SPECT設備平面成像性能評估與驗收測試*

邵明哲 陳英茂* 姚樹林 田嘉禾

SPECT設備是醫院核醫學中常用的顯像設備，該設備可以進行平面成像、斷層成像及全身成像，其性能指標分為平面成像性能(也稱探頭性能)、斷層成像性能及全身成像性能。由于平面成像是斷層成像和全身成像的基礎，因此SPECT平面成像的性能決定了設備的圖像質量 及檔次。隨著相關技術的發展，SPECT設備性能指標不斷完善和提高。在新設備投入使用之前應對其各項性能指標進行全面測試，以判斷設備是否達到預期的標準，并保證滿足醫院臨床顯像的要求[1-2]。

1 設備與方法

1.1 SPECT設備

SPECT設備的兩種機型分別為∶機型1，GE公司的Infinia Hawkeye4型SPECT；機型2，西門子公司的Symbia T6型SPECT。兩種機型的SPECT均為雙探頭，探頭晶體厚度均為9.525 mm(3/8 in.)。

1.2 測試指標及方法

SPECT探頭的性能指標分固有性能和系統性能。固有性能為卸下準直器時探頭的性能，系統性能為安裝準直器后探頭的性能。每個性能又有有效視野(useful field of view， UFOV)及中心視野(central field of view， CFOV)之分， UFOV為剔除一定邊緣的探頭視野，通常為探頭視野的95%，CFOV為UFOV的75%。

1.2.1 固有空間分辨率

空間分辨率是影響圖像質量的一項重要指標， 反映能分辨兩點間最小距離，通常用線源擴展函數(line spread function，LSP)半高寬(full width at half maximum， FWHM)及十分之一高寬(full width at tenth maximum， FWTM)來表示。FWHM及FWTM越小，分辨率越高。

空間分辨率有固有分辨率和系統分辨率兩種。固有分辨率與晶體、光電倍增管的性能及能窗等采集條件有關；而系統分辨率由固有分辨率及準直器的分辨率所決定因此，在反映設備關鍵部件技術性能方面固有分辨率的重要性高于系統分辨率。

固有空間分辨率的測試方法有以下4種[2]。

⑴放射源模型∶將99Tcm點源，置于距探頭5倍探頭視野(field of view，FOV)處。放射源的活度保證在20%的對稱能窗時，對模型計數率≤20 kcps。

⑵測試模型∶Slit鉛柵[2]，貼近晶體并覆蓋整個視野，模型內開有若干寬為1 mm的平行線槽，相鄰兩條線槽中心之間的距離為30 mm，厚度為3 mm。

⑶采集方法∶分別將鉛柵線槽順每個探頭的X方向及Y方向，采集靜態圖像，像素矩陣為512×512，采集計數10 M。

⑷分析計算∶分別在UFOV及CFOV內對每一條線槽圖像進行分析，得到每個探頭X方向及Y方向的FWHM及FWTM，對UFOV及CFOV內所有值的平均即為該探頭的固有空間分辨率。

