PET/CT成像系統的質量控制

錢根年，陳自謙，鐘群，肖慧，許尚文，付麗媛

聯勤保障部隊第九〇〇醫院（原南京軍區福州總醫院） 醫學影像中心，福建 福州 350025

引言

正電子發射斷層顯像/X線計算機體層攝影（Positron Emission Tomography/Computed Tomography，PET/CT），它將PET和CT完美地結合在一起，集功能代謝顯像與影像解剖結構影像于一身，其臨床應用價值及優勢被臨床科醫師所認可，臨床應用范疇日益擴大，尤其對于惡性腫瘤的定性診斷、分期等方面顯示其獨特的優勢[1-5]。PET/CT已逐漸配置于大多數的醫院，然而，這一先進的分子影像成像設備具有較高的運營及維修保養成本，為了保證PET/CT設備的正常工作狀態，對該設備實施質量控制（Quality Control，QC）是必不可少的。由于PET/CT由PET和CT兩部分構成的，因此，質量控制分為PET部分質量控制、CT部分質量控制及PET/CT整機的質量控制。本文針對GE公司產Discovery LS16型PET/CT 設備的日常預防性維護保養及質量控制，保障PET/CT日常正常運行，保證圖像質量，減少停機率。對PET/CT質量控制的項目包括：工作環境的保持，日常預防性質量控制，空間分辨率測試[6-8]。

1 工作環境

1.1 溫度

掃描間、操作間及設備間應配備足夠功率的空調，溫度應維持在18℃～22℃。非工作日要安排值班人員定期巡視，發現溫度超出規定范圍，要及時調整或報告。

1.2 濕度

機房及設備間的濕度保持在40%～60%為宜。若機房濕度過大，易導致PET探測器晶體潮解或電路短路；若機房內太干燥，則機房內灰塵增多，儀器表面易產生靜電而損壞機器。所以機房內要配置去濕機和加濕器。

2 日常預防性質量控制

2.1 每日質控內容、步驟及方法

（1）每日質控內容、步驟為：① PET/CT系統中CT設備的自檢（包括CT掃描機架和檢查床等硬件設備）；② 執行PET的Tip All，以檢查包括PET的機架、采集系統、重建系統等硬件設備以及內部網絡通暢情況；③ CT的球管預熱（Tube Warm Up）防止冷球管突然加高電壓導致損壞；④ 執行PET空白掃描，檢測PET采集晶體模塊工作是否正常及有無損壞，檢測重建系統是否正常。

（2）日常預防性質量控制方法為：通過晶體對68Ge棒源進行5 min采集后，重建出高靈敏和高分辨兩組的圖像，觀察圖像判斷晶體的工作性能及好壞（圖1，2）。圖1為晶體Blank Scan的正弦圖，無異常偽影，提示正常；圖2為晶體Blank Scan的正弦圖，顯示一斜條狀白色透亮影，提示某一晶體損壞，需維修更換后，再次執行空白掃描，直到顯示圖1所示為止。每天執行1至4步驟的質量控制程序，必須保證每個項目都能完成，無錯誤信息框呈現。

圖1 正常的Blank Scan正弦圖

圖2 異常的Blank Scan正弦圖

2.2 每周質控內容、步驟及方法

2.2.1 質控前的準備

數據備份：對設備進行質控前，應對CT及PET的系統文件，掃描協議和校準文件進行備份。PET機械手測試：行PET質控前，應對取出與歸位棒源的機械手進行運行功能測試，以保證其質控時機械手動作正常。

2.2.2 質控內容、步驟及方法

（1）每周質控內容、步驟為：① CT快速空氣校準主要校準CT掃描范圍內空氣值的均勻性，使用200 mm標準水模檢測CT值精度及均勻性（圖3），水模圖像中的中間及邊緣區域CT值應為接近0 HU，證明正常；② 調節每個光電倍增管信號增益，校準其增益值，以達到探測效率的一致性（圖4）；③ 符合線路時間校正，選擇質控項目中CTC掃描協議，通過晶體對68Ge棒源進行大約10 min采集，計算機自動運算及進行比對，以達到調整探測時間的一致性；④ 空白掃描校正文件的重建，晶體對68Ge棒源進行大約40 min采集后，重建出空白掃描校正文件，替換舊校正文件，以保證圖像質量；⑤ 檢測PET/CT系統中CT與PET位置的誤差，即VQC（Volumetric Quality Control）掃描。

圖3 CT值均勻性檢測圖

圖4 增益校準

（2）每周質控的方法。PET/CT將獲取PET圖像的功能信息與CT圖像的結構信息精準的融合是其最大的優勢，可以使診斷的準確性能夠得到大大提高[1]。因此，PET/CT圖像融合精準度的質量控制十分重要，以Discovery LS16 PET/CT為例簡要介紹PET/CT圖像融合精準度的檢測方法。方法一：通過對隨機配備的檢測模型（內有前后左右中心5個小球）進行CT掃描和PET采集，然后對重建后的圖像進行融合，觀察圖像中的五個點是否重疊并顯示相應的調整方案的數值；方法二：選用GE公司提供的圓柱體空心模型（該模型直徑為300 mm），內注入18F核素溶液4 mCi，將該模型由支架固定在掃描床的前端，啟動PET/CT全身采集掃描協議，完整的執行全模型的PET/CT掃描采集，然后將重建后CT及PET圖像進行融合，測量選取模型中間層面的橫斷層的圖像，觀察兩者圖像的配準情況，利用CT和PET的橫斷層圖像的位置偏移距離來計算圖像位置的匹配程度（用mm表示），要求CT與PET的融合圖像的匹配誤差≤1 mm。不符合要求，則對PET/CT的CT和PET機架進行調整，直到達到要求為止。

