醫學成像技術：練習題

在醫學診斷中，光纖內窺鏡允許醫生觀察病人體內的器官。光線能在彎曲的光纖束中傳播而能量損失極小，主要是利用了下列哪項原理？

下列關於醫學超聲波成像中換能器的敘述，哪一項是正確的？

在伽瑪攝影機中，準直器 (collimator) 對於形成清晰的放射性同位素分佈圖像至關重要。下列關於準直器的作用，哪項敘述是正確的？

下列哪一種物理量定義為X-射線束通過介質時，強度按指數衰減 \(I = I_0 e^{-\mu x}\) 中的常數 \(\mu\)？

在醫學成像技術中，超聲波從聲阻抗為 \(Z_1\) 的介質射向聲阻抗為 \(Z_2\) 的介質界面。下列哪項公式正確表示強度反射係數 \(\alpha\)？

在進行醫學超聲波掃描時，醫生會在換能器與皮膚之間塗抹耦合劑。請簡述耦合劑如何透過匹配聲阻抗（acoustic impedance）來減少超聲波在界面的反射。

一束單色 X-射線通過一塊厚度為 \( 3.0 \text{ cm} \) 的均勻組織後，其強度減弱了 \( 50\% \)。若該組織的厚度增加至 \( 9.0 \text{ cm} \)，求剩餘的強度佔初始強度的百分比。

在醫學診斷中，醫生需要對人體軟組織進行詳細檢查，例如觀察胎兒的發展；同時也需要診斷骨骼結構的異常，例如骨折。請根據物理原理，解釋為何超聲波成像在觀察軟組織方面較X射線放射攝影有顯著優勢，而X射線放射攝影在診斷骨骼結構方面又較超聲波成像更為有效。

在醫學 X-射線放射攝影中，射線穿過人體組織時強度會減弱，這稱為衰減。

(a) 寫出描述 X-射線強度 \( I \) 隨穿透深度 \( x \) 變化的方程，並指出符號 \( \mu \) 的物理意義。(2分)

(b) 若某種軟組織對特定能量 X-射線的線性衰減係數為 \( 0.462 \text{ cm}^{-1} \)，求該組織的半值層 (HVL)。(2分)

一名病人需要進行醫學檢查。醫生考慮使用兩種成像技術：X-射線放射攝影和銲-99m (Technetium-99m) 骨骼閃爍掃描。

(a) 根據物理原理，解釋X-射線放射攝影如何形成骨骼結構的影像，特別是為何骨骼在X-射線影像中會顯得較白。你會提及X-射線與人體組織的相互作用。

(b) 對於銲-99m骨骼閃爍掃描，銲-99m會注射到病人體內。

(i) 列出一個銲-99m適合用於醫學診斷成像的關鍵特性。

(ii) 解釋銲-99m骨骼閃爍掃描的影像形成原理，包括伽瑪攝影機在過程中的作用。

(c) 比較X-射線放射攝影和銲-99m骨骼閃爍掃描在檢測早期骨骼異常（例如應力性骨折或感染）方面的診斷能力。請解釋哪種技術會更有效，並根據其底層物理原理說明原因。

(d) 病人安全至關重要。簡要討論使用銲-99m而非物理半衰期較長的放射性同位素進行診斷的一個優點，並考慮半衰期的概念。