設定加馬攝影機取像條件時，若將能窗（ energy window ）調整較窄，會造成下列何種狀況？

本題觀念：

本題測試加馬攝影機（Gamma camera）的能窗（Energy window）設定與影像品質、計數率之間的關聯。加馬攝影機利用脈高分析儀（Pulse height analyzer, PHA）設定特定的能量範圍（即能窗），只記錄落在此範圍內的加馬射線光子。其主要目的是為了收集未經散射的原始光子（光電峰，Photopeak），同時排除因康普吞散射（Compton scattering）而損失能量的干擾光子。

選項分析

• (A) 散射現象（scatter）增加，計數率（count rate）增加：錯誤。能窗變窄會過濾掉更多能量較低的散射光子，因此散射現象應為減少。此外，總體被記錄的光子變少，計數率必定會下降。
• (B) 散射現象（scatter）減少，計數率（count rate）增加：錯誤。雖然散射現象減少的敘述正確，但因為能窗的接收範圍縮小，會同時將部分真實光子排除在外，因此計數率不會增加，而是會減少。
• (C) 散射現象（scatter）增加，計數率（count rate）減少：錯誤。能窗變窄能更嚴格、更精準地排除偏離光電峰能量的散射光子，因此散射現象是減少而非增加。
• (D) 散射現象（scatter）減少，計數率（count rate）減少：正確。較窄的能窗能更嚴格地剔除低能量的康普吞散射光子，使散射現象減少；但同時也限制了整體被接受的光子數量，包含部分受限於儀器能量解析度而展寬的未散射光子也被捨棄，導致總計數率下降。

答案解析

在核子醫學造影中，放射性同位素在患者體內衰變釋放的加馬射線，在穿透人體組織時常會發生康普吞游離（Compton scattering）。散射後的光子不僅行進方向發生改變，其能量也會隨之下降。這些低能量散射光子若被偵測到，會導致影像模糊與對比度降低。

為了解決這個問題，加馬攝影機會設定一個圍繞著目標核種光電峰的能窗（例如臨床上 Tc-99m 常用 140 keV ± 10%，即 20% 能窗）。當我們將能窗調整得較窄時：

1. 散射現象（Scatter）減少：較窄的能窗大幅提高了能量下限，能更有效地阻擋因散射而失去能量的光子進入計數系統，從而改善影像對比度。
2. 計數率（Count rate）減少：實際上，閃爍晶體（如 NaI(Tl)）與光電倍增管的「能量解析度（Energy resolution）」並非完美，未散射的真實光子在能譜上會呈現一個常態分布（高斯分布）的展寬。當能窗變窄時，雖然排除了散射光子，但同時也切掉了部分落在光電峰邊緣的真實信號光子。結果導致系統整體接收到的有效光子總數減少，計數率下降。這代表若要維持相同的影像總計數，就必須延長病患的取像時間。

核心知識點

考生準備醫事放射師考試時，須熟練掌握以下核醫儀器學與輻射物理學的核心觀念：

1. 康普吞散射（Compton Scattering）：在核子醫學中，光子在體內發生的康普吞散射會改變光子行進方向並降低光子能量，是造成核醫影像空間對比度下降、背景雜訊增加的主因。
2. 能窗設定的權衡效應（Trade-off）：
   • 能窗設定較窄：排除更多散射光子，空間對比度上升；但捨棄掉部分真實光子，計數率下降，導致統計雜訊可能增加。
   • 能窗設定較寬：計數率上升，取像時間縮短；但會混入大量低能量的散射光子，造成影像對比度與空間解析度劣化。
3. 能量解析度（Energy Resolution）：能量解析度越好（如 CZT 半導體偵檢器優於傳統 NaI(Tl) 晶體），光電峰越窄，才允許在不大幅犧牲計數率的情況下，設定更窄的能窗來有效剔除散射。

參考資料

1. Radiology Key. Nuclear Imaging—The Gamma Camera. (https://radiologykey.com/nuclear-imaging-the-gamma-camera/)
2. Radiology Key. The Gamma Camera: Performance Characteristics. (https://radiologykey.com/the-gamma-camera-performance-characteristics/)