定量的SPECT/CT的质量控制方案探讨

朱干，徐慧琴

安徽医科大学第一附属医院 核医学科，安徽 合肥 230022

引言

SPECT/CT是单光子发射型计算机断层扫描（Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT）和 X 射线图像的计算机断层扫描（Computed Tomography，CT）相结合而产生的核医学设备[1]。SPECT具有灵敏度高的特性，CT具有良好空间分辨率的特性；SPECT提供功能显像信息，而CT提供断层解剖信息；两者相辅相成、合二为一，提供更全面的功能及解剖信息[2]。随着核医学技术的发展，SPECT/CT具有了PET/CT的定量功能，定量的SPECT/CT可以精准评估病人具体情况，给临床医生提供更准确病情，例如定量的SPECT/CT骨骼显像技术可以得到病变部位标准化摄取值（Standardized Uptake Value，SUV），帮助诊断复杂的疾病[3]。然而规范化的质量控制是定量的SPECT/CT设备正常运行、获得高质量的图像和提供精准定量的基础[4-6]。

何正中等[4]对西门子Symbia T16 SPECT/CT核医学探头质量控制探讨表明SPECT/CT的质量控制是核医学质控工作的重要组成部分，是保障影像质量的关键环节，是监测设备运行状态、早期预判设备故障的重要手段。李宁等[7]对GE Discovery VH双探头SPECT/CT仪常规质量控制方法探讨表明制定合理及有效的质量控制计划，可有效保证SPECT/CT仪正常运行和图像质量。Graham[8]研究表明尽管质量控制会消耗工作人员大量的时间，然而为了病人病情的诊断与治疗，SPECT系统的质量控制是必不可少的工作。2014年中华医学会核医学分会编写的《SPECT/CT和PET/CT临床质量控制与质量保证的基本要求（2014版）》[5]表明保证在SPECT/CT检查中获得高质量的图像，提高检查的准确性，开展质量控制有其重要性和必要性。所以传统的核医学SPECT/CT设备的质量控制是必不可少的工作；然而具有定量功能的SPECT/CT设备需要更规范化的质量控制，获得更高质量的图像和更精准的定量信息，为病人病情评估提供有力依据。

1 材料与方法

1.1 核医学设备质量控制

利用符合美国国家电器制造商协会标准[9]的99mTc点源、自动57Co点源、自动153Gd线源、精准57Co xSPECT Quant校准放射源、适量的99mTc溶液、旋转中心模型，Jaszczak模型，国际电工委员会体部模型，Hoffman 3D脑模型对SPECT/CT（Simens Symbia Intevo 16）进行能峰测试、均匀性验证、均匀性校准、多探头配准/旋转中心（Multi-Head Registration/Center Of Rotation，MHR/COR）校准、灵敏度校准及模型测试。

1.1.1 能峰测试

将自制的体积小于0.1 mL及放射性活度37 MBq左右的标准99mTc点源放置于设备质量控制杆上，并手动调至两探测器中心位置，在采集工作站分别运行探测器1和2的程序。可以获得标准99mTc点源能峰测试图像，判断能峰曲线峰值是否集中于140 keV左右。

1.1.2 均匀性测试

均匀性测试是验证探测器均匀的放射性后获得图像均匀度的情况，包括固有均匀性验证、固有均匀性校准及系统均匀性扫描验证等。

（1）固有均匀性验证——自动质量控制。将标准自动的57Co点源（放射性活度1.85 MBq，制作时间2017年11月30日）提前安装于设备的自动化集成放射源固定装置上，确定患者摆位监视器（Patient Position Monitor，PPM）上显示的背景计数低于0.4 kcts/s，打开固有均匀性自动验证工作流程模板，输入57Co点源放射性活度及制作时间，启动程序并自动移除低能高分辨（Low Energy High Resolution，LEHR）准直器，分别调谐探测器1和2性能，使用双探测器、放大倍数1.0、矩阵1024×1024、启动静态采集程序，分别采集3×107计数，结束后获得固有均匀性验证图像及数据。

（2）固有均匀性验证——手动质量控制。提前移除LEHR准直器，将人工配制的99mTc点源（PPM上的计数率于15～50 kcts/s之间）安装于设备的手动的放射源固定杆上，确定PPM上显示的背景计数低于0.4 kcts/sec，打开手动固有均匀性验证工作流程模板，启动程序分别调谐探测器1和2性能，使用双探测器、放大倍数1.0、矩阵1024×1024、启动静态采集程序，分别采集3×107计数，结束后获得固有均匀性验证图像及数据。

