双探头SPECT-CT仪常规质量控制方法探讨*

李 宁 姚忠强 廖光星 杨鸿宇 杨 志 陆静佳 方建芸 肖国有*

高端单光子发射计算机断层(single-photon emission computed tomography，SPECT)和多排螺旋X射线计算机断层扫描仪(computed tomography，CT)组合而成的SPECT-CT设备，是功能显像和解剖结构显像的结合体，不仅能提供人体组织的功能信息，而且还能提供解剖信息[1]。CT机为设备提供丰富的解剖形态学信息，SPECT显像诊断的特异度和灵敏度得到极大提高，SPECT与CT的同机融合和精确配准，显著提高了疾病诊断的准确度。单独SPECT、单独CT或单独SPECT和单独CT联合诊断的效能都远不如SPECT-CT，因此SPECT-CT在临床和影像学科中越来越受到重视，在医院临床中得到广泛应用。

然而，SPECT-CT作为一种功能性的显像设备，其性能对图像质量起到关键性作用[2-5]。由于双探头SPECT-CT的特殊结构设计，对2个探头之间旋转中心的匹配、灵敏度和均匀性的一致性等提出更高的要求，因此必须对其进行有效的日常质量控制和预防性维护，为临床提供高质量图像[6]。为此，本研究综合分析广西医科大学附属肿瘤医院核医学科在用的SPECT-CT仪近5年来的质量控制资料和现有的质量控制模型，探讨更为合理的质量控制方法。

1 材料与方法

利用符合美国国家电气制造商协会(National Electrical Manufactures Association，NEMA)标准的锝99(99Tcm)点源、四象限铅栅模型和Jaszczak断层模型来检测能峰、断层均匀性、能量分辨率、系统灵敏度、中心视野(central field of view，CFOV)固有积分均匀性、固有线性以及固有空间分辨率等参数，监测仪器运行状态。

1.1 仪器与质量控制模型

(1)点源。自制符合NEMA标准的点源，其直径＜5 mm，体积＜0.5 ml，计数率约为15，用于检测能量分辨率、空间分辨率、最大计数率、固有均匀性和空间线性[7]。

(2)四象限铅栅模型。模型是由4个象限不同间隔和宽度的铅条构成，在同一象限中，铅条间隔与宽度相等，用于检测固有线性和固有分辨率。

(3)Jaszczak模型。用于检测断层分辨率和断层均匀性。

(4)平面泛源模型。用于检测系统的灵敏度和均匀性。

1.2 质量控制内容与方法

仪器性能分为系统性能和固有性能。系统性能的测试需装上准直器，一般为低能通用或低能高分辨，而固有性能的测试则需将准直器卸掉[8-9]。

1.2.1 日质量控制

(1)质量控制内容。①检测仪器的能峰；②检测仪器的固有能量分辨率；③检测仪器CFOV的固有积分均匀性。

(2)质量控制方法。利用点源且要求计数率在15 KC/s左右，卸下探头准直器，在有效视野(useful field of view，UFOV)的5倍距离中心处放置点源，然后启动系统自带的质量控制校准程序和分析方法。1.2.2 月质量控制

(1)质量控制内容。①检测仪器的能峰；②检测仪器的固有能量分辨率；③检测CFOV的固有积分均匀性。

(2)质量控制方法。利用点源且要求计数率在15 KC/s左右，卸下探头准直器，在UFOV的5倍距离中心处放置点源，然后启动系统自带的质量控制校准程序和分析方法。

1.2.3 半年质量控制

(1)检测系统的平面灵敏度。制作185 MBq平面泛源模型悬空放置于距探测器表面10 cm处，探头配备低能高分辨率准直器，采集条件设置为：能峰140 keV，能窗20%。

(2)数据采集与处理。在无放射源的环境中采集300 s的本底计数NB，安装好平面泛源模型后采集300 s的测量计数N；采集时的平均活度计算为公式1：

式中A0为活度计测得的活度值；t为活度测量时刻到采集中间的时间；Δt1/2为核素的半衰期。

灵敏度的计算为公式2[10]：

(3)检测固有空间分辨率及固有空间线性。制作370 MBq点源放置于探头上方1.5 m以上的距离，卸下探头准直器，将四象限铅栅模型水平放置在已调到L-model的探头上，并尽量紧贴晶体，完全覆盖探头的有效视野，且使栅缝平行于X轴或Y轴方向，检测X轴或Y轴方向的空间分辨率；采集矩阵设置为512×512，放大倍数为1.0，静态采集的总计数为4×107。通过采集得到的原始图像，经过如下计算即可得到固有空间分辨率和固有空间线性这2个指标：①对每条缝，以像素号为横坐标，计数为纵坐标在坐标纸上做出一条平滑曲线，以计数最高的道作为峰的中心位置，对每个峰计算出半高宽(full width at half maximum，FWHM)，用插值法计算出相邻的计数道，X轴或Y轴方向所有峰FWHM的平均值即为固有空间分辨率；②通过FWHM连线的中点的垂线作峰的中心线，计算所有中心线距离的标准差即为固有微分线性[11]。

