SPECT平面顯像中不同矩陣與距離下影像分析

李曉紅

在核醫學影像中影像診斷的提高離不開儀器設備與顯像藥物的發展。就像馬克思所說的生產力的發展中離不開生產資料。

就核醫學儀器SPECT顯像而論，SPECT儀器的質控、放射性核素標記、操作者的資質是保證儀器影像質量的第一步；SPECT采集參數、核素注射方法位置、被注射體的擺位是確保儀器影像質量的第二步；SPECT圖像重建、感興趣區選定是擔保儀器圖像質量的第三步；醫師或技師最后調節圖像大小、灰度、位置等是控制圖像質量第四步；而醫師對圖像做出最后診斷或判斷是整個流程中的最后一步。就整個顯像流程而言每一步都很重要，只有先確保第一步正確，才能保證后面正確步驟。

在我國北京、上海等特大型城市中建有核醫學質控中心，定期檢查該地區核醫學顯像質量。這些城市核醫學科的醫技人員或儀器工程師會定期做儀器的質控與保養，不僅減少了儀器故障的發生率，也可使儀器操作者更好的熟悉設備[1-2]。在平時工作中最為常見的SPECT質控有固有均勻度、固有鉛柵、系統旋轉中心、Jaszezak模型、hoffman腦模型等。通過質控試驗，分析不同矩陣采集數據以及不同距離采集數據對SPECT影像學結果。

1 方法與步驟

實驗以低能高分辨的準直器為基礎，使用不同采集矩陣、采集距離，通過采集計數、采集時間、半高寬等客觀數據與肉眼觀察圖像這種主觀結果，綜合分析圖像結果。

使用儀器為德國西門子E.CAM SPECT。操作中放射源制備參數的選取依據GBT 18988.2.2003 (放射性核素成像設備性能和試驗規則第2部分：單光子發射計算機斷層裝置)及西門子儀器說明書中相關要求進行。放射性核素為99Tcm，時間采集的數據按照6.0067 h為半衰期，對采集后的計數值做時間上的標準化。前臺軟件版本e.soft Version:2.1.6.5。

1.1 實驗一

模擬甲狀腺在不同距離、矩陣的采集，并分析數據。取800

MBq的放射性核素99Tcm，置于最大刻度100 ml的燒杯，使用滴管加樣，使核素溶解于100 ml的水中，用玻璃棒攪勻后，取5 ml針筒抽取5 ml容積的溶液。然后模擬臨床上單側甲狀腺到準直器的測量距離，針筒位置在探頭中央，固定選用ZOOM3.2，以1號探頭為基準，采集單幀60 s時間，針筒離準直器30 mm、50 mm、100 mm、150 mm、200 mm，并設置64×64、128×128、256×256三種矩陣。經過15次測試后，使用活度計測試該源放射劑量后，分析采集計數的變化情況。

1.2 實驗二

點源測試不同距離、矩陣的采集，并分析數據。用西門子所提供的點源容器制作2個點源，每個點源計數約40 MBq，2個點源平行置于探頭中央距離探頭100 mm處，且相互間隔10 mm，設置128×128、256×256、512×512三種矩陣，ZOOM1.45，在距離探頭30 mm、50 mm、100 mm、150 mm、200 mm處分別采集1000 kcounts。取兩個點源的150 mm、200 mm處測試數據，在采集點源上畫3條直線，分析SPECT低能高分辨率系統分辨率情況[3]。取不同采集距離、不同采集矩陣的數據，通過調節圖像灰度，肉眼觀察視野中點源的分辨情況。

1.3 實驗三

通過簡單函數重建，分析不同矩陣采集數據的寬容度。取實驗二所得的圖像，使用不同參數的Butterworth函數重建后，觀察點源在視野中的分辨情況。

2 結果

實驗一：15次測量計數結果為(262.45 kcounts±5.34 kcounts）。對相同距離下三種矩陣的計數做兩兩比較q檢驗，30 mm、50 mm、100 mm、150 mm、200 mm處的q值分別為0.80、0.82、0.76；0.79、0.83、0.85；0.80、0.82、0.83；0.82、0.83、0.85；0.83、0.85、0.89，以上均P＜0.01，尚不能認為相同距離時不同矩陣的采集計數有差別。在空氣介質中有效計數隨著采集距離增加而減少，有統計學意義且成反比關系(r2=0.8237,P＜0.05)。有效計數與采集距離曲線分析：y=-4.1044x2+17.411x+26683, r2=0.8758。

