放射 - 遠隔治療機—機器結構與射束物理考古題解析 - 民國115年

本題觀念：

放射治療中，射束邊緣劑量快速遞減的區域稱為「半影 (Penumbra)」。在鈷-60遠隔治療機 (Cobalt-60 teletherapy) 或直線加速器 (Linac) 中，半影的存在會導致腫瘤周圍的正常組織接受到不必要的輻射劑量。半影主要可以分為三種組成：幾何半影 (Geometric penumbra)、穿透半影 (Transmission penumbra) 以及散射半影 (Scatter penumbra)。這三者的綜合效應即為我們在劑量分布上實際測量到的「物理半影 (Physical penumbra)」。

選項分析

(A) transmission penumbra (穿透半影)：錯誤。這是由於部分的輻射射束穿透了準直儀 (Collimator) 或擋塊的邊緣所造成的半影，與準直儀的厚度、材質和邊緣設計（如：非散焦式邊緣設計）有關，而非直接由射源直徑決定。
(B) physical penumbra (物理半影)：錯誤。物理半影是幾何半影、穿透半影與人體內光子散射 (Scatter penumbra) 所共同造成的總和效應，通常定義為射束剖面 (Beam profile) 上 80% 至 20% (或 90% 至 10%) 等劑量線之間的側向距離。
(C) geometric penumbra (幾何半影)：正確。這是因為射源並非理想的「點射源」，而是具有實際的物理大小（即有限大小的射源，Finite source size）。在鈷-60治療機中，射源直徑通常約為 1 到 2 公分，這個射源直徑的大小直接導致了幾何半影的產生。
(D) collimation penumbra (準直儀半影)：錯誤。此非標準的獨立半影專有名詞，若提及準直儀邊緣造成的半影，在放射物理學中會直接歸類於上述的「穿透半影」。

答案解析

題目明確詢問「由鈷-60遠隔治療機的『射源直徑』所造成的半影」。根據半影的物理定義，因放射源具有實體大小（直徑）而導致射束在照射邊緣產生部分遮蔽、呈現劑量漸層的現象，就是「幾何半影 (Geometric penumbra)」。

幾何半影的寬度 ( $P_d$ ) 可以利用相似三角形的幾何公式計算： $P_d = S \times \frac{SSD + d - SDD}{SDD}$ （其中 $S$ 為射源直徑， $SSD$ 為射源至體表距離， $d$ 為組織內深度， $SDD$ 為射源至準直儀距離）從公式中可清楚得知，射源直徑 ( $S$ ) 是決定幾何半影大小最直接的變數。

核心知識點

醫事放射師國考中，放射治療學的「半影 (Penumbra)」是必考的基礎物理重點，考生須熟記以下觀念：

半影的分類：
- 幾何半影 (Geometric penumbra)：受射源尺寸 (Source size) 影響最大。
- 穿透半影 (Transmission penumbra)：與準直儀 (Collimator) 或鉛擋塊邊緣的穿透有關。
- 物理半影 (Physical penumbra)：幾何、穿透加上組織內散射 (Scatter) 的總和，定義為 80%~20% 等劑量線距離。
幾何半影的影響因子 (公式推導)：
- 射源尺寸 ( $S$ ) 越大，幾何半影越大（成正比）。
- 射源至體表距離 ( $SSD$ ) 越大，幾何半影越大（成正比）。
- 射源至準直儀距離 ( $SDD$ 或 $SCD$ ) 越大，幾何半影越小（成反比；因此增加準直儀長度或加裝半影修整器 Penumbra trimmer 可有效減少半影）。
- 腫瘤深度 ( $d$ ) 越深，幾何半影越大。

臨床重要性

在放射治療臨床實務中，縮小半影範圍能夠讓劑量分布的邊緣更銳利 (Sharp dose fall-off)，進而更好地保護腫瘤周圍的正常組織。鈷-60遠隔治療機因為同位素射源體積較大（直徑常大於 1 cm），其幾何半影明顯大於現代的直線加速器（Linac 的 X-ray 靶點直徑僅約 1-3 mm）。這也是鈷-60治療機逐漸被 Linac 取代的原因之一；但在特定立體定位放射手術（如加馬刀 Gamma Knife，利用高達近 200 顆小型鈷-60射源精準聚焦）中，透過設備設計有效縮小了半影影響，至今仍具極高的臨床價值。

參考資料

Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and Students - IAEA. (https://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/pub1196_web.pdf)
8.3.2 - Descriptors Of Dose Distribution (Photons) - OzRadOnc. (https://www.ozradonc.wikidot.com/8-3-2-descriptors-of-dose-distribution-photons)
Photon Dose Distributions | OncologyMedicalPhysics.com. (https://oncologymedicalphysics.com/photon-dose-distributions/)
Study on Radiation Safety of High Dose Rate Multiple Cobalt-60 Sources Teletherapy Machine. (https://tpl.ncl.edu.tw/NclService/pdfdownload?filePath=lV8OirTfslqmLeU8q9QvXJqI_Y9X4Zk3oI6u1G9rQxQ6K0-B8hUv4hWp1Z1lB259&qa=1173860269)

由鈷-60遠隔治療機的射源直徑所造成的半影稱為：

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