李 寧 姚忠強(qiáng) 廖光星 楊鴻宇 楊 志 陸靜佳 方建蕓 肖國有*

高端單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層(single-photon emission computed tomography，SPECT)和多排螺旋X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描儀(computed tomography，CT)組合而成的SPECT-CT設(shè)備，是功能顯像和解剖結(jié)構(gòu)顯像的結(jié)合體，不僅能提供人體組織的功能信息，而且還能提供解剖信息[1]。CT機(jī)為設(shè)備提供豐富的解剖形態(tài)學(xué)信息，SPECT顯像診斷的特異度和靈敏度得到極大提高，SPECT與CT的同機(jī)融合和精確配準(zhǔn)，顯著提高了疾病診斷的準(zhǔn)確度。單獨(dú)SPECT、單獨(dú)CT或單獨(dú)SPECT和單獨(dú)CT聯(lián)合診斷的效能都遠(yuǎn)不如SPECT-CT，因此SPECT-CT在臨床和影像學(xué)科中越來越受到重視，在醫(yī)院臨床中得到廣泛應(yīng)用。

然而，SPECT-CT作為一種功能性的顯像設(shè)備，其性能對圖像質(zhì)量起到關(guān)鍵性作用[2-5]。由于雙探頭SPECT-CT的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對2個(gè)探頭之間旋轉(zhuǎn)中心的匹配、靈敏度和均勻性的一致性等提出更高的要求，因此必須對其進(jìn)行有效的日常質(zhì)量控制和預(yù)防性維護(hù)，為臨床提供高質(zhì)量圖像[6]。為此，本研究綜合分析廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科在用的SPECT-CT儀近5年來的質(zhì)量控制資料和現(xiàn)有的質(zhì)量控制模型，探討更為合理的質(zhì)量控制方法。

1 材料與方法

利用符合美國國家電氣制造商協(xié)會(huì)(National Electrical Manufactures Association，NEMA)標(biāo)準(zhǔn)的锝99(99Tcm)點(diǎn)源、四象限鉛柵模型和Jaszczak斷層模型來檢測能峰、斷層均勻性、能量分辨率、系統(tǒng)靈敏度、中心視野(central field of view，CFOV)固有積分均勻性、固有線性以及固有空間分辨率等參數(shù)，監(jiān)測儀器運(yùn)行狀態(tài)。

1.1 儀器與質(zhì)量控制模型

(1)點(diǎn)源。自制符合NEMA標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)源，其直徑＜5 mm，體積＜0.5 ml，計(jì)數(shù)率約為15，用于檢測能量分辨率、空間分辨率、最大計(jì)數(shù)率、固有均勻性和空間線性[7]。

(2)四象限鉛柵模型。模型是由4個(gè)象限不同間隔和寬度的鉛條構(gòu)成，在同一象限中，鉛條間隔與寬度相等，用于檢測固有線性和固有分辨率。

(3)Jaszczak模型。用于檢測斷層分辨率和斷層均勻性。

(4)平面泛源模型。用于檢測系統(tǒng)的靈敏度和均勻性。

1.2 質(zhì)量控制內(nèi)容與方法

儀器性能分為系統(tǒng)性能和固有性能。系統(tǒng)性能的測試需裝上準(zhǔn)直器，一般為低能通用或低能高分辨，而固有性能的測試則需將準(zhǔn)直器卸掉[8-9]。

1.2.1 日質(zhì)量控制

(1)質(zhì)量控制內(nèi)容。①檢測儀器的能峰；②檢測儀器的固有能量分辨率；③檢測儀器CFOV的固有積分均勻性。

(2)質(zhì)量控制方法。利用點(diǎn)源且要求計(jì)數(shù)率在15 KC/s左右，卸下探頭準(zhǔn)直器，在有效視野(useful field of view，UFOV)的5倍距離中心處放置點(diǎn)源，然后啟動(dòng)系統(tǒng)自帶的質(zhì)量控制校準(zhǔn)程序和分析方法。1.2.2 月質(zhì)量控制

(1)質(zhì)量控制內(nèi)容。①檢測儀器的能峰；②檢測儀器的固有能量分辨率；③檢測CFOV的固有積分均勻性。

(2)質(zhì)量控制方法。利用點(diǎn)源且要求計(jì)數(shù)率在15 KC/s左右，卸下探頭準(zhǔn)直器，在UFOV的5倍距離中心處放置點(diǎn)源，然后啟動(dòng)系統(tǒng)自帶的質(zhì)量控制校準(zhǔn)程序和分析方法。

