放射 - 核子醫學物理考古題解析 - 民國114年

本題觀念：

本題探討的是三維正子斷層造影（3D PET）系統在長軸方向（z direction，即軸向，Axial direction）上的靈敏度（Sensitivity）分布特性。在PET造影中，2D與3D模式最大的硬體差異在於「吸收散射射線的鉛隔（Septa）是否移除」。這項改變不僅影響了射線的偵測幾何，也徹底改變了系統的軸向靈敏度分布（Axial sensitivity profile）。

選項分析

A. 照影系統在不同軸向位置上，靈敏度維持恆定：錯誤。在有鉛隔的 2D PET 模式下，因鉛隔限制了跨環（Cross-plane）的偵測，互應線（LOR）多侷限於同一偵測環或相鄰環之內，因此其軸向靈敏度在大部分視野內相對均勻（呈現類似矩形分布，僅在邊緣稍微下降）。但在3D PET中，靈敏度並非恆定。
B. 照影系統在軸向起始點上，靈敏度維持恆定：錯誤。3D PET 在軸向兩端（起始點與終末點）的靈敏度會急遽下降，並非恆定。
C. 照影系統在軸向中央點上，靈敏度達到最大值：正確。在 3D PET 模式下，鉛隔被移除，任何一個偵測環上的偵測器都可以與其他所有環的偵測器產生符合互應（Coincidence）。由於位在軸向視野（Axial FOV）中央的射源，能夠與最多的偵測器環組合形成互應線（LOR），因此中央點接收到的訊號最多；而越靠近邊緣的射源，能涵蓋的立體角與可配對的環數越少。這使得 3D PET 的軸向靈敏度分布呈現典型的「三角形分布（Triangular profile）」，並在中央點達到最大值。
D. 照影系統在軸向終末點上，靈敏度達到最大值：錯誤。如前述，越靠近軸向邊緣（起始點或終末點），可配對形成 LOR 的偵測環數量越少，靈敏度會降至最低。

答案解析

在 3D PET 系統中，因移除了層間鉛隔（Inter-plane septa），允許大角度的跨環互應事件被偵測。從幾何學的角度來看，位於軸向中心（CFOV, Center of Field of View）的射源向四面八方發射出成對的互斥光子時，被上下不同偵測環同時捕捉到的機率最高。相對地，如果射源位於軸向邊緣（即 z 軸的頭端或尾端），許多朝向掃描儀外側發射的光子會直接逸出，無法被另一端的偵測器捕捉，導致邊緣位置的靈敏度最低。因此，3D PET 的軸向靈敏度剖面圖（Axial sensitivity profile）會呈現出一個中心最高、向兩側線性遞減的「三角形」形狀。故選項 C 是正確的描述。

核心知識點

針對PET系統效能與幾何設計，考生應熟記以下核心觀念：

2D 與 3D PET 的差異：
- 2D PET：有鉛隔（Septa），限制跨環互應，散射分率（Scatter fraction）低，軸向靈敏度相對均勻（矩形分布）。
- 3D PET：無鉛隔，允許所有跨環互應，總靈敏度大幅提升（約為2D的4~10倍），但散射分率與隨機互應（Randoms）也顯著增加，軸向靈敏度呈三角形分布（中央最高，邊緣最低）。
臨床造影策略（Bed Overlapping）：為了彌補 3D PET 軸向兩端靈敏度低下的問題，在進行全身掃描（Whole-body scan）時，相鄰床位（Bed positions）之間必須有較大比例的重疊（通常為 30% ~ 50% 的重疊率），以確保全身影像具備均勻的訊號雜訊比（SNR）。
系統效能指標 (NEMA 規範)：理解空間解析度（Spatial resolution）、靈敏度（Sensitivity）、散射分率（Scatter fraction）及雜訊等效計數率（NECR）在 2D 與 3D 模式下的變化趨勢。

臨床重要性

了解 3D PET 的三角形靈敏度特性對於臨床造影參數設定非常重要。例如，在擺位時，放射師應盡量將病灶或感興趣的器官（如心臟、腦部或特定腫瘤）放置於掃描儀的軸向中央位置，以獲得最佳的靈敏度與影像品質。同時，這也是為什麼全身掃描必須設定適當的床位重疊（Bed overlap）才能避免影像在拼接處出現明顯的假影或雜訊增加的原因。

3D PET之系統靈敏度（system sensitivity）在長軸方向（z direction）上有何特性？

詳細解析

本題觀念：

選項分析

答案解析

核心知識點

臨床重要性

參考資料