2.3 每月質控內容、步驟及方法

除每周質控內容外，還包括PET探測器符合探測靈敏度（歸一化）校正。PET 中有成千上萬個探測晶體單元，以GE discovery LS16型PET/CT為例，總共有56個Module，每個Module包含6個block，每個block有36個晶體單元構成，因此，總共有12096個晶體單元。受每個晶體各自性能和幾何位置差異的影響，如晶體單元發光效率、晶體單元與光電倍增管的耦合、晶體單元對符合探測線的張角不同等因素，影響其探測效率的一致性。其校正方法是利用均勻分布的68Ge放射棒源，測量每個晶體單元的計數響應，由計算機自動算出歸一化因子，以文件方式存于計算機內，當對病人進行PET采集時，將采集時的測量值乘以相應歸一化因子，那么就實現了晶體探測器效率的校正。通過晶體對68Ge棒源進行12 h的采集后重建出歸一化校正文件。

2.4 每季度質控內容、步驟及方法

除每周、每月質控內容外，還包括：① 調節晶體光電倍增管信號位置即PET圖像在X、Y軸的位置（圖5）；② 調節晶體光電倍增管信號能量（圖6）；③ Well counter校正是通過對GE公司配備的模型（ 2D方式時使用10 mCi68Ge棒源，3D方式時使用1.6 mCi68Ge棒源）分別采集30 min，然后重建Well counter的校正文件，目的是保證SUV值的準確性及調節圖像的均勻性。

Well counter對圖像質量的影響：Well counter的主要功能是調整和校正PET圖像每像素的放射性活度值，及調節圖像的均勻性的作用，主要是斷層圖像的補償校正。通過對1999-NEMA[9]標準模型2D（2.5 mCi）方式、3D（0.5 mCi）方式各30 min采集，然后經過一系列軟件處理產生校正文件。當NEMA模型內FDG未分布均勻時，會直接影響Well counter斷層圖像的補償系數及直接影響圖像的均勻性；當測量的FDG劑量不準確，重建出的校正文件直接影響SUV值的準確性；當一系列軟件處理過程有問題時，也會直接影響圖像的均勻性。以Discovery LS16型PET/CT為例，PET采集病人數據時，是以分段的方式采集，并能重建出35幅圖像，每幅圖像間隔為4.25 mm，融合拼接時每個床位之間重疊一幀圖像。采集病人時采用高靈敏方式，在高靈敏采集狀態下，由于幾何效率的關系，床位兩頭采集的計數少，需要Well counter的補償系數高。所以當無Well counter校正時，床位兩頭的計數無法得到補償，就出現床位間白條橫線偽影（圖7）。當Well counter校正出現誤差，圖像出現過度校正時，床位之間出現黑條橫線偽影。Well counter校正正常時，床位間應無偽影出現（圖8）。

圖5 位置校準：正常的晶體模擬位置圖

圖6 能量校準：正常的晶體能量校準圖

圖7 床位間出現白條橫線偽影圖像

圖8 Well counter校正PET圖像

3 空間分辨率測試

半高寬（FWHM）能反映PET在最佳狀況下能達到的最高分辨性能。測試方法：選用18F溶液，濃度為5 mCi/mL。均勻的注入長度為100 mm、內徑≤1 mm的毛細管中，密封毛細管兩端；將3根毛細管放置在空間分辨率測試模型中，固定在一個X、Y平面支架上，用激光定位線將模型置于視野中心。選擇PET掃描協議“NEMA Resolution protocol”，掃描1 min后，選擇GE軟件中“NEMA分析工具”，檢查定位精度，3個毛細管的X、Y、Z位置偏差需要在±2.0 mm范圍內，如果超出范圍，則需調整。定位完成后，根據計數率調整時間最少采集50萬個計數，采集完成選擇GE軟件“NEMA分析工具中的ANALYZE Result”進行計算，重建圖像的半高寬，即得到空間分辨率測試結果[10-13]。Discovery LS16型PET/CT的半高寬值應不大于6，如果大于6，則應對PET晶體模塊進行檢測和校準，包括光電倍增管的增益，圖像X、Y軸的位置和能量。如有損壞，則更換。再次進行空間分辨率測試，直到合格。常規應每季度檢測一次；如遇維修更換晶體及數據采集系統相關硬件，則也應進行空間分辨率測試。

4 CT部分的質量控制

CT的質量控制主要包括：激光定位燈的準確性，檢查床進位的準確性，CT值及CT噪聲，空間分辨率，低對比分辨率[14-15]。測試模型系GE公司生產的專用CT 性能測試模型，有關CT的質量控制檢測方法請參考本專欄文章《MSCT設備質量控制檢測研究》，這里不再贅述。

5 結語

PET/CT的安全穩定的運行和質量保證是PET/CT得以廣泛開展的前提。因此，必須具備高素質的醫技術人員，且嚴格按照各項操作規程，加上精心的保養與維護，以保證機器有很高的使用率，降低PET/CT設備故障的發生率和誤操作率[16-18]。通過對Discovery LS16型PET/CT日常預防性的質量控制，以便提高對PET/CT的質量控制與質量管理的認識，形成科學與標準化的統一管理體系，使PET/CT這一核醫學的利器能發揮其巨大的臨床效用和社會效益。