uMI 780 PET/CT NEMA性能指標測試研究

徐磊，孟慶樂，楊瑞，錢鑫宇，蔣紅兵

1. 南京醫科大學附屬南京醫院（南京市第一醫院），a. 核醫學科；b. 醫療設備處，江蘇 南京 210006；2. 南京市衛生信息中心，江蘇 南京 210003

引言

隨著核醫學影像設備學的發展，PET/CT性能日益提升，已成為診斷惡性腫瘤的重要手段[1]。臨床精確診斷疾病需要高質量的PET圖像，周期性檢測設備性能是持續獲取高質量臨床圖像的重要保證。目前，核醫學PET系統性能檢測多參照國際通用的美國國家電氣制造商協會（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）標準[2-3]。本研究采用NEMA NU2-2007版測試方法對南京市第一醫院核醫學科uM780 PET/CT（上海聯影醫療科技有限公司）進行性能檢測，主要測試內容包括空間分辨率、靈敏度和散射/隨機/計數率等指標。

1 材料與方法

1.1 PET性能測試材料與性能指標

1.1.1 測試材料

uMI 780 PET/CT（上海聯影醫療科技有限公司）系統參數為：探測器環數112，晶體為硅酸釔镥（LYSO），包含101920塊晶體，尺寸為2.76 mm（環向）×2.59 mm（Z向）×18 mm（厚度）；探測器直徑836 mm，軸向視野300 mm，孔徑70 mm，能量窗≥420 keV，符合時間窗4.0 ns。放射性藥物18F-FDG，內徑0.5 mm的毛細玻璃管，空間分辨率模體支架以及等效噪聲計數率（NECR）的聚四氟乙烯模體。

1.1.2 性能指標

檢測標準依據聯影暫報給原衛計委標準委員會的《正電子發射斷層成像設備（PET）質量控制檢測規范》中的性能指標參考值[4]，見表1。

表1 NEMA性能指標參考值

1.2 測試方法

1.2.1 空間分辨率測試

測定空氣中點源重建圖像的半高寬（FWHM）和十分之一高寬（FWTM），反映PET最佳狀況下能達到的最高分辨性能[5]，具體步驟如下：

（1）工裝定位：檢查分辨率測試工裝，將工裝安裝于掃描床；將毛細管插在工裝NEMA標準要求的三個位置上，其(X, Y)坐標位置分別是 (0, 10 mm)、(100 mm, 0)和(0,100 mm)；進行CT掃描，并在CT圖像上（偏心1 cm位置點源）確定毛細管頂端的位置；根據此位置重新調整病床高度，并微調測試工裝在X方向的位置，確保點源橫截面位置正確，再次掃描CT，在3D查看界面記錄線源頂端的床位值。

（2）制備毛細管18F-FDG點源：準備6根毛細管點樣（0.5 mm內徑，其中一端戳入固體膠封住管口）；準備活度濃度25 mCi/cc以上的18F-FDG，放在小器皿內并注入少量紅墨水；每根點樣未封的一端戳入微量的高吸水性樹脂粉末（粉末在0.5 mm管子內的長度目測約0.5 mm為佳）；隨后，此端放置于18F-FDG溶液內靜置3 s后拿出，并清潔此管口；按上述步驟，制作出6個18F-FDG點源，測量每根18F-FDG點源活度并記錄；在放大鏡下觀測和對比這些18F-FDG點樣在0.5 mm毛細管內的形狀和長度，選出最好（短且形狀好，活度適中）3根點樣；用熱熔膠封住所選點樣的18F-FDG點源處，防止18F-FDG溶液揮發。

（3）1/2 AFOV位置點源數據采集：將制作好的三根點源，按照NEMA標準要求的位置，插入測試工裝上；將底座移動至PET位，并將病床位置移至之前記錄的床碼位置；設定時間15 min進行數據采集。

（4） 1/4 AFOV位置點源數據采集：根據系統的軸向FOV長度（300 mm），其1/4 FOV長度為75 mm；將病床從1/2 AFOV位置移至1/4 AFOV位置；設定時間15 min進行數據采集。

（5）數據處理：把之前1/2 AFOV和1/4 AFOV采集的所有數據拷貝至測試移動工作站；利用測試處理工具分析數據和匯總測試結果。

1.3 靈敏度測試

測定在沒有計數率損失的前提下，對一定活度的放射性源PET探測到的符合事件率[6]，具體步驟如下：

（1）安裝靈敏度測試工裝：兩個支架放置于PET掃描孔徑之中， PET側支架的外沿與孔徑圓筒縫齊平；5根鋁管一一放于支架之上，使得每根鋁管在PET側從支架外沿向外延伸長度相同，在每根鋁管上做好標記。

（2）準備放射源：測得靈敏度測試所用的塑料軟管被注入70 cm長水柱時的體積；按上述體積，18F-FDG放射源注入塑料管中（保證線源長度略小于70 cm），記錄當時的活度為302 μCi，時間為19:02；把線源插入最小直徑鋁管中，并在線源的塑料軟管外壁標上記號。