（3）固有均匀性校准——自动质量控制。将标准自动的57Co点源（放射性活度1.85 MBq，制作时间2017年11月30）提前安装于设备的自动化集成放射源固定装置上，确定PPM上显示的背景计数低于0.4 kcts/s，打开固有均匀性自动校准工作流程模板，输入57Co点源放射性活度及制作时间，启动程序并自动移除LEHR准直器，分别调谐探测器1和2性能，使用双探测器、放大倍数1.0、矩阵256×256、启动静态采集程序，分别采集20千万计数，结束后获得固有均匀性校准图像。再次运行固有均匀性验证程序，使用双探测器、放大倍数1.0、矩阵1024×1024、启动静态采集程序，分别采集2×108计数，结束后获得固有均匀性校准后验证图像及数据。

1.1.3 MHR/COR校准

将自制的5个体积小于0.1 mL及放射性活度37 MBq左右的99mTc点源放入旋转中心模型板上，然后再把模型板放在检查床上并把检查床进至探测器中心位置，打开MHR/COR 180°校准工作流程模板，不移除LEHR准直器，再使用双探测器、放大倍数1.0、矩阵128×128、采集360°、每3°采集一帧、一帧采集5×104计数，启动采集程序，结束后获得180° LEHR MHR/COR校准图像及数据。

1.1.4 灵敏度校准

将精度57Co xSPECT Quant校准放射源（放射性活度117.5 MBq，制作时间2017年11月17）固定于集成放射源固定装置上，并手动调至两探测器中心位置，打开灵敏度校准工作流程，输入精度57Co校准源放射性活度及制作时间，不移除LEHR准直器，探测器将自动定位到离点源10 cm的位置，再使用双探测器、放大倍数1.0、矩阵1024×1024、启动静态采集程序，分别采集5×106计数，结束后获得灵敏度校准图像及数据。

1.1.5 模型测试

将适量的99mTc溶液（400～600 MBq）用注射器分别注入Jaszczak模型、IEC体部模型及Hoffman 3D脑模型内，充分混匀及排空模型内空气后，平置于检查床上，调节模型至探测器中心位置，采用LEHR准直器，放大倍数1.0，矩阵256×256，采集360°，每6°采集一帧，一帧采集120 s，启动采集程序，重建后图像并分析数据。

1.2 CT质量控制

利用厂家自带的均值水圆柱形模体对SPECT/CT（Simens Symbia Intevo 16）仪器中 CT 设备进行 CT 值（水）、均匀性及噪声检测。

（1）检查。将设备检查床调至CT脑部位置，运行CT设置菜单下CT检查（CT Check up） 程序。完成后表示CT射线管预热采集、自动功能检查和空气校准正常。

（2）校准。将设备检查床调至CT脑部位置，运行CT设置菜单下校准程序。“校准”对话框消失表示CT成功校准。

（3）CT质量。将CT质量模型固定于检查床的床尾，调节检查床至CT头位，打开定位灯，移动检查床的位置使定位线与膜体标记重合，运行CT设置菜单下CT质量程序，最后获得水的CT值（HU）、均匀性及像素噪声报告。

1.3 统计学分析

采用SPSS 19.0软件统计分析，结果用百分比及均值±标准差（±s）表示。将探测器1和2固有均匀性校准前与校准后的中心视野（Central Field Of View，CFOV）与有效视野（Useful Field Of View，UFOV）验证结果进行比较，采用t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

通过2018年的数据整理，结合西门子厂家标准，SPECT/CT（Simens Symbia Intevo 16）设备每日能峰曲线峰值集中于140 KeV左右，处于正常范围；每日CT检查、CT校准及CT 质量均未见异常情况。

2.1 固有积分均匀性校准前后结果分析

所得数据经分析后显示，SPECT/CT自动化固有积分均匀性校准前后的CFOV与UFOV验证结果差异有统计学意义。探测器1校准后的CFOV的均值（1.65%）较校准前的均值（1.82%）减少9.3%（P＞0.05）；探测器1校准后的UFOV的均值（1.96%）较校准前的均值（2.27%）减少13.7%（P＜0.05）；探测器2校准后的CFOV的均值（1.63%）较校准前的均值（1.78%）减少8.4%（P＜0.05）；探测器2校准后的UFOV的均值（1.85%）较校准前的均值（2.11%）减少 12.3%（P＜0.05），见表1。

