PET/CT成像系统的质量控制

钱根年，陈自谦，钟群，肖慧，许尚文，付丽媛

联勤保障部队第九〇〇医院（原南京军区福州总医院） 医学影像中心，福建 福州 350025

引言

正电子发射断层显像/X线计算机体层摄影（Positron Emission Tomography/Computed Tomography，PET/CT），它将PET和CT完美地结合在一起，集功能代谢显像与影像解剖结构影像于一身，其临床应用价值及优势被临床科医师所认可，临床应用范畴日益扩大，尤其对于恶性肿瘤的定性诊断、分期等方面显示其独特的优势[1-5]。PET/CT已逐渐配置于大多数的医院，然而，这一先进的分子影像成像设备具有较高的运营及维修保养成本，为了保证PET/CT设备的正常工作状态，对该设备实施质量控制（Quality Control，QC）是必不可少的。由于PET/CT由PET和CT两部分构成的，因此，质量控制分为PET部分质量控制、CT部分质量控制及PET/CT整机的质量控制。本文针对GE公司产Discovery LS16型PET/CT 设备的日常预防性维护保养及质量控制，保障PET/CT日常正常运行，保证图像质量，减少停机率。对PET/CT质量控制的项目包括：工作环境的保持，日常预防性质量控制，空间分辨率测试[6-8]。

1 工作环境

1.1 温度

扫描间、操作间及设备间应配备足够功率的空调，温度应维持在18℃～22℃。非工作日要安排值班人员定期巡视，发现温度超出规定范围，要及时调整或报告。

1.2 湿度

机房及设备间的湿度保持在40%～60%为宜。若机房湿度过大，易导致PET探测器晶体潮解或电路短路；若机房内太干燥，则机房内灰尘增多，仪器表面易产生静电而损坏机器。所以机房内要配置去湿机和加湿器。

2 日常预防性质量控制

2.1 每日质控内容、步骤及方法

（1）每日质控内容、步骤为：① PET/CT系统中CT设备的自检（包括CT扫描机架和检查床等硬件设备）；② 执行PET的Tip All，以检查包括PET的机架、采集系统、重建系统等硬件设备以及内部网络通畅情况；③ CT的球管预热（Tube Warm Up）防止冷球管突然加高电压导致损坏；④ 执行PET空白扫描，检测PET采集晶体模块工作是否正常及有无损坏，检测重建系统是否正常。

（2）日常预防性质量控制方法为：通过晶体对68Ge棒源进行5 min采集后，重建出高灵敏和高分辨两组的图像，观察图像判断晶体的工作性能及好坏（图1，2）。图1为晶体Blank Scan的正弦图，无异常伪影，提示正常；图2为晶体Blank Scan的正弦图，显示一斜条状白色透亮影，提示某一晶体损坏，需维修更换后，再次执行空白扫描，直到显示图1所示为止。每天执行1至4步骤的质量控制程序，必须保证每个项目都能完成，无错误信息框呈现。

图1 正常的Blank Scan正弦图

图2 异常的Blank Scan正弦图

2.2 每周质控内容、步骤及方法

2.2.1 质控前的准备

数据备份：对设备进行质控前，应对CT及PET的系统文件，扫描协议和校准文件进行备份。PET机械手测试：行PET质控前，应对取出与归位棒源的机械手进行运行功能测试，以保证其质控时机械手动作正常。

2.2.2 质控内容、步骤及方法

（1）每周质控内容、步骤为：① CT快速空气校准主要校准CT扫描范围内空气值的均匀性，使用200 mm标准水模检测CT值精度及均匀性（图3），水模图像中的中间及边缘区域CT值应为接近0 HU，证明正常；② 调节每个光电倍增管信号增益，校准其增益值，以达到探测效率的一致性（图4）；③ 符合线路时间校正，选择质控项目中CTC扫描协议，通过晶体对68Ge棒源进行大约10 min采集，计算机自动运算及进行比对，以达到调整探测时间的一致性；④ 空白扫描校正文件的重建，晶体对68Ge棒源进行大约40 min采集后，重建出空白扫描校正文件，替换旧校正文件，以保证图像质量；⑤ 检测PET/CT系统中CT与PET位置的误差，即VQC（Volumetric Quality Control）扫描。

图3 CT值均匀性检测图

图4 增益校准

（2）每周质控的方法。PET/CT将获取PET图像的功能信息与CT图像的结构信息精准的融合是其最大的优势，可以使诊断的准确性能够得到大大提高[1]。因此，PET/CT图像融合精准度的质量控制十分重要，以Discovery LS16 PET/CT为例简要介绍PET/CT图像融合精准度的检测方法。方法一：通过对随机配备的检测模型（内有前后左右中心5个小球）进行CT扫描和PET采集，然后对重建后的图像进行融合，观察图像中的五个点是否重叠并显示相应的调整方案的数值；方法二：选用GE公司提供的圆柱体空心模型（该模型直径为300 mm），内注入18F核素溶液4 mCi，将该模型由支架固定在扫描床的前端，启动PET/CT全身采集扫描协议，完整的执行全模型的PET/CT扫描采集，然后将重建后CT及PET图像进行融合，测量选取模型中间层面的横断层的图像，观察两者图像的配准情况，利用CT和PET的横断层图像的位置偏移距离来计算图像位置的匹配程度（用mm表示），要求CT与PET的融合图像的匹配误差≤1 mm。不符合要求，则对PET/CT的CT和PET机架进行调整，直到达到要求为止。

