優(yōu)化釔-90 軔致輻射SPECT 顯像能窗：體外實驗研究

程文迪，向鏞兆，王海濤，吳偉銘，楊晶晶，蔡華偉，趙 禎

（四川大學華西醫(yī)院核醫(yī)學科，四川 成都 610041）

以釔-90（Yttrium-90，90Y）微球行TACE 是治療無法切除肝臟腫瘤的重要方法之一［1-2］，通過導管將90Y微球注入腫瘤供血動脈，利用90Y 發(fā)出的短程β 射線的輻射作用殺死腫瘤細胞，同時微球也可作為栓塞劑引起腫瘤缺血、壞死。由于90Y 幾乎只發(fā)射β 射線，無法直接成像；其軔致輻射產生的X 射線為連續(xù)能譜且光子計數(shù)率較低，缺乏可與散射光區(qū)分的峰值，不能使用多能量窗散射校正方法，導致能峰、窗寬及準直器均可影響90Y 軔致輻射顯像質量［3］。目前對于90Y 軔致輻射顯像的最優(yōu)能窗還存在爭議，且國內尚缺少針對以中能通用（medium-energy general-purpose，MEGP）準直器行90Y 軔致輻射顯像的最佳能窗研究。本研究旨在觀察中能通用（MEGP）準直器不同能窗對90Y 軔致輻射SPECT 圖像質量的影響，并遴選最佳顯像能窗。

1 材料與方法

1.1 設備與藥物 采用GE Discovery NM/CT 670 Pro型SPECT/CT 儀，碘化鈉晶體厚3/8 in（9.50 mm），MEGP 平行孔準直器，孔徑長度、直徑及間隔厚度分別為58.00、3.00 和1.05 mm。90Y 炭微球由紐瑞特醫(yī)療科技有限公司提供，裝于玻璃小瓶內，放射性活度為740 MBq（20 mCi）。

1.2 方法

1.2.1 獲取能峰 對裝有90Y 炭微球的小瓶進行SPECT 平面顯像，獲取MEGP 準直器下90Y 軔致輻射的能譜及能峰。

1.2.2 采集圖像 將90Y 源置于距MEGP 準直器探頭 約15 cm 處，SPECT 平面顯像時間120 s，矩陣128×128，每組27 個能峰，分別為40～300 keV 內間隔10 keV 整數(shù)值，窗寬分別為10%和20%。

1.2.3 圖像后處理 將平面圖像上整個有效視場作為視野（field of view，F(xiàn)OV），以放射性最高點為中心，勾畫與裝載90Y 源小瓶面積相等部分作為ROI；分別計算前、后位圖像中FOV 和ROI 內的光子計數(shù)，取平均值作為最終計數(shù)。計算不同能窗下圖像的靈敏度、源計數(shù)/有效視野計數(shù)百分比（percentage of the source counts in useful field of view，S/FOV%）及信號/背景比（signal-to-background ratio，S/B）：靈敏度=源ROI計數(shù)/源活度，S/FOV%=源ROI 計數(shù)/FOV 內總計數(shù)，S/B=源ROI 計數(shù)/FOV 內、ROI 外計數(shù)；對公式中的源活度進行時間校正。

1.2.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 25.0 統(tǒng)計分析軟件。以描述正態(tài)分布計量資料，組間行配對t檢驗；以中位數(shù)（上下四分位數(shù)）描述偏態(tài)分布計量資料，組間行Wilcoxon符號秩檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 能譜特征 所用MEGP 準直器能峰為76.2 keV。獲得的90Y 軔致輻射能譜為連續(xù)曲線（圖1），能量范圍為34～512 keV（最大探測值為512 keV）。

圖1 以MEGP 準直器所獲90Y 軔致輻射能譜

2.2 圖像質量參數(shù)

2.2.1 靈敏度 10%、20%窗寬下，圖像靈敏度均在70～90 keV 范圍內達到最高（圖2A）。相同能峰下，相比10%窗寬，20%窗寬圖像的靈敏度更高（P＜0.05，見表1）。能窗為80 keV±20%時，靈敏度達到最高（70.07%）。

表1 以MEGP 準直器于40～300 keV 能峰，10%、20%窗寬所獲90Y 軔致輻射SPECT 圖像靈敏度、S/FOV%及S/B 比較

圖2 以MEGP 準直器于40～300 keV 能峰，10%、20%窗寬所獲90Y 軔致輻射SPECT 圖像的靈敏度（A）、S/FOV%（B）及S/B（C）

2.2.2 S/FOV% 在10%和20%窗寬下，90Y 圖像S/FOV%均在能峰50 keV 處達到最高，且能峰在40～130 keV 范圍內，圖像S/FOV%均較高（圖2B）。2 組圖像間S/FOV%差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05，表1）。

2.2.3 S/B 在10%和20%窗寬下，90Y 圖像S/B 均在50 keV 處達到最高，分別為2.42 和2.39（圖2C）。2組圖像S/B 差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05，表1）。

2.3 最佳顯像條件 采用MEGP準直器以100 keV±20%能窗進行90Y軔致輻射顯像，靈敏度、S/FOV%及S/B分別為69.73%、0.62和1.64時為最佳條件，見圖3。

