定量SPECT探頭系統平面靈敏度測試影響因素分析

張青菊，惠金子，許建林，施常備，楊勝利，南永剛

陜西省腫瘤醫院 a.核醫學科；b.體檢科，陜西 西安 710061

引言

隨著單光子發射斷層成像儀（Single Photon Emission Computed Tomography，SPECT）圖像融合、衰減校正與散射校準等物理校準技術，以及迭代重建算法的不斷改進，SPECT的定量技術得以快速發展[1-2]，并在心肌顯像[3-4]、骨的良惡性疾病[5-6]的診斷與鑒別，以及放射性核素治療[7-8]等領域中廣泛應用。精準定量技術減少了傳統SPECT結果判讀中閱片者視覺評估的主觀因素影響，并為疾病治療過程中的縱向評估提供了指標支持[9]。為保障定量SPECT穩定運行，檢查結果安全可靠，必須對其進行質量控制，尤其須針對其所使用的同位素、準直器和晶體的組合進行系統平面靈敏度測量[10]。系統平面靈敏度反映了SPECT探頭在安裝準直器狀態下對平面源的響應能力，是影響設備成像質量的重要因素。國內外相關標準[11-12]和設備附帶操作手冊對系統平面靈敏度測試方法及所使用的平面源均作出了具體要求，但實際操作過程中，受各種因素影響，往往導致測試結果不準確，甚至不合格，進而影響設備性能，重復調整和測試又會增加操作人員職業輻射。本研究旨在探討不同方式測量系統平面靈敏度，并分析偏離于標準測試要求的條件，包括面源與準直器距離、面源直徑及面源活度等因素在一定范圍內波動對系統平面靈敏度測試結果的影響，以期為定量SPECT質控操作提供參照依據。

1 資料與方法

1.1 儀器設備

受檢儀器為GE Discovery 670Pro SPECT；經中國測試技術研究院校準的活度計[派特（北京）科技有限公司]。

1.2 材料

活度依次為18.5、37.0、55.5、74.0、92.5、111.0、129.5、148.0、166.5、185.0、222.0 MBq的高锝 [99Tcm]酸鈉溶液（廣東希埃醫藥有限公司）；直徑依次為3.5、6.0、10.0、15.0、20.0 cm的底部平整的培養皿。

1.3 系統平面靈敏度測試方法

1.3.1 面源制備方法

在底部平整、一定直徑的培養皿內注入高度2～3 mm的水，測量精確活度的99Tcm溶液，分別記錄初始滿針活度（Initial Activity，AIN）及滿針測量時間（T0），將99Tcm溶液注入培養皿，并輕搖培養皿，使之與水混勻，不含氣泡。記錄注射器內99Tcm溶液殘余活度（Residual Activity，ARES）。計算制備面源時培養皿中的放射性活度（A0），A0=AIN-ARES。放置面源于探頭視野中心，距離準直器表面一定距離處（也可置面源于準直器表面一定厚度、衰減幾乎為零的聚苯乙烯泡沫上）。

1.3.2 手動法和設備指導式測量方法

（1）按標準條件測試：111 MBq的99Tcm溶液、直徑15 cm的培養皿制成面源，置于距離準直器表面中心10 cm處進行測量。

（2）采集條件分別變化時測量：按面源與準直器距離不同（5～20 cm）、活度相同、直徑相同；面源直徑不同（3.5～20.0 cm）、活度相同、面源與準直器距離相同；面源活度不同（18.5～222.0 MBq）、直徑相同、面源與準直器距離相同分為3組進行測量，并記錄相應測試時長。

1.3.3 系統平面靈敏度測試

實驗前對SPECT設備進行Daily QC（每天質量控制）測試[13]，保證本底計數率≤2.5 kcps，能峰范圍（140.5±3.0） keV。

（1）手動測量法：SPECT探頭配低能高分辨率準直器，調整至H模式。采用靜態模式采集，矩陣256×256，放大倍數1.0，待采集總計數≥4000 kcts時，停止掃描，記錄采集持續時間（Time of Duration，TD）。準確記錄開始采集時間（Time of starting，TS）、總計數（N）。使用公式（1）可得出相應結果。

式中，S為靈敏度，T1/2為同位素半衰期，TS-T0為從劑量測量到采集開始的時間，編輯相關公式的Excel表格進行計算，依次測試探頭1和探頭2。設備系統平面靈敏度結果為探頭1和探頭2測試結果的平均值。采集時長為2個探頭采集時長的平均值。

