一種通用型SPECT性能檢測系統的驗證研究—系統性能部分*

姚樹林耿建華陳英茂*徐白萱劉亞強馬天予

[文章編號] 1672-8270(2017)06-0037-04 [中圖分類號] R812 [文獻標識碼] A

一種通用型SPECT性能檢測系統的驗證研究—系統性能部分*

姚樹林①耿建華②陳英茂①*徐白萱①劉亞強③馬天予③

目的：檢驗一種單光子發射斷層顯像系統(SPECT)質量控制通用模體套裝及SPECT質量控制通用檢測系統的可靠性。方法：使用SPECT質量控制通用檢測系統和通用模體套裝對兩個廠商的3臺SPECT設備的主要系統性能進行測試(自測)，并與廠商專用模體及軟件的測試結果(廠測)進行對比。結果：①系統平面靈敏度，3臺設備的自測和廠測結果一致性很好，相對偏差在0.2%以下；②系統空間分辨力，3臺設備的自測和廠測結果一致性很好，相對偏差在0.2%以下；③斷層空間分辨力，3臺設備的自測和廠測結果一致性很好，相對偏差在5%以下；④全身空間分辨力，3臺設備的自測和廠測結果一致性很好，相對偏差在0.2%以下。結論：SPECT質量控制通用模體套裝及SPECT質量控制通用檢測系統可靠，測試結果準確。

單光子發射計算機斷層顯像系統；系統性能；測試；質量控制

近年來，隨著我國核醫學的快速發展，單光子發射斷層掃描(single-photon emission computed tomography，SPECT)設備的應用也更為普遍[1-4]。然而，與SPECT快速發展不協調的是相應的質量控制工作較落后[5]。在SPECT的質量控制工作中，各廠商的質控模體不能相互通用，且配套的質量控制軟件中，圖像數據處理的方法也有差異，使檢測結果難以統一，這是我國SPECT質量控制工作落后的主要原因之一[6-10]。目前，國內已有基于國家標準[5]和美國電機制造商協會(national electrical manufactures association，NEMA)標準[11-13]生產的通用型SPECT質量控制模體套裝[14]及通用型SPECT質量控制檢測系統[15]。SPECT質量控制性能主要分為兩部分，其一是固有性能部分，其二是系統性能部分。通過對比測試SPECT的固有性能，已表明此通用型質量控制模體及檢測系統在固有性能測試部分是可靠的。本研究則進一步檢驗此模體套裝及檢測系統在SPECT系統性能測試部分的可靠性。

1 資料與方法

1.1 檢測儀器

(1)質控模體。RGRMS-2012型SPECT質量控制通用模體套裝[14](卡迪諾科技北京有限公司)。該套裝中的模體符合國家標準和NEMA NU1-2007標準中對SPECT質量控制模體的要求，并可通用于各廠商、各型號的SPECT機型。樣本廠商SPECT機型配套專用模體。

(2)SPECT。Symbia T6型SPECT-CT和E.CAM型SPECT(德國Siemens公司)；Infinia Hawkeye 4型SPECT(美國GE公司)。3臺SPECT設備分別用代碼SPECT 1、SPECT 2和SPECT 3表示。

(3)點源、線源和面源。用放射性锝原液(中國原子能研究院同位素所提供)，自行制備。

1.2 分析軟件

使用基于NEMA標準和國家標準的SPECT質量控制檢測系統(通用軟件)[15]以及樣本SPECT廠商自帶軟件(專用軟件)分別處理測試數據。

1.3 方法與步驟

系統性能測試使用通用模體套裝的面源、線源和點源模體和各廠商配套專用模體，分別在3臺SPECT設備上進行系統平面靈敏度、系統空間分辨力、斷層空間分辨力和全身空間分辨力4項主要系統性能指標的對照測試，并分別使用通用軟件和專用軟件處理測試數據。使用通用軟件處理通用模體的測試結果標記為自測，使用廠商專用軟件和專用模體的測試結果標記為廠測。

1.3.1 系統平面靈敏度測試

(1)探頭準備。安裝低能高分辨準直器，將兩探頭旋轉至相對180°，并平行于地面水平位置，將兩探頭移至相距約20 cm處。

(2)平面面源模體制備。將通用模體套裝中的系統平面靈敏度專用模體注入水，預留2 ml左右空間。抽取99Tcm溶液74 MBq(2 mCi)，測量活度并記錄測量時間。將抽取的99Tcm溶液迅速注入系統平面靈敏度專用模體內，將模體注滿水并搖晃均勻。精確測量并記錄空針殘余放射性活度及時間。廠商面源模體制備同此。

(3)使用專用支架將平面面源模體固定在兩探頭之間，并使面源中心平面距上下探頭各10 cm。

(4)啟動靜態采集程序，采集條件為：ZOOM=1，能窗140 keV±15%，采集矩陣256×256，采集時間300 s，雙探頭同時采集，精確記錄采集開始時間，記錄各個探頭的總計數。

(5)采集結束后，將圖像以醫學數字成像及通信(digital imaging and communication of medicine， DICOM)格式保存以備下一步分析處理。

