正子斷層造影的基本偵測原理

原 子中的原子核包含了兩種重要的基本粒子，即質子和中子，這兩種粒子都稱為核子。一個 穩定原子核中質子間彼此排斥的正電力，與作用在所有核子中具有吸引力的 強核力（Nuclear Forces）是相互達到平衡的。原子核內所有核子間的排斥力若大於吸引力而導致不平衡，則 此時原子核便是處於不穩定的狀態。使用原子反應爐或迴旋加速 器，能夠產生擁有過多質子 且處於不穩定狀態的同位素（Isotope）。這些富含質子的同位素能夠以兩種形式作衰變 （Decay）：電子捕獲 （Electron Capture）和正子放射（Positron Emission）。兩種核衰變形式 最後的結果都是將一個質子轉變成一個中子，因此，原子的原子序將減少了１，而導致作用 在原子核內的兩種力量能達到較好 的平衡。 正子放射為原子核內的一個質子被變換成一個 中子和一個正子的結果。正子（e＋）和電子（e－）皆擁有相同的質量及價位，電子帶有一 個負電價位，但是正子郤 是與其相反帶有一個正電價位。正子放射的核子反應方程式可以下 式表之： Ａ Ａ N → N ＋ e＋＋ν Ｚ Ｚ－１ 原子核本身若要進行正子放射反應，則其 母核與子核能態的總能量差異，必須至少為 1.022 MeV 才可行。 正子在固體與液體中的存 在時間非常地短，這是因為其與原子的電子在互相作用、碰撞散射後，會快速地散失掉它的 動能，而且在游移大約1 至 3 mm 之後，當它幾乎達到靜止狀態時，它會與一個電子相結合， 然後這兩個粒子將會互毀(Annihilation)並且把質量轉變成能量而形成兩個 γ 射線。 互毀過程 所釋放出的能量總和為1.022 MeV。為了同時保存動量和能量兩者，互毀過程必定會產生兩 個彼此呈180 度射出，同時射出時間一致且各帶能量 511 KeV 的 γ-ray，而這兩個 511 KeV γ-ray 的同時偵測便形成了 PET 造影成像的基礎。若靠著正子放射斷層掃描儀（具有 3-4 環 包含許多偵測器且彼此並排的大偵測環），環繞著受檢者同時收集來自身體每秒數百萬的成對 γ- ray 訊號，再經由電腦的處理，將這些訊息重新組成影像，便可得到正子放射同位素在人體 內全身或局部部位分布的情況。