（2）SPECT設備指導式測試：SPECT探頭配低能高分辨率準直器，調整至H模式。打開設備附帶程序Camera Sensitivity，設置矩陣256×256，放大倍數1.0，采集停止總計數4000 kcts，輸入99Tcm溶液AIN、ARES及T0。采集結束后，系統自動計算出測試結果，記錄采集時間。

1.4 測試結果判定標準

以不低于廠商規定值160 counts/min/μCi為結果判定標準，且2個探頭之間差異不超過5%判定為合格。

1.5 統計學分析

應用SPSS 19.0及GraphPad Prism 8.0.2軟件進行統計學分析，采用單樣本Wilcoxon符號秩和檢驗分析面源與準直器不同距離、面源不同直徑及面源不同活度條件下，系統平面靈敏度測試結果及采集時長與標準條件下測試結果及采集時長的差異，具體為以標準條件下，即面源活度111 MBq、面源直徑15 cm、面源距離準直器表面中心10 cm處手動測量及設備指導式測得的系統平面靈敏度結果以及采集時長分別為已知參數，進而推斷其他因素改變的情況下結果是否與其相符，以P＜0.05為差異有統計學意義；手動測量及設備指導式測量結果一致性檢驗采用Bland Altman分析，置信區間為95%。

2 結果

2.1 系統平面靈敏度測量結果

標準條件下，即面源活度111 MBq、面源直徑15 cm、面源距離準直器表面中心10 cm處手動測量及設備指導式測量系統平面靈敏度結果分別為166.73、168.50 counts/min/μCi，采集時長分別為 9.18、8.93 min。標準條件下，典型SPECT系統平面靈敏度測試平面源掃描圖像如圖1所示。

圖1 標準條件下典型SPECT探頭系統平面靈敏度測試平面源掃描圖

面源與準直器不同距離、面源不同直徑及面源不同活度條件下，手動測量及設備指導式測量系統平面靈敏度結果及相應采集時長分別如表1～3所示。面源與準直器距離介于5～20 cm時，采用單樣本秩和檢驗與前述標準條件下系統平面靈敏度測量結果及采集時長比較，手動測量及設備指導式測量結果與其結果無顯著差異（P=0.109、0.273），2種方法采集時長與其采集時長無顯著差異（P=0.593、0.593）（表1）。面源直徑介于3.5～20.0 cm時，采用單樣本秩和檢驗與前述標準條件下系統平面靈敏度測量結果及采集時長比較，手動測量及設備指導式測量結果與其無顯著差異（P=0.273、0.515），2種方法采集時長與其采集時長無顯著差異（P=0.273、0.465）（表2）。面源活度不同時，手動測量及設備指導式測量系統平面靈敏度結果與標準條件下測試結果亦無顯著差異（P=0.086、0.593），但2種方法采集時長較標準條件下采集時長差異較大（P=0.046、0.039）（表 3）。

表1 面源與準直器不同距離時系統平面靈敏度測量結果

表2 面源不同直徑時系統平面靈敏度測試結果

表3 面源不同活度時系統平面靈敏度測試結果

2.2 手動測量及設備指導式測量結果一致性檢驗

手動測量及設備指導式測量結果Bland-Altman一致性分析顯示，2種方法測試結果一致性良好，其差異和標準差分別為-0.7250、2.650 counts/min/μCi；95%一致性界限為 -5.919～4.469 counts/min/μCi，全部28/28（100%）點位于95%一致性界限內（圖2）。

圖2 手動測量及設備指導式測量結果一致性分析

2.3 手動測量及設備指導式測量不同面源活度的采集時長

手動測量及設備指導式測量不同活度面源系統平面靈敏度采集所用時長如圖3所示，2種方法測量不同活度面源時采集時長變化趨勢基本一致：當面源活度介于18.5～74.0 MBq時，采集時長介于47.69～11.57 min；當面源活度介于92.5～222.0 MBq時，采集時長小于10 min，介于9.92～5.11 min，但采集時間縮短趨勢較平緩。

圖3 手動測量及設備指導式測量不同面源活度的采集時長

3 討論

系統平面靈敏度是SPECT探頭在使用準直器的情況下，單位時間內在一個采集平面上采集到的計數與平面源的活度之比，其采集條件與臨床采集條件一致，更能反映SPECT設備臨床采集性能的優良，因此是SPECT設備驗收、狀態檢測及穩定性質控測試中均明確要求的指標[13]。同時，系統平面靈敏度是SPECT設備精準定量采集的質控基礎[14]。而通過建立感興趣區內放射性活度與設備準直計數的對應關系，實現對感興趣區放射性示蹤劑局部濃度的相對或絕對定量評估，可提高疾病診斷的準確性[15-16]，是目前定量SPECT發展的方向，也能為放射性內照射的劑量評估提供重要依據[17]。

