康普敦攝影

 

概論

傳統的Anger camera,利用鉛隔製成的準直儀來限定惟有垂直於偵測探頭的輻射線才可以進入偵測器,藉此察知輻射線的來源,以作成平面造影或是經過數位處理以作成斷層影像;然而,鉛隔製成的準直儀相對的也只讓一定角度的輻射線進入偵測探頭,這大大的減低了儀器的敏感度;因為輻射源以360度所散發的輻射只有1-2度的輻射為偵測器所接受。為了解決上述的問題,一些新的造影儀器於焉產生。這裡要向大家介紹的其中一種新造影儀器為:"Compton camera"。 (Singh M, Brechner RR. Experimental test-object study of electronically collimated SPECT. JMN 1990;31:178-186.)
 

 
圖中在前面的小圓形金屬體,下面接有冷卻器者為Compton detector;其後較大的圓柱形偵測探頭為absorption detector。
 

原理

 
這個儀器的誕生來自於偵測太空中遠輻射場的靈感。由於太空中的輻射到達地面的量極少,為了偵測幅射的來源,所建構的偵測儀器須具備高敏感度的特性,故不適合以準直儀來限定僅小角度的輻射線才可以進入偵測儀,其改良的做法乃運用兩點決定一線的原理,擷取所有可被第一個偵測探頭擷取的輻射線作為訊號來源,相對的增加了偵測儀的敏感度。

 
 
如上圖所示,該儀器由兩個偵測探頭組成: DET.1 (Compton detector) 主要使入射的輻射線產生康普敦散射(Compton scatter),該入射輻射線在衰減某能量E1以及E2後偏離原入射路徑θ1以及θ2的角度 ; DET.2 (absorption detector) 使經過散射的輻射線被第二個偵測探頭吸收
 

如上圖所示,該儀器由兩個偵測探頭組成: DET.1 (Compton detector) 主要使入射的輻射線產生康普敦散射(Compton scatter),該入射輻射線在衰減某能量E1以及E2後偏離原入射路徑θ1以及θ2的角度 ; DET.2 (absorption detector) 使經過散射的輻射線被第二個偵測探頭吸收,利用

  1. 偵測入射輻射線與DET.1及DET.2交互作用的位置可以決定該輻射線經DET.1散射後在兩個偵測器(DET.1及DET.2)之間的行進路線;
  2. 由DET.1測得入射輻射線在DET.1產生康普敦散射後所損失的衰減能量(圖中的E1以及E2),可換算得散射後行進路線與該輻射線原行進路線的夾角度數(圖中的θ1以及θ2)
  3. 由散射後輻射行進路線;以及散射角度,即可推得原輻射的來源。

潛在運用

 
運用這樣的原理所設計出的偵測器,自然要較傳統有鉛隔準直儀的偵測儀擁有較高的敏感度,其理論上較傳統有鉛隔做準直儀的偵測器增加約300至12倍的敏感度(依被偵測物體離偵測探頭的距離的不同而有異,被偵測物體離偵測探頭愈近則愈大角度的輻射線可進入第一個探頭,相對的,機器的敏感度愈大),而實際測試出的敏感度差距亦有63至28倍之譜。意即利用新偵測器只需原備有鉛隔準直儀的偵測儀約60-30分之一的時間、或是放射示蹤劑的劑量,即可達到相同造影品質。這樣自然可以節省造影的時間,或是減少病人所接受的輻射劑量。

除了可增加偵測器的敏感度外,因為不用準直儀來限定入射輻射的角度,因此也沒有因為利用厚的鉛隔偵測high energy radiation而犧牲解析度的問題。

雖然這個偵測儀器的設計有以上好處,然而在進入商品化之前仍有幾點有待改進:

  1. 該偵測器的造影解析度,一大部分取決於第一個探頭的能量解析度,因康譜敦角度的數值換算自第一個探頭所偵測的康譜敦散射能量,其能量解析度的好壞,關係到康譜敦角度的計算,直接影響到原入射輻射的位置是否能正確的推估。依目前的材料科學,其解析度仍有待改進。
  2. 目前,第一個探頭的材料多以半導體為主,因所需的工作溫度低,常須冷卻器在旁,限制了機器的體積大小以及機動性。
  3. 利用此原理作影像重組所需的數學運算模式極為複雜,依目前的電腦進展程度仍有改善的空間。

結論

 
Compton Camera的原理雖可行,其增加的效益也很吸引人,然而,要進入商品化,仍有待材料科學以及數學運算模式的改進。希望在不久的將來能見到更為成熟的產品問世。
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