优化钇-90 轫致辐射SPECT 显像能窗：体外实验研究

程文迪，向镛兆，王海涛，吴伟铭，杨晶晶，蔡华伟，赵 祯

（四川大学华西医院核医学科，四川 成都 610041）

以钇-90（Yttrium-90，90Y）微球行TACE 是治疗无法切除肝脏肿瘤的重要方法之一［1-2］，通过导管将90Y微球注入肿瘤供血动脉，利用90Y 发出的短程β 射线的辐射作用杀死肿瘤细胞，同时微球也可作为栓塞剂引起肿瘤缺血、坏死。由于90Y 几乎只发射β 射线，无法直接成像；其轫致辐射产生的X 射线为连续能谱且光子计数率较低，缺乏可与散射光区分的峰值，不能使用多能量窗散射校正方法，导致能峰、窗宽及准直器均可影响90Y 轫致辐射显像质量［3］。目前对于90Y 轫致辐射显像的最优能窗还存在争议，且国内尚缺少针对以中能通用（medium-energy general-purpose，MEGP）准直器行90Y 轫致辐射显像的最佳能窗研究。本研究旨在观察中能通用（MEGP）准直器不同能窗对90Y 轫致辐射SPECT 图像质量的影响，并遴选最佳显像能窗。

1 材料与方法

1.1 设备与药物 采用GE Discovery NM/CT 670 Pro型SPECT/CT 仪，碘化钠晶体厚3/8 in（9.50 mm），MEGP 平行孔准直器，孔径长度、直径及间隔厚度分别为58.00、3.00 和1.05 mm。90Y 炭微球由纽瑞特医疗科技有限公司提供，装于玻璃小瓶内，放射性活度为740 MBq（20 mCi）。

1.2 方法

1.2.1 获取能峰 对装有90Y 炭微球的小瓶进行SPECT 平面显像，获取MEGP 准直器下90Y 轫致辐射的能谱及能峰。

1.2.2 采集图像 将90Y 源置于距MEGP 准直器探头 约15 cm 处，SPECT 平面显像时间120 s，矩阵128×128，每组27 个能峰，分别为40～300 keV 内间隔10 keV 整数值，窗宽分别为10%和20%。

1.2.3 图像后处理 将平面图像上整个有效视场作为视野（field of view，FOV），以放射性最高点为中心，勾画与装载90Y 源小瓶面积相等部分作为ROI；分别计算前、后位图像中FOV 和ROI 内的光子计数，取平均值作为最终计数。计算不同能窗下图像的灵敏度、源计数/有效视野计数百分比（percentage of the source counts in useful field of view，S/FOV%）及信号/背景比（signal-to-background ratio，S/B）：灵敏度=源ROI计数/源活度，S/FOV%=源ROI 计数/FOV 内总计数，S/B=源ROI 计数/FOV 内、ROI 外计数；对公式中的源活度进行时间校正。

1.2.4 统计学分析 采用SPSS 25.0 统计分析软件。以描述正态分布计量资料，组间行配对t检验；以中位数（上下四分位数）描述偏态分布计量资料，组间行Wilcoxon符号秩检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 能谱特征 所用MEGP 准直器能峰为76.2 keV。获得的90Y 轫致辐射能谱为连续曲线（图1），能量范围为34～512 keV（最大探测值为512 keV）。

图1 以MEGP 准直器所获90Y 轫致辐射能谱

2.2 图像质量参数

2.2.1 灵敏度 10%、20%窗宽下，图像灵敏度均在70～90 keV 范围内达到最高（图2A）。相同能峰下，相比10%窗宽，20%窗宽图像的灵敏度更高（P＜0.05，见表1）。能窗为80 keV±20%时，灵敏度达到最高（70.07%）。

表1 以MEGP 准直器于40～300 keV 能峰，10%、20%窗宽所获90Y 轫致辐射SPECT 图像灵敏度、S/FOV%及S/B 比较

图2 以MEGP 准直器于40～300 keV 能峰，10%、20%窗宽所获90Y 轫致辐射SPECT 图像的灵敏度（A）、S/FOV%（B）及S/B（C）

2.2.2 S/FOV% 在10%和20%窗宽下，90Y 图像S/FOV%均在能峰50 keV 处达到最高，且能峰在40～130 keV 范围内，图像S/FOV%均较高（图2B）。2 组图像间S/FOV%差异无统计学意义（P＞0.05，表1）。

2.2.3 S/B 在10%和20%窗宽下，90Y 图像S/B 均在50 keV 处达到最高，分别为2.42 和2.39（图2C）。2组图像S/B 差异无统计学意义（P＞0.05，表1）。

2.3 最佳显像条件 采用MEGP准直器以100 keV±20%能窗进行90Y轫致辐射显像，灵敏度、S/FOV%及S/B分别为69.73%、0.62和1.64时为最佳条件，见图3。

