就是「填滿因子（Fill factor）」下降。

填滿因子的下降會使偵測器的感光效率變差，每個像素收集到的有效光子數變少，直接造成影像的訊雜比（SNR）降低。若要彌補降低的 SNR 以達到具備診斷價值的影像品質，就必須提高輻射輸出，進而增加病人的輻射劑量。因此，選項 (C) 敘述填滿因子變大是完全相反的錯誤觀念，為本題正確答案。

核心知識點

放射師考生在準備 DR 影像品質與偵測器原理時，請務必掌握以下 像素尺寸（Pixel Size）縮小的連鎖效應（Trade-off）：

1. 空間解析度（Spatial Resolution）：上升（正向效應）。
2. 填滿因子（Fill Factor）：下降（因 TFT 等元件無法等比例縮小）。
3. 單一像素接收光子數：下降（因總面積及感光比例皆減少）。
4. 訊雜比（SNR）：下降（負向效應）。
5. 病人輻射劑量（Patient Dose）：上升（為了補償下降的 SNR 而必須增加曝露量）。

參考資料

1. Digital radiography - Radiology Cafe
2. What is fill factor in digital radiography - The CFO Middle East