表1 SPECT/CT自动化固有积分均匀性校准前后验证结果对比表（±s，%）

表1 SPECT/CT自动化固有积分均匀性校准前后验证结果对比表（±s，%）

探测器1 探测器2 CFOV UFOV CFOV UFOV校准前 1.82±0.24 2.27±0.23 1.78±0.17 2.11±0.18校准后 1.65±0.11 1.96±0.18 1.63±0.10 1.85±0.29固有积分均匀性

2.2 探测器MHR/COR校准结果分析

探测器1四季度旋转中心结果分别为：-0.108、-0.418、-0.415、-0.504 mm，随时间有微弱的增大情况，轴向移动及反投影角基本保持不变，见图1a。探测器2四季度旋转中心结果分别为：0.01、-0.136、-0.14、-0.466 mm，随时间有微弱的增大情况，轴向移动及反投影角基本保持不变，见图1b。

图1 探测器1（a）和2（b）MHR/COR校准记录表

2.3 探测器灵敏度校准结果分析

一年12次灵敏度检测过程中，探测器1灵敏度校准标称值偏差的波动较探测器2的稍微增加，见图2。

图2 探测器1、2灵敏度校准标称值偏差折线图

2.4 Jaszczak模型、IEC体部模型及Hoffman 3D脑模型图像评价

Jaszczak模型核医学断层均匀性及线性主观评价是合格的，见图3a、3b。Jaszczak模型核医学断层热区及冷区分辨率分别是7.3 mm和5.9 mm，见图3c、3d。IEC体部模型横断面、冠状面及矢状面图像融合误差均≤1 mm，见图3e～h；Hoffman 3D脑模型基底节区显示了3个核团结构，见图4。

图3 SPECT/CT Jaszczak模型及IEC体部模型图像

图4 SPECT/CT Hoffman 3D脑模型图像

2.5 SPECT/ CT质量控制测试方案总结

表 2 是我们 SPECT/ CT（Simens Symbia Intevo 16）的方案，希望对西门子的和其他厂商的SPECT/CT具有借鉴意义。

表2 SPECT/ CT（Simens Symbia Intevo 16）质量控制测试方案

3 讨论

定量的SPECT/CT质量控制主要包括能峰测试、均匀性验证和校准、MHR/COR校准、灵敏度校准及模型测试。

能峰测试是定量的SPECT/CT最基础的质量控制措施，一方面可以了解放射性药物能峰范围，另一方面能有效防止设备能峰漂移问题，是设备正常工作的基础[4-5]。一年的能峰检测记录，能峰曲线峰值均集中于140 KeV左右，处于正常范围，未见能峰漂移。

固有均匀性验证是在移除准直器后，测试探测器晶体、光电倍增管等部件的性能均匀性验证一方面调谐探测器晶体、光电倍增管等部件的性能，另一方面保证核医学图像的正确性[5-6]。据 SPECT/CT（Simens Symbia Intevo 16）设备手册[11]得到固有积分均匀性验证及校准CFOV≤5%，固有积分均匀性验证及校准UFOV≤6%。表1两探测器固有积分均匀性的CFOV和UFOV结果均处于正常范围；探测器1和2固有积分均匀性的CFOV和UFOV校准后结果相对于校准前均减小，校准后设备均匀性得到改善，说明设备的质量控制是满意的。分析校准前后数据，探测器1的CFOV的P＞0.05，差异无统计学意义；探测器1的CFOV、探测器2的CFOV和探测器2的UFOV的P＜0.05，差异具有统计学意义。

均匀性验证及校准可以用自动化质量控制系统在非工作时间完成，在保证了图像质量前提下，不仅减轻工作负担，而且提高了工作效率，但需要购买并安装57Co点源及57Co线源，与自制99mTc点源的花费相比，消耗更多的单位经费[10-11]。自动化质量控制系统相对于手动质量控制系统，技术人员不需要配制99mTc点源，避免放射源的照射。