图3 以MEGP 准直器在100 keV 能峰、±20% 窗宽（A）及±10% 窗宽（B）下所获90Y 轫致辐射SPECT 图像

3 讨论

90Y 几乎只发射β 射线，辐射范围小，在组织中的穿透距离平均2.5 mm、最大11 mm；且半衰期较短，为2.67 天（64.2 h）。90Y 缺乏离散能量光子发射，如γ 射线和/或特征荧光X 射线。90Y SPECT 显像主要依赖于β粒子与空气中各种物质的原子核相互作用产生的轫致辐射［4］，电子在相互作用过程中失去能量，其动能被转换成连续、广泛的能量分布［5］，最高能量可达2.28 MeV［6］。轫致辐射成像的目标空间信息亦由光子携带，但轫致辐射光子能谱呈连续且广泛分布，缺乏可与散射光相区分的能峰，导致90Y轫致辐射显像效果不佳。

提高图像对比度、降低图像噪声可改善图像质量。图像对比度取决于空间分辨率及光子衰减、光子散射、准直器穿透及随机巧合等其他因素；图像噪声则与S/FOV%及S/B 等相关。轫致辐射SPECT 显像中，不同准直器类型和不同能窗可致散射光子与主光子数目的比值不同，导致图像质量存在差异［7］，故适当选择准直器和能窗对于保证图像质量尤为重要。既往多项研究［5，7-9］得出的最佳能窗在40～300 keV内。本研究结果显示，90Y 轫致辐射在34～512 keV（所用设备最大探测值为512 keV）能量范围内表现为连续能谱，能峰为76.2 keV。

本研究中，灵敏度是测得距探测器15 cm 处放射源的单位放射源活度计数率。准直器和能峰相同情况下，窗宽越大，探测器接收的光子数目就越多，计数率越高、灵敏度越大。由于90Y 轫致辐射发出的光子缺乏可与散射光相区分的能峰，接收总光子数目增多不仅使主光子数目增多，也使散射光子数目增多，故应关注S/B 和S/FOV%等图像信噪比参数。本研究结果显示，以MEPG准直器行90Y 轫致辐射SPECT显像时，选择10%窗宽、20%窗宽所获图像的S/FOV%及S/B差异均无统计学意义（P均＞0.05），可能窗宽从10%扩大到20%对图像信噪比的影响甚微，而10%窗宽图像的灵敏度更低（P＜0.05），提示相比±10%，±20%更适宜作为90Y 轫致辐射显像的窗宽，与既往研究［10］相符。

由于轫致辐射产生的可成像的主光子较少［11］，且本研究90Y源与探测器距离较近，而临床实践中患者接受90Y 微球治疗后显像计数率可能较本研究更低，需要采用较大的窗宽以提升灵敏度、保证显像计数。另有研究［12］指出，提高成像系统灵敏度可缩短成像时间、减少运动伪影、减轻核素活度变化的影响。然而灵敏度与空间分辨率呈负相关，即随着灵敏度升高，空间分辨率下降［10］。为保证图像质量，需兼顾灵敏度和空间分辨率；选择最佳能窗时，应对灵敏度、S/FOV%及S/B 进行综合考量。本研究显示，50 keV 附近的S/FOV%和S/B均较高但灵敏度很低，可能大多数能量低于60 keV的光子在传播过程中已发生衰减［13］，使实际接收到的光子数目较少而致灵敏度降低、图像质量不佳；70～90 keV 时灵敏度较高，但S/FOV%和S/B 相比40～60 keV 和90～120 keV均有所下降，而70～100 keV范围内主要是目标散射和X射线［14］，笔者认为70～90 keV能量范围内包含铅准直器和铅壳与轫致辐射光子相互作用形成的特征X射线峰，导致接收光子数目多，使灵敏度达到最大值。因此，在一些情况下，为提高空间分辨率，可选择狭窄能窗以封闭90Y 轫致辐射产生的射线中的特征k壳峰、减少宽能窗带来的线束硬化伪影［8］。

本研究结果显示，100 keV±20% 能窗是以MEGP 准直器行90Y 轫致辐射SPECT 显像的最佳能窗，其灵敏度、S/FOV%及S/B 分别为69.73%、0.62和1.64，S/FOV%和S/B 略低于40～60 keV、但灵敏度大幅提升；而相比70～90 keV，其S/FOV%和S/B增高而灵敏度未受明显影响。

另外，准直器也在一定程度上影响图像质量，且不同准直器对应的最优能窗参数有所不同。有研究［7］报道以高能准直器、90～110 keV 能窗可获得质量较高的SPECT 图像，但也有学者［11］认为应采用MEGP 准直器，以获得更好的灵敏度。

综上，本研究以MEGP 准直器行90Y 轫致辐射SPECT 显像，发现20%窗宽图像质量优于10%窗宽，综合考虑灵敏度、S/FOV%及S/B，以100 keV±20%窗宽为最佳能窗。但本研究仅为体外实验，且未涉及低能和高能准直器最优能窗参数，有待后续深入探讨。

利益冲突：全体作者声明无利益冲突。

作者贡献：程文迪研究实施、撰写和修改文章；向镛兆、王海涛图像处理；吴伟铭、杨晶晶统计分析；蔡华伟研究设计；赵祯指导、审阅文章。