(4)检测旋转中心(center of rotation，COR)。仪器探头配备低能平行孔高分辨率准直器，然后移至断层采集位置，在断层床上放置37 MBq点源，分别调置探头位于0°和90°，查看点源影像位置，判断其是否在矩阵中心，若不在，则通过平移或升降检查床来调节。采用512×512矩阵和每帧6°的条件进行采集，系统自动对采集后的数据进行实时校正。

(5)检测系统均匀性。仪器探头配备低能高分辨率准直器，在待测探头表面放置185 MBq平面泛源模型，采集条件设置能峰为140 keV，能窗为20%，采集总计数为16 M。

(6)评价系统总体性能。仪器探头配备低能高分辨率准直器，在检查床上放置740 MBq Jaszczak模型，要求模型的长轴与探头的旋转轴平行，采集条件设置矩阵为512×512，放大倍数为1.0，扫描旋转为360°，每帧6°，图像重建后即可分析断层均匀性及分辨率等。

2 结果

根据现有的质量控制模型和系统自带的质量控制程序，依据NEMA和国际原子能机构(International Atomic Energy Agency，IAEA)中的检测标准，对在用的GE Discovery VH双探头SPECT-CT仪质量控制参数进行检测，其结果见表1。

表1 GE Discovery VH双探头SPECT-CT仪质量控制参数结果(n=20)

对SPECT-CT仪合理质量控制和定期规范化保养，仪器近5年来未发生大的故障，保持稳定的性能，运转正常。最近5年SPECT-CT仪器每个季度各项性能指标的测试均符合NEMA标准(在正常值范围内)。从每月质量控制中发现能峰、积分均匀性、旋转中心和固有能量分辨率均较为稳定，但有时系统均匀性出现微小波动，通过运行系统自带的校正程序(CEL校正)，即可校正到正常范围。截止2014年，仪器已使用了8年时间，回顾其性能参数测试结果发现，在验收使用初期仪器性能容易波动，不稳定且发生故障的可能性较大，一年后性能较为稳定，目前仪器已进入老化期，其性能的稳定性逐年降低。

3 讨论

SPECT-CT图像显示放射性药物在人体内的分布，因此每个探头的性能参数要求十分准确，如果性能参数值偏离正常值而产生伪影将导致错误的影像诊断，临床符合率和影像报告准确率很大程度上取决于图像质量[12]。SPECT-CT质量控制是为影像医生提供高质量影像的重要保证，也是早期发现仪器故障和监测仪器工作状态的重要手段，如均匀性变差、能峰漂移、能量分辨率下降等均会严重影响系统性能。能峰可因温度急骤变化、光电倍增管老化、高压变化等因素而改变[13]。当能峰发生漂移时，灵敏度和均匀度降低，散射计数增加，图像质量下降，必须进行校正，一般通过调整光电倍增管的增益或调整高压来实现校正。如果质量控制的结果出现较大偏差，则应考虑硬件故障。

SPECT-CT仪性能分为系统性能和固有性能，系统性能是装上准直器时仪器的性能，固有性能是卸下准直器时仪器的性能。如果固有性能保证而系统性能较差，则可用来评价准直器性能的好坏，如灵敏度、准直器分辨率等。旋转中心是计算机图像重建坐标、探头电子坐标和机械坐标系统共同的重合点，反映SPECT系统的计算机图像存储中心与机械旋转中心的重合程度。任何不重合都表现为旋转中心漂移和旋转轴倾斜。旋转中心漂移和旋转轴倾斜会在图像上产生伪影而影响图像质量[14]。

本研究显示，固有空间分辨率未能实现定量评价，因为按照NEMA和厂家标准，需要用到SLIT模型(平行线槽铅栅)，经过模型采集图像生成的点扩展函数的半高宽来表示空间分辨率，这种检测方法可以得到相对客观的量化指标。而本研究用四象限铅栅模型，只能进行目测主观评价性能的好坏，说服力相对较弱。此外，Jaszczak断层模型反映仪器总体性能，旋转中心漂移，2个探头性能不匹配，平面性能变差，采用滤波方式进行后处理等都会影响断层图像质量。

4 结语

SPECT-CT仪性能参数的检测有多种方法且较为复杂，为了能够更加客观评价设备性能，需要将质量控制方法规范化。目前，各生产厂家的SPECTCT仪图像处理系统、分析软件各不相同，其性能检测方法和质量控制模型也不完全相同[15-17]。为了提高设备的使用效率和性能，需要建立相对统一的质量控制方法，以利于仪器性能稳定，提高使用效率。

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