(6)采用上述步驟和條件分別對另外2臺SPECT設備進行測試。

1.3.2 系統空間分辨力測試

(1)探頭準備。安裝低能高分辨準直器，將兩探頭旋轉至相對180°，并平行于地面水平位置，將兩探頭移至相距約20 cm處。

(2)雙線源模體制備。抽取99Tcm溶液74 MBq(2 m Ci)，體積應＜1 ml，精確測量活度并記錄測量時間，將抽取的99Tcm溶液注入通用模體套裝中的雙線源模體內。精確測量并記錄空針殘余放射性活度及時間。廠商雙線源模體制備同此。

(3)使用專用支架將雙線源模體固定在兩探頭之間，使線源方向垂直于探頭旋轉軸(X方向)，并使線源距上下探頭各10 cm。

(4)啟動靜態采集程序，采集條件為：ZOOM=1，能窗140 keV±15%，采集矩陣512×512，每個探頭總計數1 M，雙探頭同時采集，精確記錄采集開始時間。

(5)采集結束后，將圖像以DICOM格式保存以備下一步分析處理。

(6)調整雙線源支架，使線源方向平行于探頭旋轉軸(Y方向)，其他采集條件不變，重復上述⑷、⑸步驟，對Y方向線源進行采集數據。

(7)采用上述步驟和條件分別對另外2臺SPECT設備進行測試。

1.3.3 全身空間分辨力測試

(1)探頭準備。安裝低能高分辨準直器，將兩探頭旋轉至相對180°，并平行于地面水平位置，將兩探頭移至相距約20 cm處。

(2)雙線源模體制備。抽取99Tcm溶液74 MBq(2 mCi)，體積應＜1 ml，精確測量活度并記錄測量時間，將抽取的99Tcm溶液注入通用模體套裝中的雙線源模體內。精確測量并記錄空針殘余放射性活度及時間。廠商雙線源模體制備同此。

(3)將雙線源模體水平放置于檢查床長軸的中間區域，且使其中一線源通過檢查床的中心點。線源方向垂直于檢查床運動方向(X方向)，并使上下兩探頭均距雙線源10 cm。

(4)啟動全身骨掃描采集程序，取消自動輪廓跟蹤掃描方式，采集條件為：ZOOM=1，能窗140 keV±15%，采集矩陣256×1024，掃描長度設定為195 cm，掃描速度設定為10 cm/min，精確記錄采集開始時間。

(5)采集結束后，將圖像以DICOM格式保存以備下一步分析處理。

(6)調整雙線源模體，使線源方向平行于檢查床運動方向(Y方向)，且使其中一線源通過檢查床的中心點。其他采集條件不變，重復上述⑷、⑸步驟，對Y方向線源進行采集數據。

(7)采用上述步驟和條件分別對另外2臺SPECT設備進行測試。

1.3.4 斷層空間分辨力測試

(1)探頭準備。安裝低能高分辨準直器，將兩探頭旋轉至相對180°，并平行于地面水平位置，將兩探頭移至距旋轉中心20 cm處。

(2)點源制備。抽取放射性濃度＞50 mCi/ml的99Tcm溶液0.1 ml，用內徑≤1 mm的毛細玻璃管吸附放射性濃度＞50 mCi/ml的99Tcm溶液，并使吸附長度≤1 mm形成點源。

(3)使用支架將毛細玻璃管點源固定在探頭視野中心旋轉軸上。

(4)啟動斷層采集程序，采集條件為：ZOOM =1，能窗140 keV±15%，采集矩陣128×128，旋轉設置3o/幀，幀采集計數3 K，旋轉半徑20 mm，精確記錄采集開始時間。

(5)采集結束后，用濾波反投影，濾波函數RAMP的重建算法重建斷層圖像，并將圖像以DICOM格式保存以備下一步分析處理。

(6)采用上述步驟和條件分別對另外2臺SPECT設備進行測試。

2 結果和討論

2.1 系統平面靈敏度

3臺設備的系統平面靈敏度的測試結果均達到了廠商標準要求。自測結果和廠測結果的一致性很好，相對偏差基本等于0。分析此性能指標的算法可知，關鍵是總計數(測試實驗在107數量級)的提取。自測處理程序是對測試圖像的所有像素值求總和，精確到個位計數；廠測是從采集時屏幕圖像上顯示的總計數讀取，測試結果的精確度取決于屏幕顯示總計數的單位。有的廠商設備是以個位計數(Counts)為單位，但也有廠商設備是以千計數(kCounts)為單位，其結果會因4舍5入造成偏差。

系統平面靈敏度測試結果表明自測處理方法可靠，測試結果準確(見表1)。

表1 3臺設備的系統平面靈敏度測試結果(cps/MBq)

2.2 系統空間分辨力

3臺設備的系統空間分辨力測試結果均達到了廠商標準要求。自測結果和廠測結果的一致性很好，相對偏差＜0.2%。此微小差異來自于分析處理過程的差異。自測處理程序是對測試圖像逐像素進行擬合處理；廠測使用相關臨床程序難以做到逐像素擬合處理，而是將圖像分割成30 mm寬的若干行(30 mm內的像素行求和成一行)進行擬合處理。值得一提的是，廠測處理所需時間為2～3 h，而自測處理只需1～2 min。