（3）數據采集：將線源放置在視野中心的卡槽上；從最小直徑的鋁管開始數據采集；將剩余鋁管按從小到大的順序逐次套在上次采集的鋁管外，并進行掃描；每次更換完畢后，對水平度做相應調整；記錄每次掃描的初始時間和掃描持續時間：將卡槽移動至距離中心10 cm位置，重復上述3條步驟，并記錄時間。

1.4 隨機符合測試

隨機符合測定的是在較寬的活度范圍內計數率隨放射性源活度的變化[7]，具體步驟如下：

（1）準備模型：將散射水模的4個聚四氟乙烯圓柱置于掃描床，在其軸心插入塑料棒，把4個圓柱連接起來；使用塑料管，往內注入清水，插入散射水模的小孔中，確保小孔連接通暢；并在線源上做標定，使得放射源分布能夠貫穿整個水模；測得整個線源內水柱達到70 cm時的體積。

（2）使用CT對其進行定位：通過CT螺旋掃描成像，記錄水模中心坐標值；進一步調整水模和床高位置，直至水模中心位于FOV中心，線源孔位于水模中心軸的正下方。

（3）準備放射源：準備足夠高活度的放射源，按照步驟1測得的體積準備清水，隨后把放射源稀釋于其中；將放射源注入塑料軟管中，并記錄其中的活度為14.3 mCi，時間為13:43；將塑料軟管插入散射水模中。

（4）數據采集：使用NEMA NECR協議進行采集，設定好采集時間和停止時間；采集過程耗時約14.5 h；記錄采集初始時間為13:57，此時放射源活度已經衰變為13.07 mCi。

2 結果

2.1 PET空間分辨率

本款PET系統空間分辨率測試結果，見表2。

2.2 PET靈敏度

PET系統靈敏度測試結果，見圖1。軸向0和10 cm處靈敏度分別為15.327、15.812 kcps/MBq。軸向靈敏度隨著層數增加先上升后下降。

表2 空間分辨率測試結果（mm）

圖1 偏心0 cm（a）和10 cm（b）處靈敏度軸向曲線

2.3 PET散射符合/隨機符合/計數損失

散射分數、總計數率、真符合計數率、隨機符合計數率、散射符合計數率均隨放射性活度增加而升高，等效噪聲計數率NECR呈先上升后下降趨勢（圖2）。NECR計數率峰值Rpeak=182.16 kcps，此時對應的活度αpeak=17.81 kBq/cc；NECR計數率峰值對應的散射分數SF=37.69%，當放射性活度較低（0.2 kBq/cc）時，散射分數SF=36.89%；真符合計數率峰值Tpeak=563.04 kcps，對應的活度αpeak=31.55 kBq/cc。

圖2 PET系統散射符合/隨機符合/計數損失測試結果

3 討論

PET系統的性能指標是決定成像質量及設備檔次、級別的重要參數，是設備驗收和質量控制重點關注的內容。目前針對進口PET性能檢測的文獻報道較多[8-10]，但對國產PET性能測試報道較少，尤其是uMI 780 PET系統。

空間分辨率是反映PET能分辨的空間兩點間最近距離，分辨率數值越低代表系統分辨能力越強[11]。用點擴散函數的最大值的一半處的寬度的半高寬描述成像系統的空間分辨率，半高寬越大，點源的擴展程度越大，分辨率越低。本次測得偏離中心位置1、10 cm處軸向、切向分辨率分別低于3.2、3.5 mm，徑向分辨率低于3.6 mm，表明此項指標足以與國外廠商相媲美[12]。

靈敏度是指PET系統在計數損失小于5%的前提下，在單位時間內單位活度或單位放射性濃度條件下所獲得的符合計數，主要由探測器所覆蓋的立體角和探測器效率[13]。系統靈敏度對數據采集至關重要，直接影響掃描的時間和所需要的示蹤劑劑量。系統靈敏度越高，所需采集時間越低，患者負擔越輕，注射劑量越低，患者所受輻射越低。本款PET的靈敏度高達15.812 kcps/MBq，優于其他廠商[14-15]，主要得益于采用的數字光導探測器，探測性能得到大幅提升。

總符合計數率為視野中的總計數率，等于真符合計數率、隨機符合計數率與散射符合計數率之和[16]。散射分數是散射符合計數在總符合計數中所占的百分比，表征PET系統對散射計數的敏感程度[17]。散射符合計數和隨機符合計數增加噪聲，降低圖像信噪比和對比度，為了評估PET圖像質量，引入等效噪聲計數率評估圖像系統噪聲，指導注射劑量。本研究發現，隨著視野內放射性強度的增加，PET總計數率、隨機符合計數率、散射分數增加迅速，真符合和散射符合計數率增長相對緩慢，但到達一定程度后（17.81 kBq/cc），由于死時間的影響，等效噪聲計數率先于計數率達到飽和，放射源強度進一步增加時，開始下降，這是由于此時隨機符合計數率增長迅速使得信噪比下降的原因，這對指導注射劑量具有重要價值。當等效噪聲計數率達到峰值時，對應的真符合計數率高達563.04 kcps,散射分數低于38%，再次表明本款PET探測性能優越。

綜上，本次檢測的PET系統性能指標均符合國家標準，甚至優于進口PET系統，為建立和推廣國產PET設備驗收、性能檢測和質量控制提供參考。