1.2.2 固有空間線性

空間線性描述圖像的位置畸變程度， 空間線性分絕對線性和微分線性。

固有空間線性的測試方法[2]∶

⑴放射源模型、測試模型、采集方法均同“1.2.2固有空間分辨率”。

⑵分析計算∶分別在UFOV及CFOV內對每一條線槽圖像進行分析，確定每個探頭X方向及Y方向的線擴展函數峰值位置，計算絕對線性及微分線性。

絕對線性由X和Y方向的線擴展函數峰值位置偏離最大距離的平均值表示；微分線性由X和Y方向的線擴

展函數峰值位置偏離距離的標準差的平均值表示。絕對線性和微分線性的值越小，說明其線性越好。

1.2.3 固有能量分辨率

固有能量分辨率描述探頭對γ射線能量的辨別能力。用計數隨能量分布曲線的半高寬與峰值處能量的百分比表示。

⑴放射源模型∶99Tcm點源，置于距探頭5倍FOV處。放射源的活度保證在20%的對稱能窗時計數率≤20 kcps。

⑵采集方法∶卸下準直器，對每個探頭用能量分辨程序進行采集，獲得能譜曲線，采集時間使峰值計數＞10 k。

⑶分析計算∶分析能譜曲線，計算出能量分辨率。能量分辨率的值越小，其能量分辨越好。

1.2.4 固有均勻性

均勻性描述γ相機探頭對一均勻泛源的響應。均勻性分為積分均勻性(integral uniformity，Ui)和微分均勻性(differential uniformity，Ud)[2]。晶體、光電倍增管、光導及電路的性能均能影響均勻性。

積分均勻性(Ui)由均勻入射的γ射線在探頭視野(UFOV或CFOV)中產生的最大像素計數(max)與最小像素計數(min)按下列公式確定[2]∶

微分均勻性描述由視野中X方向及Y方向相鄰5個像素中最大像素計數與最小像素計數按上述公式確定。

⑴放射源模型∶99Tcm點源，置于距探頭5倍FOV處。放射源的活度保證在20%的對稱能窗時計數率＜20 kcps。

⑵采集方法∶卸下準直器，對每個探頭進行靜態采集，像素矩陣64×64，采集計數41 M。

⑶分析計算∶分析圖像，任何在UFOV邊緣采集的計數，若低于CFOV內像素計數均值的75%，設定為零。任何像素若其緊鄰的4個點之一的計數為0，則這些像素的計數亦設定為0。余下非零像素納入UFOV的分析中。任何像素至少要有50%的區域在CFOV內才能被納入CFOV的分析中。然后，圖像數據用以下9點加權濾波函數進行一次平滑∶

用平滑后的像素值計算UFOV及CFOV內積分均勻性和微分均勻性。Ui及Ud值越小，其均勻性越好。

1.2.5 最大計數率

當視野中的活度較低時，SPECT計數率隨活度的增加而增加；當活度增加到一定值時，計數率達到最大值，而后開始隨活度的增加而減少。

⑴放射源∶99Tcm點放射源，各方向尺寸＜2 mm，活度為37 MBq左右，放置于距離探測器表面中心5倍FOV外。

⑵采集方法[3]∶從探測器上卸下準直器；能窗設置到20%；其他按臨床條件設置。從距離遠的位置逐漸垂直向探測器表面移動，并注意觀察計數率的變化。記錄移動放射源過程中觀察到的最大計數率，單位為kcps。

1.2.6 系統平面靈敏度

靈敏度描述探頭對放射源的響應能力。用系統平面靈敏度表示。系統平面靈敏度指某一探頭對平行于該探頭放置的特定平面放射源的靈敏度，用單位活度在單位時間內的計數表示。系統平面靈敏度與準直器的類型、窗寬、放射源的種類及形狀有關。系統平面靈敏度單位為counts/(min*MBq)、 counts/(s*MBq)或counts/(min*μCi)。對不同的準直器分別測量。

⑴放射源模型[2]∶內徑為150 mm，內高為10 mm的平底塑料圓盤，內充99Tcm溶液，放射源的活度保證在20%的對稱能窗時計數率＜30 kcps。源的活度需精確測量，并精確記錄測量時間。模型內溶液覆蓋塑料盤底，深度約為3 mm。

⑵采集方法∶安裝低能高分辨(low energy high resolution，LEHR)準直器，使用20%的能窗，對每個探頭進行靜態采集，采集計數≥4 M。將準備好的模型置于探頭FOV中心，使模型底面距離探頭面100 mm， 進行采集。采集時保證放射源與探頭間無任何吸收介質。