系統空間分辨力測試結果表明自測處理方法可靠，測試結果準確(見表2、表3和表4)。

表2 SPECT 1的系統空間分辨力測試結果(mm)

性能指標探頭1探頭2自測廠測偏差(%)自測廠測偏差(%) Y方向 FWTM13.3913.40-0.0813.4613.48-0.15 Y方向 FWHM7.357.350.007.397.40-0.14 X方向 FWTM13.8413.830.0713.3813.380.00 X方向 FWHM7.607.590.137.347.340.00

表3 SPECT 2的系統空間分辨力測試結果(mm)

表4 SPECT 3的系統空間分辨力測試結果(mm)

2.3 斷層空間分辨力

3臺設備的斷層空間分辨力測試結果均達到了廠商標準要求。自測結果和廠測結果的一致性很好，相對偏差在5%以下。此差異來自于處理過程，自測處理是通過找出點源的3D測試圖像中像素最大值點，并提取過此點的3個正交斷面圖像(斷層厚約4.19 mm)，并分別在3個斷面圖像內進行高斯函數擬合處理；廠測過程的不同之處是斷面圖像的層厚度在10～13 mm，這樣層厚的部分容積效應要比自測大，故其空間分辨力略有下降，這正好解釋了偏差為何均為負值。

斷層空間分辨力測試結果表明自測處理方法可靠，測試結果準確(見表5)。

2.4 全身空間分辨力

全身空間分辨力分平行于運動方向及垂直于運動方向，3臺設備的測試結果均達到了廠商標準要求。自測結果和廠測結果的一致性很好，相對偏差＜0.2%。此差異的原因與上述系統空間分辨力測試相同。

全身空間分辨力測試結果表明自測處理方法可靠，測試結果準確(見表6、表7和表8)。

表6 SPECT 1的全身空間分辨力測試結果(mm)

表7 SPECT 2的全身空間分辨力測試結果(mm)

表8 SPECT 3的全身空間分辨力測試結果(mm)

3 結論

系統平面靈敏度的測試結果表明，3臺設備的自測和廠測結果一致性很好，相對偏差基本等于0。系統空間分辨力的測試結果顯示，3臺設備的自測和廠測結果一致性很好，相對偏差＜0.2%。斷層空間分辨力的測試結果顯示，3臺設備的自測和廠測結果一致性很好，相對偏差＜5%。全身空間分辨力的測試結果顯示，3臺設備的自測和廠測結果一致性很好，相對偏差＜0.2%。本研究結果表明，國產RGRMS-2012型SPECT質量控制通用模體套裝及SPECT質量控制通用檢測系統可靠，且測試結果準確。

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Verification of a general SPECT performance detection system on system performance part of SPECT/

YAO Shu-lin, GENG Jian-hua, CHEN Ying-mao, et al//China Medical Equipment,2017,14(6):37-40.

Objective: To test the reliabilities of general software and phantom suite of singlephoton emission computed tomography (SPECT) quality control and the general testing system of SPECT quality control. Methods: The main system performances of 3 SPECT equipments from 2 manufacturers were tested by using general testing system of SPECT quality control and general QC software and phantom suite(self-test). And then to compare these results with those results of special software and phantom suite from manufacturers(manufacturer-test). Results: (1)System planar sensitivity: There was a very good consistence between the self-test and the manufacturertest for the three SPECT equipments, and the relative deviations between the self-test and the manufacturer-test for all of them were below 0.2%. (2)System spatial resolution: There was a very good consistence between the self-test and the manufacturer-test for the three SPECT equipments, and the relative deviations of them also were below 0.2%. (3)Tomography spatial resolution: There was a very good consistence between the self-test and the manufacturertest for the three SPECT equipments, and the relative deviations of them were below 5%. (4)Spatial resolution for whole body: There was a very good consistence between the self-test and the manufacturer-test for the three SPECT equipments, and the relative deviations of them were below 0.2%. Conclusion: The general software and phantom suite of SPECT quality control and the general testing system of SPECT quality control are reliable and the testing results are accuracy.

Single-photon emission computed tomography (SPECT); System performance; Test; Quality control

Department of Nuclear Medicine, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China.

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.06.011

[文章編號] 1672-8270(2017)06-0037-04 [中圖分類號] R812 [文獻標識碼] A

姚樹林,男,(1973- ),碩士，主管技師。解放軍總醫院核醫學科，從事PET-CT和SPECT-CT等核醫學設備的成像及質量控制與質量保證工作。

2017-04-25

科技部國際科技合作項目(2009DFA32960)“PET-CT腦分子影像研究與應用平臺及針灸中樞機理探討”

①解放軍總醫院核醫學科 北京 100853

②中國醫學科學院腫瘤醫院核醫學科 北京 100021

③清華大學工程物理系 北京 100084

*通訊作者：chen.ym@263.net