放射 - PET造影原理與重組考古題解析 - 民國115年

本題觀念：

正子斷層造影（PET）的符合事件（coincidence events）分類與 2D/3D 取像模式的差異。PET 偵測器利用極短的符合時間窗（coincidence time window）來記錄由組織內正子互毀反應（annihilation）產生的成對 511 keV 光子。系統所記錄下來的符合事件主要分為三類：真實符合（true coincidences）、散射符合（scatter coincidences）以及隨機符合/隨機事件（random coincidences）。

選項分析

(A) 隨機事件中的光子對來自於不同的互毀事件：正確。隨機事件的定義為：兩個分別來自「不同互毀反應」的獨立光子，恰巧在同一個符合時間窗內分別被兩個相對的偵測器接收，系統便誤將其判定為來自同一個互毀反應而記錄為一條錯誤的反應線（Line of Response, LOR）。
(B) 在三維模式時，隨機事件計數率會比二維模式少：錯誤。二維（2D）模式會使用鉛或鎢製的隔板（septa），這能有效阻擋非同一橫切面的斜向光子，從而降低散射與隨機事件。而三維（3D）模式為了提高系統靈敏度，移除了這些隔板，使得各角度的斜向光子都能被偵測到。雖然此舉使真實事件（true events）增加，但隨機事件與散射事件的計數率也會「大幅增加」，並非減少。
(C) 如果不校正隨機事件，會造成影像低對比的現象：正確。隨機事件會在整個影像視野（FOV）中產生相對均勻分布的背景雜訊（background noise/fog），這不具有任何解剖或生理上的真實分佈意義。如果未經適當的校正，這些背景雜訊會使影像的背景值升高，進而降低病灶與背景的訊噪比（SNR）及影像的整體對比度（contrast）。
(D) 當活性增加時，隨機事件計數率也會增加：正確。在 PET 物理特性中，單一偵測器的計數率（singles rate）與體內放射性活度（activity）成正比。隨機事件的計數率公式為 $R_{random} = 2\tau \cdot R_1 \cdot R_2$ （其中 $2\tau$ 為符合時間窗， $R_1, R_2$ 為兩個相對偵測器的單一計數率）。因為單一計數率與活度成正比，所以隨機事件率會與活度的「平方」成正比（ $A^2$ ）。當給藥活性增加時，隨機事件計數率不僅會增加，且增加的速度會比真實事件來得快。

答案解析

本題要求選出最不適當的敘述，答案為選項 (B)。因為在 3D PET 取像模式下，移除隔板（septa）的設計會讓系統接收到跨切面的大量光子，導致隨機事件（random events）與散射事件（scatter events）的計數率顯著「高於」2D 取像模式。

核心知識點

醫事放射師在準備國考時，需熟練掌握以下 PET 系統物理學概念：

符合事件分類與特性：
- True coincidence（真實事件）：同一互毀反應的兩個光子未經散射，在符合時間窗內被偵測。
- Scatter coincidence（散射事件）：同一互毀反應的光子，其中一個或兩個發生康普頓散射後改變行進方向才被偵測，會造成 LOR 定位錯誤。
- Random coincidence（隨機事件）：來自兩個不同互毀反應的光子，偶然在同一時間窗內被偵測。其發生率與放射活度呈「平方」正比關係（ $R_{random} \propto A^2$ ）。
2D 與 3D 取像模式的差異：
- 2D 模式：具備層間隔板（septa），靈敏度較低，但散射分率（scatter fraction）和隨機事件受到抑制。
- 3D 模式：無隔板，全視野接收，靈敏度大幅提升（約 4-8 倍），但也導致散射和隨機事件率劇增，必須搭配精密的資料校正與迭代影像重組演算法。
隨機事件校正技術：
- 業界常利用「延遲時間窗法（delayed coincidence window）」或「單一事件計數率估算法（singles rate method）」來推估並扣除隨機事件計數。

臨床重要性

在臨床給予病患放射性同位素（如 $^{18}\text{F-FDG}$ ）時，絕不能為了提高造影計數而無上限地增加注射劑量。因為當體內活度不斷增加時，雖然真實事件會隨之增加，但隨機事件會以劑量的「平方倍率」劇增。當活度高過系統的最佳負荷點時，會導致雜訊等效計數率（Noise Equivalent Count rate, NECR）反而下降，造成影像品質劣化。這在現代幾乎皆採用 3D 取像為主流的 PET/CT 掃描儀中，是優化給藥劑量（Dose Optimization）的重要考量。

參考資料

Correction Methods for Random Coincidences in Fully 3D Whole-Body PET: Impact on Data and Image Quality (Journal of Nuclear Medicine, 2005). (https://jnm.snmjournals.org/content/46/5/859)
Experience with fully 3D PET and implications for future high-resolution 3D tomographs (Physics in Medicine & Biology). (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9725586/)
Principles of Multimodality Imaging: PET/CT - European Nuclear Medicine Guide. (https://www.nucmed-guide.app/principles-of-multimodality-imaging-pet-ct/)

關於正子影像系統中隨機事件的敘述，下列何者最不適當？

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