MHR/COR校准目的是保持机械旋转中心和重建程序旋转中心的一致性[6,10]；包括 180° LEHR COR、90°LEHR COR、76° LEHR COR 及 180° HE COR。当 180°低能高分辨MHR/COR校准正常时，后面校准可以不进行[11]。MHR/COR校准有效地预防了机械旋转中心和重建程序旋转中心不一致性，防止了重建图像的异形性，每3个月技术人员需进行一次MHR/COR校准[7]。通过一年四个季度的180° LEHR MHR/COR校准图像分析。据设备手册[11]得到旋转中心绝对值≤10 mm，轴向移动绝对值≤5 mm，反投影角绝对值≤0.8°。图1看出设备在四个季度的180°低能高分辨准直器的旋转中心、轴向移动及反投影角绝对值均在正常范围，其中旋转中心绝对值相对之前在微弱的增大，但结果属于正常范围，我们可以判定该设备180°LEHR COR是正常的，不需要进行其他角度的旋转中心校准。

灵敏度校准是SPECT/CT精准定量检测的质量控制基础，每3个月技术人员需进行一次灵敏度校准[11-12]。精准定量的SPECT/CT 是目前SPECT发展方向，可以对病变进行99mTc标准摄取值（SUV）评估，精准评估病人具体情况，给临床医生提供精准信息，为精准医疗提供依据。据设备手册[11]得到灵敏度校准标称值偏差＜1%。图2知道该设备探测器1的标称值偏差相对于探测器2的变化波动较大，探测器1和2的标称值偏差并没有超出标准。

模型测试是来评价SPECT/CT的断层热区分辨率、冷区分辨率、均匀性、线性，脑内核团结构，横断面、冠状面、矢状面图像融合误差。一年至少进行一次测试。其中包括Jaszczak模型测试、Hoffman 3D脑模型测试及SPECT/CT图像融合模型（IEC体模）测试[5-6]。图3a及3b核医学断层均匀性及线性目测是合格的；图3c及3d核医学断层热区及冷区分辨率分别是7.3 mm、5.9 mm，据Jaszczak模型测试说明书得到装机小于3年应＜10 mm及装机大于3年应 ＞12 mm 为合格；图 3e、3f、3g 及 3h SPECT/CT 横断面、冠状面及矢状面图像融合误差均≤1 mm，均符合IEC体模说明书标准；图4 SPECT/CT Hoffman 3D脑模型基底节区显示了3个核团结构，符合Hoffman 3D脑模型说明书标准。因设备仅仅进行了一次模型测试，测试结果的精准性是单一的，一年需要两次模型测试，两次结果可以对比分析，更精准评估设备性能。

每日CT质量控制主要有CT检查、CT校准及CT质量。CT检查是执行CT射线管预热采集、自动功能检查和空气校准。CT校准是测量空气温度与湿度的空气校准。CT质量是使用CT质量模型来检查CT系统的剂量与缩放比例。需每日工作前执行此流程，必须先执行CT检查。CT不仅提供病人解剖信息，也对核医学数据进行衰减校正，所以每日CT的质量控制也是重要部分[5,13]。

自动化质量控制系统使用的价格昂贵的57Co点源；而传统的质量控制使用的自制的符合标准的99mTc点源，不需要另外的经费。自动化质量控制系统在启动质控程序后，不需要工作人员监视的情况下可以完成并得到质控结果，所以我们可以在工作完成后可以进行自动化质控程序；而传统的质量控制需要工作人员根据系统提示进行操作，所以需要占用工作时间来完成质控程序。自动化质量控制系统是局限性的，仅仅适用于均匀性测试，其他方面的质控还是需要使用传统的质量控制方法来完成。同时自动化质量控制系统是西门子SPECT/CT Symbia系列的独有的系统，其他厂商的SPECT/CT均未使用自动化质量控制系统，所以自动化质量控制系统的推广是件困难的事情，完善自动化质控系统是SPECT/CT工程师和核医学医务工作者共同努力的方向。

目前SPECT/CT最新发展领域是定量的SPECT/CT技术，不仅能够提供高质量的核医学图像、CT图像、融合图像及定量信息的设备，而且可以评估病人病情，明确病情诊断，提供个性化精准诊疗方案，使病人进一步受益[14-15]。然而规范化的质量控制是SPECT/CT设备运行稳定、获得高质量的图像和精准医疗的基础，所以SPECT/ CT全面而规范的质量控制是至关重要的。