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114年:放射器材(2)

⁶⁰Co 適用於體外放射治療，其在選擇上優於鐳及銫的原因，包含下列那些？①較高的比活度 ②每居禮中有較大的輻射輸出 ③較高的平均光子能量 ④較高的Γ值

A①②③④
B僅①③④
C僅②③④
D僅①②

詳細解析

本題觀念：

本題探討遠隔放射治療（External beam radiotherapy，體外放射治療）中，放射性同位素射源的選擇考量。在放射治療發展的早期，曾嘗試使用鐳-226 (Radium-226) 與銫-137 (Cesium-137) 作為射源，但後來幾乎全面被鈷-60 (Cobalt-60) 所取代。這主要是因為鈷-60 在物理與輻射劑量特性上具有顯著的優勢，能夠提供更高品質的治療射束。

選項分析

① 較高的比活度 (Specific activity)：正確 比活度是指單位質量的放射性活度（通常以 Ci/g 或 Bq/g 表示）。60Co^{60}\text{Co} 的比活度（理論值約 1130 Ci/g，實際製造可達數百 Ci/g）遠大於 137Cs^{137}\text{Cs}（約 87 Ci/g）及 226Ra^{226}\text{Ra}（約 1 Ci/g）。較高的比活度意味著可以在極小的體積內封裝極高的活度，從而有效縮小射源的物理尺寸（即較小的射束焦點）。較小的射源尺寸能大幅減少影像與射束的「幾何半影」（geometric penumbra），提升射束邊緣的銳利度。

② 每居禮中有較大的輻射輸出：正確 由於 60Co^{60}\text{Co} 每次衰變會釋放兩道高能加馬射線，且具有較高的特定加馬常數，因此相對於 137Cs^{137}\text{Cs} 與 226Ra^{226}\text{Ra}，在相同活度（例如 1 居禮）的條件下，60Co^{60}\text{Co} 能夠在空間中產生更大的輻射曝露率與劑量率。這能有效縮短病患單次治療所需的時間。

③ 較高的平均光子能量：正確 60Co^{60}\text{Co} 衰變時會釋放出能量分別為 1.17 MeV 與 1.33 MeV 的兩道加馬射線，平均能量視為 1.25 MeV。 相比之下：

  • 137Cs^{137}\text{Cs} 的光子能量為 0.662 MeV
  • 226Ra^{226}\text{Ra} 的平均光子能量約為 0.83 MeV 較高的光子能量具有更強的組織穿透力，不僅更適合治療深部腫瘤，還具有較佳的「皮膚保留效應」（Skin sparing effect），可將最大劑量深度（DmaxD_{max}）推移至皮下（約 0.5 公分處），從而減少病患表面皮膚的輻射傷害。

④ 較高的 Γ 值 (Specific gamma ray constant，特定加馬射線常數)：正確 Γ 值代表點射源在單位距離、單位活度下的曝露率（常見單位為 R⋅m2/(Ci⋅h)\text{R} \cdot \text{m}^2 / (\text{Ci} \cdot \text{h})）。

  • 60Co^{60}\text{Co} 的 Γ 值約為 1.30 R⋅m2/(Ci⋅h)\text{R} \cdot \text{m}^2 / (\text{Ci} \cdot \text{h})
  • 226Ra^{226}\text{Ra} 的 Γ 值約為 0.825 R⋅m2/(Ci⋅h)\text{R} \cdot \text{m}^2 / (\text{Ci} \cdot \text{h})
  • 137Cs^{137}\text{Cs} 的 Γ 值約為 0.326 R⋅m2/(Ci⋅h)\text{R} \cdot \text{m}^2 / (\text{Ci} \cdot \text{h}) 60Co^{60}\text{Co} 擁有最高的 Γ 值，這與選項 ② 所述的「每居禮有較大的輻射輸出」是互為表裡的物理現象。

答案解析

綜合上述分析，鈷-60 (60Co^{60}\text{Co}) 擁有較高的比活度、較高的平均光子能量、以及較大的特定加馬常數（Γ值），進而能提供每單位活度（居禮）較高的輻射輸出。這些優異的物理特性使得 60Co^{60}\text{Co} 成為這三種同位素中最適合用於體外遠隔放射治療的射源。因此，①、②、③、④ 皆為正確的敘述，最佳答案為 (A)。

核心知識點

針對國考，考生應熟記常見放射性同位素（60Co^{60}\text{Co}, 137Cs^{137}\text{Cs}, 226Ra^{226}\text{Ra}, 192Ir^{192}\text{Ir} 等）在放射治療中的物理特性比較：

  1. 比活度 (Specific activity) 與 幾何半影：比活度越大，射源體積可做得越小，進而減少幾何半影（Geometric penumbra）。60Co^{60}\text{Co} 的比活度極高。
  2. 光子能量比較：60Co^{60}\text{Co} (1.25 MeV) > 226Ra^{226}\text{Ra} (~0.83 MeV) > 137Cs^{137}\text{Cs} (0.662 MeV) > 192Ir^{192}\text{Ir} (~0.38 MeV)。能量越高，穿透力越強，皮膚保留效應（Skin sparing）越佳。
  3. 特定加馬常數 (Γ值)：衡量相同活度下產生曝露率能力的指標。60Co^{60}\text{Co} 的 Γ 值大於 226Ra^{226}\text{Ra} 及 137Cs^{137}\text{Cs}。
  4. 半衰期 (Half-life)：60Co^{60}\text{Co} 約為 5.26 年，137Cs^{137}\text{Cs} 約為 30 年，226Ra^{226}\text{Ra} 約為 1600 年。雖然 60Co^{60}\text{Co} 半衰期相對較短，但其優越的劑量特性彌補了需要定期更換射源的缺點。

臨床重要性

在現代醫學中，常規的體外放射治療雖然大多已被醫用直線加速器（Linear Accelerator, LINAC）所取代，但 60Co^{60}\text{Co} 射源憑藉其高比活度（可製成微小射源點）與高平均能量的特性，依然被廣泛應用於加馬刀（Gamma Knife） 立體定位放射手術中，提供腦部腫瘤及動靜脈畸形等病灶極高精準度的大劑量單次或少次數治療。

參考資料

  1. "114 年第二次專技高考醫師中醫師第一階段考試" (考選部歷屆試題)
  2. Co-60 Specific Gamma-Ray Constant (Γ) Determinations. ResearchGate. (https://www.researchgate.net/publication/282361139_Co-60_Specific_Gamma-Ray_Constant_G_Determinations_for_Various_Biological_Materials_Involved_in_Radiotherapy_Procedures_by_Using_GEANT4_and_NIST_XCOM)
  3. "Co-60 vs Cs-137 : r/Radiation" (Reddit discussions on radiation physics). (https://www.reddit.com/r/Radiation/comments/16m13k9/co60_vs_cs137/)
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