1.2.3 半年質(zhì)量控制

(1)檢測系統(tǒng)的平面靈敏度。制作185 MBq平面泛源模型懸空放置于距探測器表面10 cm處，探頭配備低能高分辨率準(zhǔn)直器，采集條件設(shè)置為：能峰140 keV，能窗20%。

(2)數(shù)據(jù)采集與處理。在無放射源的環(huán)境中采集300 s的本底計(jì)數(shù)NB，安裝好平面泛源模型后采集300 s的測量計(jì)數(shù)N；采集時(shí)的平均活度計(jì)算為公式1：

式中A0為活度計(jì)測得的活度值；t為活度測量時(shí)刻到采集中間的時(shí)間；Δt1/2為核素的半衰期。

靈敏度的計(jì)算為公式2[10]：

(3)檢測固有空間分辨率及固有空間線性。制作370 MBq點(diǎn)源放置于探頭上方1.5 m以上的距離，卸下探頭準(zhǔn)直器，將四象限鉛柵模型水平放置在已調(diào)到L-model的探頭上，并盡量緊貼晶體，完全覆蓋探頭的有效視野，且使柵縫平行于X軸或Y軸方向，檢測X軸或Y軸方向的空間分辨率；采集矩陣設(shè)置為512×512，放大倍數(shù)為1.0，靜態(tài)采集的總計(jì)數(shù)為4×107。通過采集得到的原始圖像，經(jīng)過如下計(jì)算即可得到固有空間分辨率和固有空間線性這2個(gè)指標(biāo)：①對每條縫，以像素號為橫坐標(biāo)，計(jì)數(shù)為縱坐標(biāo)在坐標(biāo)紙上做出一條平滑曲線，以計(jì)數(shù)最高的道作為峰的中心位置，對每個(gè)峰計(jì)算出半高寬(full width at half maximum，F(xiàn)WHM)，用插值法計(jì)算出相鄰的計(jì)數(shù)道，X軸或Y軸方向所有峰FWHM的平均值即為固有空間分辨率；②通過FWHM連線的中點(diǎn)的垂線作峰的中心線，計(jì)算所有中心線距離的標(biāo)準(zhǔn)差即為固有微分線性[11]。

(4)檢測旋轉(zhuǎn)中心(center of rotation，COR)。儀器探頭配備低能平行孔高分辨率準(zhǔn)直器，然后移至斷層采集位置，在斷層床上放置37 MBq點(diǎn)源，分別調(diào)置探頭位于0°和90°，查看點(diǎn)源影像位置，判斷其是否在矩陣中心，若不在，則通過平移或升降檢查床來調(diào)節(jié)。采用512×512矩陣和每幀6°的條件進(jìn)行采集，系統(tǒng)自動(dòng)對采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正。

(5)檢測系統(tǒng)均勻性。儀器探頭配備低能高分辨率準(zhǔn)直器，在待測探頭表面放置185 MBq平面泛源模型，采集條件設(shè)置能峰為140 keV，能窗為20%，采集總計(jì)數(shù)為16 M。

(6)評價(jià)系統(tǒng)總體性能。儀器探頭配備低能高分辨率準(zhǔn)直器，在檢查床上放置740 MBq Jaszczak模型，要求模型的長軸與探頭的旋轉(zhuǎn)軸平行，采集條件設(shè)置矩陣為512×512，放大倍數(shù)為1.0，掃描旋轉(zhuǎn)為360°，每幀6°，圖像重建后即可分析斷層均勻性及分辨率等。

2 結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)有的質(zhì)量控制模型和系統(tǒng)自帶的質(zhì)量控制程序，依據(jù)NEMA和國際原子能機(jī)構(gòu)(International Atomic Energy Agency，IAEA)中的檢測標(biāo)準(zhǔn)，對在用的GE Discovery VH雙探頭SPECT-CT儀質(zhì)量控制參數(shù)進(jìn)行檢測，其結(jié)果見表1。

表1 GE Discovery VH雙探頭SPECT-CT儀質(zhì)量控制參數(shù)結(jié)果(n=20)