圖3 以MEGP 準直器在100 keV 能峰、±20% 窗寬（A）及±10% 窗寬（B）下所獲90Y 軔致輻射SPECT 圖像

3 討論

90Y 幾乎只發(fā)射β 射線，輻射范圍小，在組織中的穿透距離平均2.5 mm、最大11 mm；且半衰期較短，為2.67 天（64.2 h）。90Y 缺乏離散能量光子發(fā)射，如γ 射線和/或特征熒光X 射線。90Y SPECT 顯像主要依賴于β粒子與空氣中各種物質的原子核相互作用產生的軔致輻射［4］，電子在相互作用過程中失去能量，其動能被轉換成連續(xù)、廣泛的能量分布［5］，最高能量可達2.28 MeV［6］。軔致輻射成像的目標空間信息亦由光子攜帶，但軔致輻射光子能譜呈連續(xù)且廣泛分布，缺乏可與散射光相區(qū)分的能峰，導致90Y軔致輻射顯像效果不佳。

提高圖像對比度、降低圖像噪聲可改善圖像質量。圖像對比度取決于空間分辨率及光子衰減、光子散射、準直器穿透及隨機巧合等其他因素；圖像噪聲則與S/FOV%及S/B 等相關。軔致輻射SPECT 顯像中，不同準直器類型和不同能窗可致散射光子與主光子數(shù)目的比值不同，導致圖像質量存在差異［7］，故適當選擇準直器和能窗對于保證圖像質量尤為重要。既往多項研究［5，7-9］得出的最佳能窗在40～300 keV內。本研究結果顯示，90Y 軔致輻射在34～512 keV（所用設備最大探測值為512 keV）能量范圍內表現(xiàn)為連續(xù)能譜，能峰為76.2 keV。

本研究中，靈敏度是測得距探測器15 cm 處放射源的單位放射源活度計數(shù)率。準直器和能峰相同情況下，窗寬越大，探測器接收的光子數(shù)目就越多，計數(shù)率越高、靈敏度越大。由于90Y 軔致輻射發(fā)出的光子缺乏可與散射光相區(qū)分的能峰，接收總光子數(shù)目增多不僅使主光子數(shù)目增多，也使散射光子數(shù)目增多，故應關注S/B 和S/FOV%等圖像信噪比參數(shù)。本研究結果顯示，以MEPG準直器行90Y 軔致輻射SPECT顯像時，選擇10%窗寬、20%窗寬所獲圖像的S/FOV%及S/B差異均無統(tǒng)計學意義（P均＞0.05），可能窗寬從10%擴大到20%對圖像信噪比的影響甚微，而10%窗寬圖像的靈敏度更低（P＜0.05），提示相比±10%，±20%更適宜作為90Y 軔致輻射顯像的窗寬，與既往研究［10］相符。

由于軔致輻射產生的可成像的主光子較少［11］，且本研究90Y源與探測器距離較近，而臨床實踐中患者接受90Y 微球治療后顯像計數(shù)率可能較本研究更低，需要采用較大的窗寬以提升靈敏度、保證顯像計數(shù)。另有研究［12］指出，提高成像系統(tǒng)靈敏度可縮短成像時間、減少運動偽影、減輕核素活度變化的影響。然而靈敏度與空間分辨率呈負相關，即隨著靈敏度升高，空間分辨率下降［10］。為保證圖像質量，需兼顧靈敏度和空間分辨率；選擇最佳能窗時，應對靈敏度、S/FOV%及S/B 進行綜合考量。本研究顯示，50 keV 附近的S/FOV%和S/B均較高但靈敏度很低，可能大多數(shù)能量低于60 keV的光子在傳播過程中已發(fā)生衰減［13］，使實際接收到的光子數(shù)目較少而致靈敏度降低、圖像質量不佳；70～90 keV 時靈敏度較高，但S/FOV%和S/B 相比40～60 keV 和90～120 keV均有所下降，而70～100 keV范圍內主要是目標散射和X射線［14］，筆者認為70～90 keV能量范圍內包含鉛準直器和鉛殼與軔致輻射光子相互作用形成的特征X射線峰，導致接收光子數(shù)目多，使靈敏度達到最大值。因此，在一些情況下，為提高空間分辨率，可選擇狹窄能窗以封閉90Y 軔致輻射產生的射線中的特征k殼峰、減少寬能窗帶來的線束硬化偽影［8］。

本研究結果顯示，100 keV±20% 能窗是以MEGP 準直器行90Y 軔致輻射SPECT 顯像的最佳能窗，其靈敏度、S/FOV%及S/B 分別為69.73%、0.62和1.64，S/FOV%和S/B 略低于40～60 keV、但靈敏度大幅提升；而相比70～90 keV，其S/FOV%和S/B增高而靈敏度未受明顯影響。

另外，準直器也在一定程度上影響圖像質量，且不同準直器對應的最優(yōu)能窗參數(shù)有所不同。有研究［7］報道以高能準直器、90～110 keV 能窗可獲得質量較高的SPECT 圖像，但也有學者［11］認為應采用MEGP 準直器，以獲得更好的靈敏度。

綜上，本研究以MEGP 準直器行90Y 軔致輻射SPECT 顯像，發(fā)現(xiàn)20%窗寬圖像質量優(yōu)于10%窗寬，綜合考慮靈敏度、S/FOV%及S/B，以100 keV±20%窗寬為最佳能窗。但本研究僅為體外實驗，且未涉及低能和高能準直器最優(yōu)能窗參數(shù)，有待后續(xù)深入探討。

利益沖突：全體作者聲明無利益沖突。

作者貢獻：程文迪研究實施、撰寫和修改文章；向鏞兆、王海濤圖像處理；吳偉銘、楊晶晶統(tǒng)計分析；蔡華偉研究設計；趙禎指導、審閱文章。