⑶分析計算∶系統平面靈敏度=計數/活度/采集時間。其中的活度校正到采集時間。

2 結果

2.1 固有空間分辨率

在沿線槽的每個像素處做垂直于線槽的剖線，可獲得每個線槽的線擴展函數，在UFOV和CFOV內，分別計算出兩個軸向FWHM和FWTM的平均值(見表1)，圖1為探頭1對X及Y方向Slit模型的采集結果。

表1 SPECT的兩種機型性能指標測試結果

圖1 探頭1對X及Y方向Slit模型采集結果

2.2 固有空間線性

對圖1所示的線槽圖像進行分析，得到2個探頭在UFOV及CFOV內的絕對線性及微分線性值見表1。

2.3 固有能量分辨率

對點源采集，獲得能譜曲線(如圖2所示)，分析能譜曲線，分別獲得2個探頭的固有能量分辨率(見表1)。

圖2 機型1探頭2的能譜曲線

2.4 固有均勻性

按照公式計算得到UFOV及CFOV內積分均勻性和微分均勻性見表1。

2.5 最大計數率

對兩種機型的設備測得的每個探頭的最大計數率如表1所示。

2.6 系統平面靈敏度

對兩種機型的設備均裝備LEHR準直器后，測得的每個探頭的系統平面靈敏度見表1。

3 討論

一些國際組織及國家對SPECT設備的性能測試制定了測試標準，現行的SPECT平面成像性能測試標準有國際電工委員會(IEC)的IEC 60789∶1992[4]、美國電氣制造者協會(NEMA)的NEMA 標準出版物NU 1-2007[2]、國際原子能機構(IAEA)的IAEA TECDOC-602.1991[3]和美國醫學物理學家協會(AAPM)的AAPM第9號報告[5]等。我國的標準GB/T 18989-2003[6]與IEC 60789∶1992相同。目前，我國市場的SPECT設備基本來源于GE公司、西門子公司、飛利浦公司。這三大公司的出廠指標值均以NEMA為標準測得，因此在驗收測試時，多以NEMA標準測試。本測試指標主要依據NEMA標準測試，但考慮其可行性的問題，對能量分辨率、最大計數率等某些指標的測試方法參照IAEA方法進行簡化。按NEMA和IEC標準規定[2，4]，能量分辨率指標需使用2種放射源，其中一種為57Co，但目前在我國57Co難以獲得，因此只使用了99Tcm一種放射性核素進行測試。對最大計數率指標，按NEMA和IEC標準規定，用衰變法在不同時段進行測量，耗時長，可行性差，因此本研究按照IAEA方法進行測試。

晶體種類、厚度及準直器的種類是影響SPECT探頭固有空間分辨率、固有空間線性、固有能量分辨率、固有均勻性、最大計數率及系統平面靈敏度等項性能指標最主要的因素。盡管本研究中的兩種機型的晶體種類、厚度及準直器的種類相同，但是由于光電倍增管等其他部件及軟件不同而使其各項指標略有差別。對于固有空間分辨率及固有線性，機型1略優于機型2，但對系統平面靈敏度及能量分辨率，機型2略優于機型1。SPECT設備兩種機型的性能指標均達到了出廠標準，并且達到了臨床診斷的需求。

[1]裴著果.影像核醫學[M].3版，北京∶人民衛生出版社，2007.

[2]NEMA Standards Publication NU 1-2007∶Performance Measurements of Gamma Cameras[S].NEMA，2007.

[3]IAEA. Quality control of nuclear medicine instruments 1991.IAEA-TECDOC-602[S]. IAEA，1991.

[4]IEC.IEC 60789∶1992， Radionuclide imaging device-Characteristics and test conditions Anger gamma cameras[S].IEC，1992.

[5]AAPM.AAPM REPORT NO.9 1982. Computer-aided cintillation camera cceptance testing[S].AAPM，1982.

[6]國家藥品監督管理局北京醫療器械質監中心.GB/T 18988.3-2003.放射性核素成像設備性能和試驗規則(第3部分)∶伽瑪照相機全身成像系統[S].國家質量監督檢驗檢疫總局，2003.