實驗二：150 mm、200 mm處三種不同矩陣在空氣介質中的低能高分辨率準直器系統分辨率(見表1)。

表1 三種矩陣的系統分辨率

不同采集距離的結果相類似，以100 mm數據為例：顏色條在(100,0)時，3種矩陣均能清晰分辯出2個分開的點源。顏色條在(40,0)時，只有256×256、512×512兩種矩陣能清晰分辯出2個分開的點源。顏色條在(0,0)時，只有矩陣512×512能清晰分辯出2個分開點源。

實驗三：小截止頻率使圖像平滑，大截止頻率使圖像銳化。通過合適Butterworth函數重建的圖像，均能分出2個分開的點源。低矩陣、點源與探頭距離遠的圖像需要更大的截止頻率來使圖像中的2個點源分開。在實際操作中，高矩陣、點源與探頭距離近的圖像可調節的寬容度大。

3 討論

在SPECT顯像中，由于平行孔的準直器裝配在探頭上后，其有效采集面積為40 cm×55 cm，而兩側甲狀腺的長徑一般僅5 cm左右，所以在采集時，往往選擇較大的ZOOM值，而實驗一中也使用5 ml的針筒代替甲狀腺[4-6]。在進行甲狀腺顯像時，患者取仰臥位，頸部放置軟墊頭頸部后仰，使甲狀腺充分暴露，平行孔準直器在人的正上方進行探測。按照操作常規要求平行孔準直器盡可能的貼近受檢者，影像要求甲狀腺在影像中央，靶器官影像占屏幕80%，臟器位置固定。在實際操作中，因為受檢者下頜骨與乳房(女性)的影響，平行孔準直器離開甲狀腺的距離約為10 cm遠，距離增加可以得出如下結論：

(1)由于康普頓散射的原因，本底灰霧度上升，空間分辨率下降。

(2)由于空氣衰減，探測器每分鐘接收到的counts計數因為距離的增加而減少，密度分辨率下降。

(3)由于分辨率的下降導致圖像信噪比下降。

從實驗一中不僅證實了空氣介質中有效計數隨著采集距離增加而減少，更得出了在相同距離、相同時間下不同采集矩陣的總采集計數沒有差別。探頭的采集計數不會因采集矩陣的變化而變化。實驗研究顯示，低矩陣采集相對于高矩陣采集，靈敏度不會顯著提高，這與傳統理解略有不同，考慮儀器在探頭固定、準直器固定的情況下，儀器的基本性能已經固定了，而探頭貼近被照物體時，探頭采集的有效計數會上升，此時靈敏度會增高，但相差不明顯。

從實驗二中可以看出，隨著矩陣從128×128上升到256×256再上升到512×512，系統分辨率沒有出現理論上的“隨著每次矩陣的放大分辨率會上升4倍”，實際結果系統分辨率只是略有提高。但是512×512矩陣采集是此實驗中分開距離10 mm兩點測試中最佳表現方案，其FWHM值也真正＜10 mm，也就是說512×512及以上矩陣在SPECT低能高分辨率準直器中才能真正達到10 mm的分辨率，而能明確檢出10 mm大小的甲狀腺結節，也是臨床上所需的。在裝準直器的時候，可以通過面源做系統鉛柵測試，有時可以分辨出2.5 mm甚至2 mm的情況，但這是射線通過鉛柵后散射線減少，本底灰霧度降低的結果。

通過上述兩個實驗分析可以得出：在探頭晶體與準直器固定的情況下，除了采集矩陣外，在其他采集時間等采集參數一致的情況下，隨著矩陣的每次上升，獲得采集的有效計數不變，獲得影像像素增加4倍，系統分辨率只是略有上升。通常信息量大的數據在影像重建或濾波的時候比較慢，但是隨著計算機技術的成熟與發展，就SPECT平面顯像而言，高矩陣圖像采集較好。既往文獻曾提到SPECT顯像中建議使用高矩陣采集[3]。

實驗三的結果顯示，通過簡單的函數濾波可使影像表現的更完美。在平面影像顯示中，運用濾波技術，可表現出所需要的影像效果。就Butterworth函數而言，無論運用何種參數，影像效果比沒有濾波前變得略微平滑，背景噪音有所改善。就Metz、Butterworth、OSEM等常用函數來說，處理出來的影像各有不同，選用合適函數很重要[7-10]。

綜上所述在SPECT平面顯像中使用高矩陣的采集條件，探頭更貼近被照物體，如果必要可以選用合適的濾波函數，能得到更好的影像效果。

[1]王淵愷,張光明,劉從進,等.西門子SPECT儀器運動故障的分析與維修[J].中國醫學裝備,2010,7(12):52-55.

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