在電腦斷層檢查時，若設定影像照野field of view（FOV）長寬各為256 mm，影像矩陣為 512 ×512，切片厚度為 1 mm，則體素（voxel）大小為多少mm³？

本題觀念：

本題測驗電腦斷層（CT）影像中「體素（Voxel）」大小的計算方式。 在醫學影像中，數位影像是由許多微小的單位組成。在二維平面上稱為「畫素（Pixel）」，而加上了掃描的「切片厚度（Slice thickness）」後，則形成三維的「體素（Voxel）」。 計算公式如下：

1. 畫素大小（Pixel size） = 照野大小（Field of View, FOV） / 影像矩陣（Matrix size）
2. 體素大小（Voxel size） = 畫素長度 × 畫素寬度 × 切片厚度（Slice thickness）

選項分析

根據題意提供的數據：

• 照野大小（FOV）：256 mm × 256 mm
• 影像矩陣（Matrix size）：512 × 512
• 切片厚度（Slice thickness）：1 mm

第一步：計算二維的畫素（Pixel）大小

• 畫素長度 = 256 mm / 512 = 0.5 mm
• 畫素寬度 = 256 mm / 512 = 0.5 mm 因此，平面畫素尺寸為 $0.5 \text{ mm} \times 0.5 \text{ mm}$。

第二步：計算三維的體素（Voxel）大小

• 體素大小 = 畫素長度 × 畫素寬度 × 切片厚度

• 體素大小 = $0.5 \text{ mm} \times 0.5 \text{ mm} \times 1 \text{ mm}$

• (A) 5×5×0.5：計算錯誤。

• (B) 1×1×1：未將 FOV 正確除以影像矩陣，且未對應到正確的切片厚度。

• (C) 0.5×0.5×0.5：平面畫素計算正確，但將切片厚度誤認為 0.5 mm。

• (D) 0.5×0.5×1：計算正確，為本題正確解答。

答案解析

本題為標準的醫學影像物理計算題。在電腦斷層檢查中，重建出的影像矩陣直接決定了影像平面的空間解析度。將給定的照野（FOV = 256 mm）除以矩陣大小（512），即可得知每個畫素的長寬皆為 0.5 mm。加上題目給定的切片厚度（1 mm），即可得出該三維體積單元（voxel）的尺寸大小為 $0.5 \text{ mm} \times 0.5 \text{ mm} \times 1 \text{ mm}$。故選項 (D) 為正確答案。

核心知識點

1. 空間解析度與體素的關係：
   • 體素（Voxel）越小，CT 影像的空間解析度（Spatial resolution）越好。
   • 縮小 FOV 或增加 Matrix size 都可以縮小畫素，進而提高平面解析度。
   • 減小切片厚度可改善 Z 軸的解析度，並減少部分體積效應（Partial volume effect）。
2. 公式熟記：
   • $\text{Pixel Size} = \frac{\text{FOV}}{\text{Matrix}}$
   • $\text{Voxel Volume} = \text{Pixel Area} \times \text{Slice Thickness}$

臨床重要性

在臨床 CT 掃描參數設定時，放射師必須根據檢查的目的來權衡 FOV、Matrix 與切片厚度。若為了尋找微小的病灶（如內耳聽小骨、肺部微小結節），通常會選擇較小的 FOV、較大的 Matrix 並使用薄切片（thin slice）來獲得等方性（isotropic）或接近等方性的體素（例如 $0.5 \times 0.5 \times 0.5 \text{ mm}^3$），以獲得最高品質的多切面重組（MPR）影像。但須注意，縮小體積單位會導致接收到的光子數減少，從而增加影像雜訊，可能需要提高輻射劑量來做補償。

參考資料

1. Bushong, S. C. (2020). Radiologic Science for Technologists: Physics, Biology, and Protection. Elsevier.