115年:放射診斷(2)

關於數位放射攝影DR 系統,下列敘述何者正確?

A將填滿因子(fill factor)變小,可提高訊號雜訊比(SNR)
B為維持影像品質,填滿因子(fill factor)變小將使病人的輻射劑量增加
C將像素尺寸(pixel)變大,可改善空間解析度
D照野(FOV)大小固定,影像矩陣愈大則填滿因子(fill factor)愈大

詳細解析

本題觀念

數位放射攝影(digital radiography, DR)的影像品質,除了受到曝光量與雜訊影響,也和偵測器如何收集入射 X 光有關。填滿因子(fill factor)是單一偵測元件中,真正能感測並收集電荷的有效面積,占整個偵測元件面積的比例。比例越高,通常越能有效利用入射輻射;比例降低時,在相同曝光條件下可形成的有效訊號減少,訊號雜訊比(signal-to-noise ratio, SNR)也不會因此變好。若仍要求維持原本的影像品質,就需要增加入射 X 光量,這會使病人接受較高的輻射劑量。

選項分析

A ❌ 錯誤。 填滿因子變小,代表有效感測區域在每個偵測元件中所占比例下降。相同曝光下,能被轉換成有效影像訊號的輻射利用率降低,量子雜訊相對變得更明顯,因此 SNR 不會提高;若其他條件不變,影像訊號的效率反而較差。

B ✅ 正確。 填滿因子降低會使偵測器效率下降。為了讓影像仍保有相近的 SNR 與可接受的影像品質,必須用增加曝光量的方式補回有效訊號。曝光量增加代表病人接受的輻射劑量增加,所以本選項符合填滿因子與劑量之間的關係。

C ❌ 錯誤。 在照野(field of view, FOV)固定時,像素尺寸變大,代表每個像素涵蓋的實際距離變長,單位距離內可取得的取樣點變少。細小結構因此較容易被同一像素平均,空間解析度會下降。像素較小、取樣密度較高,才有利於呈現細節。

D ❌ 錯誤。 填滿因子不是由影像矩陣單獨決定的數字。當 FOV 固定而矩陣變大時,像素尺寸會變小;但偵測元件內的薄膜電晶體、儲存電容與配線等非感測區域,不會必然按相同比例縮小。可用於感測的面積比例通常變小或受限,不能推論為填滿因子變大。

答案解析

本題要把兩組關係分開記憶。第一組是填滿因子、偵測效率、SNR 與輻射劑量:填滿因子變小,單位面積能有效收集的輻射訊號減少;若要維持相同影像品質,便需要增加曝光補償,病人劑量也隨之上升。第二組是 FOV、矩陣與像素尺寸:FOV 固定時,矩陣越大,每個像素越小,取樣密度與理論上的空間解析能力越高,但這不等於填滿因子會變大。因此正確答案為 B

核心知識點

  • 填滿因子=有效感測或電荷收集面積 ÷ 偵測元件總面積。
  • 填滿因子降低時,偵測器對入射 X 光的利用效率降低;若要維持 SNR,通常需增加曝光量,病人輻射劑量上升。
  • 在 FOV 固定下,矩陣變大會讓像素變小,取樣密度增加;像素變大則會使空間解析度下降。
  • 像素尺寸、矩陣大小與填滿因子彼此相關,但不是同義詞;矩陣變大不能直接判定填滿因子變大。

參考資料

  1. Digital Radiographic Exposure: Image Capture and Display
  2. ARRT Prep: Digital Imaging Characteristics
  3. Digital Radiography: Physical Principles and Image Quality
  4. Detective Quantum Efficiency in Digital Radiography