承上題【下圖為 system sensitivity，spatial resolution 與 source to collimator distance 的關係圖，藍色表示pinhole collimator，綠色表示 converging collimator，紫色表示 high resolution parallel hole collimator，紅色表示general purpose parallel hole collimator。若射源距離collimator 5 cm 處，其spatial resolution 的比較，下列何者最差？】，若射源距離 collimator 5 cm，其 sensitivity 的比較，下列何者最高？

本題觀念：

核醫學造影中，準直儀（collimator）的幾何設計決定了系統的靈敏度（sensitivity）與空間解析度（spatial resolution）。不同類型的準直儀，其靈敏度及解析度隨射源與準直儀表面距離（source-to-collimator distance）的變化具有截然不同的物理特徵。本題主要測驗考生能否根據圖表，判讀各準直儀的靈敏度隨距離變化的相對關係。

影像分析：

題目提供兩張折線圖，分別呈現四種準直儀的特性隨距離的變化：

• 左圖（Extrinsic sensitivity 系統靈敏度）：
  • 藍線（pinhole collimator，針孔準直儀）：在極近距離下靈敏度極高，但隨著距離增加，呈現快速下降（平方反比衰減）。
  • 紫線（high resolution parallel hole collimator，高解析度平行孔準直儀）：靈敏度不隨距離改變，數值維持在較低水平（約為 2）。
  • 紅線（general purpose parallel hole collimator，通用型平行孔準直儀）：靈敏度同樣不隨距離改變，但因孔徑較大，數值高於紫線（約為 3）。
  • 綠線（converging collimator，會聚孔準直儀）：靈敏度隨著距離增加而逐漸上升。
• 右圖（Ext spatial resolution 系統空間解析度）：縱軸數值（mm，通常代表 FWHM）越大表示解析度越差。可以看出藍線（針孔）解析度最好（數值最小），而紅線（通用型平行孔）解析度最差；除針孔外，其餘三者的解析度皆隨距離增加而明顯變差。

選項分析

題目詢問：「若射源距離 collimator 5 cm，其 sensitivity 的比較，下列何者最高？」 觀察左圖（系統靈敏度）中橫軸距離為 5 cm 的位置，對應各線條的縱軸數值如下：

• (A) pinhole collimator（藍線）：數值已大幅下降至接近 0，為四者中最低。
• (B) converging collimator（綠線）：數值約為 4，位居最高。
• (C) high resolution parallel hole collimator（紫線）：數值維持在 2，排名第三。
• (D) general purpose parallel hole collimator（紅線）：數值維持在 3，排名第二。

因此，在距離 5 cm 處，靈敏度最高的為綠線所代表的 converging collimator。

答案解析

正確答案為 (B) converging collimator。

這個現象反映了各準直儀的物理幾何設計差異：

1. 會聚孔準直儀（Converging collimator）：其孔洞排列朝向前方空間的單一焦點集中。當射源遠離準直儀表面（且尚未到達焦點前），因為視角交集的關係，能接受到該射源輻射的孔洞數量會增加，因此靈敏度會隨距離增加而提高。
2. 平行孔準直儀（Parallel hole collimator）：因所有孔洞相互平行，雖然單一孔洞接收到的光子數隨距離平方反比下降，但能「看到」點射源的孔洞數量隨距離平方增加，兩效應互相抵銷，使得整體系統靈敏度在空氣中幾乎不隨距離改變。其中，通用型（general purpose）為了取得較好的計數率，孔徑設計大於高解析度（high resolution）型，故紅線靈敏度高於紫線。
3. 針孔準直儀（Pinhole collimator）：僅由單一個小孔成像，其行為嚴格遵守與距離平方成反比的物理法則，故隨距離拉遠，到達晶體的光子通量會劇烈衰減。

從圖表中可以明確得知，當距離達到 5 cm 時，會聚孔準直儀的靈敏度曲線已超過了固定不變的平行孔準直儀，並且遠高於快速衰減的針孔準直儀。

核心知識點

核醫學造影中，常見準直儀隨射源距離增加的物理特性變化整理如下（假設無空氣衰減條件）：

• 平行孔準直儀（Parallel-hole）：靈敏度不變；空間解析度變差。
• 會聚孔準直儀（Converging）：在焦距內，靈敏度增加；空間解析度變差；影像產生放大（magnification）效果。
• 發散孔準直儀（Diverging）：靈敏度降低；空間解析度變差；影像產生縮小（minification）效果。
• 針孔準直儀（Pinhole）：靈敏度隨距離平方反比急劇降低；在極近距離具有極佳的空間解析度與影像放大效果，臨床上常應用於甲狀腺等表淺小器官的射出造影。

參考資料

1. General | AuntMinnie (https://www.auntminnie.com/clinical-news/molecular-imaging/general)
2. Low-energy multihole converging collimator compared with a pinhole collimator - OSTI.gov (https://www.osti.gov/biblio/4348195)
3. Detectability or Final Contrast in an Image | Radiology Key (https://radiologykey.com/detectability-or-final-contrast-in-an-image/)