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115年:放射器材(1)

關於正子電腦斷層造影儀衰減校正的敘述，下列何者錯誤？

A可以利用 CT影像做衰減校正與提供病灶位置定位
B衰減校正與病灶位置之深度無關
C空白掃描是校正射源環繞 PET晶體空轉，不含物體在內
D衰減校正因子由穿透掃描與發射掃描計算得到

詳細解析

本題觀念：

本題探討正子電腦斷層造影（PET/CT）中**衰減校正（Attenuation Correction）**的基礎物理原理與實務操作。在 PET 掃描中，人體組織會吸收或散射輻射，導致影像深部區域的訊號衰減，因此必須進行衰減校正以獲得精確的放射活性定量數值。衰減校正因子的計算，仰賴未衰減的基準掃描與穿透人體後的衰減掃描資訊。

選項分析

  • (A) 可以利用 CT影像做衰減校正與提供病灶位置定位：正確。 現代的 PET/CT 掃描儀利用 CT 影像進行衰減校正（CT-based Attenuation Correction, CTAC）。CT 掃描提供的組織密度資訊（Hounsfield Units, HU）可轉換為對應 511 keV 能量的直線衰減係數（linear attenuation coefficient, μ\mu）圖，藉此計算出各條反應線（Line of Response, LOR）的衰減校正因子。此外，高解析度的 CT 影像也能提供精確的解剖結構，協助臨床醫師針對 PET 影像上的高代謝病灶進行解剖位置定位。

  • (B) 衰減校正與病灶位置之深度無關：正確。 這是 PET 系統一項非常關鍵的物理特性，與 SPECT 完全不同。PET 偵測的是互毀反應（Annihilation）產生的兩個背對背 511 keV 光子。要形成一個有效的符合事件（coincidence event），這兩個光子都必須穿透人體並被對向的偵檢器接收。假設人體總厚度為 DD，病灶距離其中一側的深度為 xx。第一個光子的穿透機率為 e−μxe^{-\mu x}，第二個光子的穿透機率為 e−μ(D−x)e^{-\mu (D-x)}。兩者同時穿透的總機率為： e−μx×e−μ(D−x)=e−μDe^{-\mu x} \times e^{-\mu (D-x)} = e^{-\mu D} 由此數學關係可知，光子對的總衰減率只與射束穿透的「總厚度 DD」及組織材質有關，而與病灶所在的「深度 xx」完全無關。

  • (C) 空白掃描是校正射源環繞 PET晶體空轉，不含物體在內：正確。 空白掃描（Blank scan）主要用於傳統 PET（使用放射性射源如 68Ge^{68}\text{Ge} 或 137Cs^{137}\text{Cs} 作為外部穿透射源）。進行掃描時，視野（FOV）內不放置任何物體或病患，由校正射源環繞 PET 偵檢器旋轉，藉此測量未經歷任何物體衰減的光子計數率（相當於物理學公式中的初始強度 I0I_0）。

  • (D) 衰減校正因子由穿透掃描與發射掃描計算得到：錯誤。 衰減校正因子（Attenuation Correction Factor, ACF）的傳統計算公式為： ACF=空白掃描計數 (Blank scan)穿透掃描計數 (Transmission scan)\text{ACF} = \frac{\text{空白掃描計數 (Blank scan)}}{\text{穿透掃描計數 (Transmission scan)}} 發射掃描（Emission scan）是收集病患體內放射性藥物所釋放出來的光子，用來重建真正的醫學影像。發射掃描的數據是「被校正」的對象，不參與衰減校正因子本身的計算。

答案解析

選項 (D) 敘述錯誤。要計算衰減校正因子（ACF），必須使用「空白掃描（Blank scan）」作為未衰減的基準數值，以及「穿透掃描（Transmission scan）」作為經過物體衰減後的測量數值，兩者相除來獲得。發射掃描（Emission scan）代表的是病患體內放射性藥物的分佈，不能用來計算衰減校正因子。故本題正確答案為 (D)。

核心知識點

醫事放射師國考針對 PET 衰減校正常考以下核心概念，考生務必熟記：

  1. 衰減校正因子（ACF）公式：ACF=Blank Scan (空白掃描)Transmission Scan (穿透掃描)ACF = \frac{\text{Blank Scan (空白掃描)}}{\text{Transmission Scan (穿透掃描)}}。
  2. PET vs. SPECT 衰減特性差異：
    • PET：利用符合偵測（Coincidence detection）原理，總衰減程度僅與物體總厚度與組織衰減係數有關，與放射源（病灶）的深度無關。
    • SPECT：單光子造影，光子的衰減程度會隨放射源所在的深度而改變（越深處的病灶，其光子衰減越嚴重）。
  3. PET/CT 中 CT 的角色（CTAC）：現代儀器大多以 CT 取代傳統放射源來進行衰減校正，優點是掃描時間極短、雜訊低（因為光子通量大），且無須更換衰變的射源。CT 值（HU）需透過能量轉換法，轉換為 511 keV 下的衰減係數（μ\mu map）。
  4. PET 四大掃描模式定義：
    • Blank scan (空白掃描)：FOV 內無物體，測量背景與未衰減基準 (I0I_0)。
    • Transmission scan (穿透掃描)：FOV 內有物體，利用外部射源穿透物體，測量穿透後之強度 (II)。
    • Emission scan (發射掃描)：測量病患體內放射性同位素發射出的訊號（即臨床診斷影像）。
    • Normalization scan (常規/均勻度校正掃描)：用來校正 PET 系統內成千上萬個偵檢器晶體之間的靈敏度差異。

參考資料

  1. Kinahan, P. E., et al. (1999). Attenuation correction for a combined 3D PET/CT scanner. Medical physics, 25(10), 2046-2053. (URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5358000/)
  2. Nuyts, J., et al. (1999). Evaluation of Maximum-Likelihood based Attenuation Correction in Positron Emission Tomography. IEEE Transactions on Nuclear Science. (URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/774208)
  3. AAPM. Data Corrections and Calibrations. (URL: https://www.aapm.org/meetings/09AM/documents/PETDataCorrectionsandCalibrations.pdf)
  4. Nix, O. (2005). Exercises in PET Image Reconstruction. (URL: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/36/049/36049755.pdf)
  5. Bailey, D. L. (1998). Transmission scanning in emission tomography. European Journal of Nuclear Medicine. (URL: https://www.researchgate.net/publication/13606675_Transmission_scanning_in_emission_tomography)
  6. 阿摩線上測驗: 73. PET影像掃描模式與衰減校正因子（ACF）公式探討. (URL: https://yamol.tw/item-73.PET%E5%BD%B1%E5%83%8F%E6%8E%83%E6%8F%8F%E6%9C%89%E4%BB%A5%E4%B8%8B%E5%B9%BE%E7%A8%AE%E6%A8%A1%E5%BC%8F%EF%BC%9Ablank%EF%BC%88B%EF%BC%89scan%E3%80%81..-2305592.htm)
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