根據WS523-2019標準[12]及設備附帶操作手冊，可以用手動測量法及設備指導式工作流程進行系統平面靈敏度測試，本研究結果表明，二者結果一致性良好。但手動法測量時，需單個探頭依次進行測量，耗時較長，且需詳細記錄滿針活度、滿針時間、空針活度、滿針時間到開始采集的時間，以及采集持續的時間（結束采集時間-開始采集時間）[18-19]，并編輯相關公式的Excel表格，方能計算出結果，過程較為復雜，且涉及人工計算，容易出錯；而設備指導式可同時測量2個探頭，用時較少，只需記錄滿針時間、滿針活度及空針活度，由系統自動記錄開始采集時間及采集持續時間并自動計算結果，相對較為便捷。此外，按照相關規范[12]及設備操作手冊要求，平面源離探頭距離應為10 cm，采用設備指導式工作流程測試時，可將面源置于下方探頭表面的衰減幾乎為零、厚度為10 cm的聚苯乙烯泡沫支架上進行2個探頭同時測量，而手動測量時，可將面源放置于檢查床上調整與上方探頭的距離，可避免對下方探頭操作時可能的放射性污染和安全隱患。

雖然國家相關標準及設備操作手冊對系統平面靈敏度的測試條件都有詳細的規定，但實際操作過程中，會受到很多客觀和主觀因素的影響。客觀因素如設備硬件本身問題，主觀因素如測試過程中由技術人員操作的面源與準直器距離、面源直徑及面源活度等。系統平面靈敏度測試周期一般為3～6個月[12,20]，由技術人員進行。若1次測量結果出現偏差時，可多次重復測量，判斷是否存在操作、系統誤差以及設備問題，若多次結果均不合格，則考慮為設備本身問題，需設備廠商硬件工程師進行設備校準。

在確保設備硬件性能符合條件的情況下，各種主觀因素也會影響系統平面靈敏度測試結果。結合國家標準[12]及設備操作手冊規定，系統平面靈敏度測試要求為面源活度40～111 MBq（99Tcm溶液），源直徑15 cm，源距離探頭10 cm，但技術人員在實際操作過程中，常常會偏離標準要求。本研究探討了偏離標準要求的測試條件對系統平面靈敏度測試結果的影響，發現平面源離準直器的距離為5 cm時，測試結果與10 cm時差異不明顯，但用設備指導式工作流程同時進行雙探頭測量時，雙探頭可靠近的最小距離為20 cm，因此面源與準直器最小距離為10 cm；而當分別增大面源與準直器的距離至15、20 cm時，手動法測量系統平面靈敏度結果分別為163.11、166.29 counts/min/μCi，設備指導式測量系統平面靈敏度結果分別為167.83、167.38 counts/min/μCi，差異不顯著。此外，當平面源直徑范圍為3.5～20.0 cm時，測試結果變化也不明顯，一方面考慮可能當準直條件相同的情況下，一個平面上活度相同的源的入射γ光子被觀察到的概率差異不大，也可能與本實驗設計源直徑跨越范圍不夠大有關，有待進一步驗證[10]。

參照國家WS523-2019標準[12]規定，系統平面靈敏度測試面源活度為40 MBq，設備操作手冊要求為 74～111 MBq，本研究測試活度介于18.5～222.0 MBq的不同面源對測試結果的影響，發現當面源活度為18.5～92.5 MBq時，結果均合格，但隨著源活度由大變小，采集時間從約10 min延長至約47 min；當面源活度為111～222 MBq時，測試結果亦合格，其采集時長變化較不明顯（介于5～8 min）。因此，實際操作中可綜合考慮采集時長及面源活度的最佳組合進行測量。此外，基于不影響結果的前提下劑量最小化的原則，無須再進行更大活度面源的測試。但更多影響因素、更大范圍的波動對測試結果的影響仍需進行更多研究進一步驗證。

4 結論

本研究探討了手動測量和設備指導式測量GE Discovery 670Pro SPECT系統平面靈敏度結果的差異，二者均能真實地反映設備的性能狀態，但在測試操作過程中各有優勢；當以偏離標準要求的不同條件進行測量時，在適當的波動范圍內也能滿足質控測試要求，但需綜合考慮如采集時間、面源輻射劑量等因素的影響，探索合適的測試條件，減少職業輻射，提高設備使用效率。