對SPECT-CT儀合理質(zhì)量控制和定期規(guī)范化保養(yǎng)，儀器近5年來未發(fā)生大的故障，保持穩(wěn)定的性能，運(yùn)轉(zhuǎn)正常。最近5年SPECT-CT儀器每個(gè)季度各項(xiàng)性能指標(biāo)的測試均符合NEMA標(biāo)準(zhǔn)(在正常值范圍內(nèi))。從每月質(zhì)量控制中發(fā)現(xiàn)能峰、積分均勻性、旋轉(zhuǎn)中心和固有能量分辨率均較為穩(wěn)定，但有時(shí)系統(tǒng)均勻性出現(xiàn)微小波動(dòng)，通過運(yùn)行系統(tǒng)自帶的校正程序(CEL校正)，即可校正到正常范圍。截止2014年，儀器已使用了8年時(shí)間，回顧其性能參數(shù)測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在驗(yàn)收使用初期儀器性能容易波動(dòng)，不穩(wěn)定且發(fā)生故障的可能性較大，一年后性能較為穩(wěn)定，目前儀器已進(jìn)入老化期，其性能的穩(wěn)定性逐年降低。

3 討論

SPECT-CT圖像顯示放射性藥物在人體內(nèi)的分布，因此每個(gè)探頭的性能參數(shù)要求十分準(zhǔn)確，如果性能參數(shù)值偏離正常值而產(chǎn)生偽影將導(dǎo)致錯(cuò)誤的影像診斷，臨床符合率和影像報(bào)告準(zhǔn)確率很大程度上取決于圖像質(zhì)量[12]。SPECT-CT質(zhì)量控制是為影像醫(yī)生提供高質(zhì)量影像的重要保證，也是早期發(fā)現(xiàn)儀器故障和監(jiān)測儀器工作狀態(tài)的重要手段，如均勻性變差、能峰漂移、能量分辨率下降等均會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。能峰可因溫度急驟變化、光電倍增管老化、高壓變化等因素而改變[13]。當(dāng)能峰發(fā)生漂移時(shí)，靈敏度和均勻度降低，散射計(jì)數(shù)增加，圖像質(zhì)量下降，必須進(jìn)行校正，一般通過調(diào)整光電倍增管的增益或調(diào)整高壓來實(shí)現(xiàn)校正。如果質(zhì)量控制的結(jié)果出現(xiàn)較大偏差，則應(yīng)考慮硬件故障。

SPECT-CT儀性能分為系統(tǒng)性能和固有性能，系統(tǒng)性能是裝上準(zhǔn)直器時(shí)儀器的性能，固有性能是卸下準(zhǔn)直器時(shí)儀器的性能。如果固有性能保證而系統(tǒng)性能較差，則可用來評價(jià)準(zhǔn)直器性能的好壞，如靈敏度、準(zhǔn)直器分辨率等。旋轉(zhuǎn)中心是計(jì)算機(jī)圖像重建坐標(biāo)、探頭電子坐標(biāo)和機(jī)械坐標(biāo)系統(tǒng)共同的重合點(diǎn)，反映SPECT系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖像存儲(chǔ)中心與機(jī)械旋轉(zhuǎn)中心的重合程度。任何不重合都表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)中心漂移和旋轉(zhuǎn)軸傾斜。旋轉(zhuǎn)中心漂移和旋轉(zhuǎn)軸傾斜會(huì)在圖像上產(chǎn)生偽影而影響圖像質(zhì)量[14]。

本研究顯示，固有空間分辨率未能實(shí)現(xiàn)定量評價(jià)，因?yàn)榘凑誑EMA和廠家標(biāo)準(zhǔn)，需要用到SLIT模型(平行線槽鉛柵)，經(jīng)過模型采集圖像生成的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的半高寬來表示空間分辨率，這種檢測方法可以得到相對客觀的量化指標(biāo)。而本研究用四象限鉛柵模型，只能進(jìn)行目測主觀評價(jià)性能的好壞，說服力相對較弱。此外，Jaszczak斷層模型反映儀器總體性能，旋轉(zhuǎn)中心漂移，2個(gè)探頭性能不匹配，平面性能變差，采用濾波方式進(jìn)行后處理等都會(huì)影響斷層圖像質(zhì)量。

4 結(jié)語

SPECT-CT儀性能參數(shù)的檢測有多種方法且較為復(fù)雜，為了能夠更加客觀評價(jià)設(shè)備性能，需要將質(zhì)量控制方法規(guī)范化。目前，各生產(chǎn)廠家的SPECTCT儀圖像處理系統(tǒng)、分析軟件各不相同，其性能檢測方法和質(zhì)量控制模型也不完全相同[15-17]。為了提高設(shè)備的使用效率和性能，需要建立相對統(tǒng)一的質(zhì)量控制方法，以利于儀器性能穩(wěn)定，提高使用效率。

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