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115年:放射診斷(1)

關於電腦斷層影像中的條紋（ streaks）、陰影（ shading）及環狀（ rings）假影 ，下列敘述何者正確？

A條紋假影主要由偵測器損壞或校正不良造成
B陰影假影常由射束硬化（ beam hardening ）效應、部分體積（ partial volume ）效應或散射輻射（scatter radiation ）造成
C環狀假影通常由病人運動引起，並多出現在影像邊緣
D條紋假影的成因僅限於金屬植入物引起的輻射阻擋現象

詳細解析

本題觀念：

電腦斷層（CT）的假影（artifacts）是指影像中出現的結構並非病患解剖構造的真實反映。CT假影根據其成因（物理因素、病人因素或儀器因素），可分為多種型態，主要包含條紋（streaks）、陰影（shading）、環狀（rings）及帶狀（bands）等。理解不同假影的成因與特徵，是醫事放射師在臨床上排除假影並提升影像品質的核心能力，亦為國考中極為常見的命題重點。

選項分析

(A) 條紋假影主要由偵測器損壞或校正不良造成 錯誤。偵測器損壞或校正不良（Detector miscalibration or failure）主要會造成環狀假影（ring artifacts）。特別是在第三代 CT 掃描儀中，因為 X 光管與偵測器同步旋轉的幾何關係，單一或部分不良偵測器的訊號誤差會在影像上畫出同心圓。條紋假影（streak artifacts）則多由金屬植入物、病人運動、光子匱乏（photon starvation）或嚴重的射束硬化所引起。

(B) 陰影假影常由射束硬化（beam hardening）效應、部分體積（partial volume）效應或散射輻射（scatter radiation）造成 正確。陰影假影（shading artifacts）通常表現為影像中不正常的大範圍暗區或低密度區：

  1. 射束硬化效應：當多頻譜 X 射線穿過高密度組織（如骨骼），低能光子被吸收，剩下高能光子，導致射束平均能量上升。在重建時，常會在兩個高密度構造（如顱底岩骨）之間產生明顯的陰影假影。
  2. 部分體積效應：當一個體素（voxel）內同時包含高密度與低密度組織時，電腦會取平均值（partial volume averaging），這可能在影像邊緣或不規則結構周邊造成假性陰影。
  3. 散射輻射：X 光與物質發生康普頓散射後偏離原方向，若被偵測器接收，會產生錯誤的非線性訊號，導致影像對比度降低，進而在影像中產生低頻陰影假影。

(C) 環狀假影通常由病人運動引起，並多出現在影像邊緣 錯誤。**環狀假影（ring artifacts）**是由於偵測器單元故障或校正不良引起。因為掃描儀繞著旋轉中心運作，這些假影通常會出現在以旋轉中心（isocenter）為圓心的同心圓上，而非僅出現在影像邊緣。病人運動（patient motion）則會引起影像的模糊（blurring）、重影（ghosting）或條紋假影。

(D) 條紋假影的成因僅限於金屬植入物引起的輻射阻擋現象 錯誤。「僅限於」一詞過於絕對。雖然金屬植入物（如人工關節、牙材）的確會因為極高的原子序造成嚴重的射線阻擋，進而產生強烈的條紋假影（metal artifacts/star artifacts），但條紋假影的成因非常多元，還包含：

  • 光子匱乏（Photon starvation，如 X 光穿過病人極厚部位如肩膀或骨盆時，到達偵測器的訊號過少，導致雜訊被放大成條紋）
  • 病人運動（Patient motion）
  • 嚴重射束硬化效應（Beam hardening）
  • 掃描範圍外假影（Out-of-field artifact，當病人體積大於掃描照野時產生）

答案解析

綜合上述分析，(B) 是唯一正確的敘述。陰影假影（shading artifacts）的物理性成因的確包含了射束硬化、部分體積效應以及散射輻射。CT 影像重建仰賴準確的線性投影數據，當上述物理現象發生時，投影數據會與理想值產生非線性的偏差，這些低頻誤差在濾波反投影（Filtered Back Projection）重建後就會形成大範圍的陰影。而(A)錯在將成因張冠李戴，(C)錯在環狀假影的成因與發生位置，(D)錯在將條紋假影的成因單一化。

核心知識點

醫事放射師國考針對 CT 假影（CT Artifacts）的常見考點整理，考生務必熟記：

  1. 假影種類與成因配對：
    • 環狀假影 (Ring artifact)：第三代 CT 最常見，因偵測器 (Detector) 單元故障或校準不良引起。
    • 條紋假影 (Streak artifact)：金屬植入物、光子匱乏（訊號不足產生雜訊放大）、病人運動。
    • 陰影假影 (Shading artifact)：射束硬化、部分體積效應、散射輻射、不完整投影（如手臂置於 SFOV 外）。
    • 杯狀假影 (Cupping artifact)：射束硬化的典型表現，均質假體中心呈現較低 CT 值，邊緣呈現較高 CT 值。
  2. 假影的改善與消除策略：
    • 射束硬化：提高管電壓 (kVp)、使用適當的射束濾片（如 Bow-tie filter）、採用反覆運算重建技術（Iterative reconstruction）或雙能量 CT (Dual-energy CT)。
    • 部分體積效應：使用較薄的切面厚度（Thin slice thickness）來減少 Z 軸方向的平均效應。
    • 金屬假影：提高管電壓、使用金屬假影消除軟體（MAR algorithm）、調整病患擺位（如牙齒有金屬假牙時調整 gantry 角度以避開感興趣區域）。
    • 光子匱乏：使用管電流調節技術（mA modulation / ATCM）、增加管電流或延長旋轉時間。

參考資料

  1. Barrett, J. F., & Keat, N. (2004). Artifacts in CT: recognition and avoidance. Radiographics, 24(6), 1679-1691. (https://pubs.rsna.org/doi/10.1148/rg.246045065)
  2. Medical Professionals. (2024). Understanding CT Artifacts: A Comprehensive Guide. (https://medicalprofessionals.com/understanding-ct-artifacts)
  3. Zhu, Y., et al. (2018). Shading correction for volumetric CT using deep convolutional neural network and adaptive filter. Physics in Medicine & Biology. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8900762/)
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