2.3 每月质控内容、步骤及方法

除每周质控内容外，还包括PET探测器符合探测灵敏度（归一化）校正。PET 中有成千上万个探测晶体单元，以GE discovery LS16型PET/CT为例，总共有56个Module，每个Module包含6个block，每个block有36个晶体单元构成，因此，总共有12096个晶体单元。受每个晶体各自性能和几何位置差异的影响，如晶体单元发光效率、晶体单元与光电倍增管的耦合、晶体单元对符合探测线的张角不同等因素，影响其探测效率的一致性。其校正方法是利用均匀分布的68Ge放射棒源，测量每个晶体单元的计数响应，由计算机自动算出归一化因子，以文件方式存于计算机内，当对病人进行PET采集时，将采集时的测量值乘以相应归一化因子，那么就实现了晶体探测器效率的校正。通过晶体对68Ge棒源进行12 h的采集后重建出归一化校正文件。

2.4 每季度质控内容、步骤及方法

除每周、每月质控内容外，还包括：① 调节晶体光电倍增管信号位置即PET图像在X、Y轴的位置（图5）；② 调节晶体光电倍增管信号能量（图6）；③ Well counter校正是通过对GE公司配备的模型（ 2D方式时使用10 mCi68Ge棒源，3D方式时使用1.6 mCi68Ge棒源）分别采集30 min，然后重建Well counter的校正文件，目的是保证SUV值的准确性及调节图像的均匀性。

Well counter对图像质量的影响：Well counter的主要功能是调整和校正PET图像每像素的放射性活度值，及调节图像的均匀性的作用，主要是断层图像的补偿校正。通过对1999-NEMA[9]标准模型2D（2.5 mCi）方式、3D（0.5 mCi）方式各30 min采集，然后经过一系列软件处理产生校正文件。当NEMA模型内FDG未分布均匀时，会直接影响Well counter断层图像的补偿系数及直接影响图像的均匀性；当测量的FDG剂量不准确，重建出的校正文件直接影响SUV值的准确性；当一系列软件处理过程有问题时，也会直接影响图像的均匀性。以Discovery LS16型PET/CT为例，PET采集病人数据时，是以分段的方式采集，并能重建出35幅图像，每幅图像间隔为4.25 mm，融合拼接时每个床位之间重叠一帧图像。采集病人时采用高灵敏方式，在高灵敏采集状态下，由于几何效率的关系，床位两头采集的计数少，需要Well counter的补偿系数高。所以当无Well counter校正时，床位两头的计数无法得到补偿，就出现床位间白条横线伪影（图7）。当Well counter校正出现误差，图像出现过度校正时，床位之间出现黑条横线伪影。Well counter校正正常时，床位间应无伪影出现（图8）。

图5 位置校准：正常的晶体模拟位置图

图6 能量校准：正常的晶体能量校准图

图7 床位间出现白条横线伪影图像

图8 Well counter校正PET图像

3 空间分辨率测试

半高宽（FWHM）能反映PET在最佳状况下能达到的最高分辨性能。测试方法：选用18F溶液，浓度为5 mCi/mL。均匀的注入长度为100 mm、内径≤1 mm的毛细管中，密封毛细管两端；将3根毛细管放置在空间分辨率测试模型中，固定在一个X、Y平面支架上，用激光定位线将模型置于视野中心。选择PET扫描协议“NEMA Resolution protocol”，扫描1 min后，选择GE软件中“NEMA分析工具”，检查定位精度，3个毛细管的X、Y、Z位置偏差需要在±2.0 mm范围内，如果超出范围，则需调整。定位完成后，根据计数率调整时间最少采集50万个计数，采集完成选择GE软件“NEMA分析工具中的ANALYZE Result”进行计算，重建图像的半高宽，即得到空间分辨率测试结果[10-13]。Discovery LS16型PET/CT的半高宽值应不大于6，如果大于6，则应对PET晶体模块进行检测和校准，包括光电倍增管的增益，图像X、Y轴的位置和能量。如有损坏，则更换。再次进行空间分辨率测试，直到合格。常规应每季度检测一次；如遇维修更换晶体及数据采集系统相关硬件，则也应进行空间分辨率测试。

4 CT部分的质量控制

CT的质量控制主要包括：激光定位灯的准确性，检查床进位的准确性，CT值及CT噪声，空间分辨率，低对比分辨率[14-15]。测试模型系GE公司生产的专用CT 性能测试模型，有关CT的质量控制检测方法请参考本专栏文章《MSCT设备质量控制检测研究》，这里不再赘述。

5 结语

PET/CT的安全稳定的运行和质量保证是PET/CT得以广泛开展的前提。因此，必须具备高素质的医技术人员，且严格按照各项操作规程，加上精心的保养与维护，以保证机器有很高的使用率，降低PET/CT设备故障的发生率和误操作率[16-18]。通过对Discovery LS16型PET/CT日常预防性的质量控制，以便提高对PET/CT的质量控制与质量管理的认识，形成科学与标准化的统一管理体系，使PET/CT这一核医学的利器能发挥其巨大的临床效用和社会效益。