Dilon 6800多晶体伽马相机质量控制方案研究与实践

宋骏逸，何依波， 陈曙光，张一秋，2

1. 复旦大学附属中山医院 核医学科，上海 200032；2. 复旦大学附属中山医院厦门医院 核医学科，福建 厦门 361015

引言

Dilon 6800 多晶体伽马相机是一款乳腺显像设备，其探头由位置敏感光电倍增管与像素化碘化钠晶体组成[1]，属于多晶体伽马相机。作为专用的乳腺显像设备，该设备分辨率高，便于以更合适的角度进行检查，大大提高了其病变探测能力[2]；探测器臂可做旋转以及径向平移运动；其空间分辨率在距离相机3 cm 的情况下可达到6 mm[3]。多晶体的设计可以使机器更贴近病灶，提高了对于1 cm 以下小病灶的灵敏度[4]。多晶体伽马相机空间的分辨率由探测器元件尺寸决定，而单晶体伽马相机的空间分辨率由逻辑和电子像素寻址决定。多晶体伽马相机的准直器可占据探测器元件之间的区域，从而得到更高的系统灵敏度[5]。

传统单晶体伽马相机可直接参考美国电气制造商协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）标准，但NEMA 标准并不能直接应用于多晶体伽马相机。多晶体伽马相机的参考方案需参考用户手册并略加改进，用户手册本身也参考了NEMA 标准。伽马相机的测试可参考2018 年版本的NEMA 标准[6]，该标准虽然提到了多晶体伽马相机的存在但只能参考其对于单晶体伽马相机固有均匀性的测试方法，美国核医学会的指南也指出多晶体设备质控应参考生产厂商的技术参数要求[7]。

在此基础上根据美国物理学家协会发布的报告可知，多晶体相机属于非连续矩形晶体阵列采样，所以有些单晶体的测试方法是无效或需要改进的。对于多晶体探测器的均匀性，唯一有用的校正是使用面源测试的系统均匀性校正，因此，唯一有用的测试是通过采集外部的系统均匀性面源图像从而获得系统均匀性数据[8]，而固有均匀性可由工程师来测试以评估晶体及光电倍增管的情况。既往文献[5]发布了一台多晶体设备各个参数的测试方法，在均匀性方面测试了系统均匀性，并指出目前还没有多晶体伽马相机的测试标准，其他设备可参考该测试方法。多晶体相机的测试符合伽马相机通用标准，不同之处在于其测试的是系统均匀性而非固有均匀性，所以使用的是面源而非点源。该设备使用低能通用准直器，其系统均匀性包含了准直器对均匀性的影响，因此可对其进行针对性校正以得到更好的图像质量[9]。如果是低能高分辨准直器，均匀性数据也会受到影响，因此可对低能高分辨准直器进行针对性测试与校正，这与生产厂商的建议一致。

质量控制对于单光子设备运行十分重要[10]。该设备作为平面显像设备，均匀性是最重要的指标。根据用户手册要求，有效视野微分均匀性（Differential Uniformity，DU）不得高于10.00%；生产厂商则建议有效视野积分均匀性（Integral Uniformity，IU）不得高于10.00%，每月测试一次。本文采用了厂商的建议，在有效视野IU ≥9.50%时进行校正以改善均匀性。该设备不是传统的单晶体伽马相机，鉴于目前仍缺乏对于多晶体伽马相机的标准质控方案，本文通过总结该设备的测试与校正的方法，收集数据并进行分析，保障设备正常运行的同时，为其他多晶体伽马相机的保养和维修提供有益的参考。

1 材料与方法

1.1 设备参数

Dilon 6800（Dilon Technologies，美国）的探测器具有3072 个碘化钠晶体。设备包含48 个光电倍增管，每个大小为2.5 cm×2.5 cm，显像视野为20 cm×15 cm，采集矩阵为64×64，像素大小为3.2 mm×3.2 mm[11-12]，设备配备了低能通用准直器。

1.2 参考标准

设备测试和校正方法均参考用户手册、生产厂商建议、NEMA 标准[6]、美国物理学家协会的报告[7]和美国核医学会指南[8]。

1.3 测试与校正

对Dilon 6800 进行系统均匀性测试，无须拆卸准直器，将探头方向垂直朝上。确认室内没有放射性污染，检查能峰是否漂移，如有漂移则调整至140 keV。制备1mci99mTc 水模面源，充分混合均匀，排空空气。在注水口处加上一些阻塞物，以防泄漏。将模型放置在准直器上，确认计数率不超过10k counts/s。打开质控专用采集程序，采集一个64×64 的静态图像。选择正确的准直器类型，由于计数太低可能导致结果不准确，因此选用低能通用型准直器时，至少需要采集3500k 计数。采集端软件计算有效视野以及中心视野的IU 和DU，根据结果观察有效视野IU 是否大于9.50%。若设备有效视野IU 大于9.50%，则进行校正。校正需要制备1mci99mTc水模面源，采用与测试时相同的方法，采集一个静态图像，矩阵为64×64，计数为10000k，获得一个新的校正表以取代现有的校正表。以此方法在2016 年1 月至2021 年12 月期间每月测试一次（2020 年2 月因疫情原因缺失），并在2016 年9 月、2016 年10 月、2017 年7 月、2019 年6 月、2020 年10 月、2021 年9 月进行了校正。均匀性数据分为校正前的原始值，校正后或未校正的最终值，同时用日志记录每月湿度并分析原始值变化的原因。

1.4 统计学分析

应用IBM SPSS 23.0 软件进行统计学分析，符合正态分布的计量资料以±s表示，以P＜0.05 为差异有统计学意义。采用配对t检验比较每月有效视野IU 和DU的原始值和最终值差异。采用配对t检验比较2016 年9 月、2016 年10 月、2017 年7 月、2019 年6 月、2020年10 月、2021 年9 月的有效视野IU 和DU 校正前和校正后的数值差异。

相对湿度为50%以下对于核医学设备而言为低湿度环境[13]，相对湿度50%为标准的气象条件[14]。参考机房湿度记录，取50%为中间值，以50%为界将全年分为高湿度组（每年5—11 月）和低湿度组（每年12 月至次年4 月）。根据机房湿度以50%为界分为高湿度组和低湿度组，采用独立样本t检验比较高湿度组和低湿度组的有效视野IU 和DU 的原始均值差异。

2 结果

2.1 测试结果

选取有效视野的IU 和DU 测试结果，分为校正前的原始IU 和DU，校正后的最终IU 和DU，结果如表1 所示。2016—2021 年的有效视野原始IU 值为6.01%±1.74%，校正后的最终值为5.51%±1.06%，有效视野原始DU 值为4.45%±1.03%，校正后的最终值为4.20%±0.78%。校正后，最终IU 显著低于原始IU（P=0.016 ＜0.05），最终DU 显著低于原始DU（P=0.023 ＜0.05）。

表1 有效视野均匀性结果（±s，%）

表1 有效视野均匀性结果（±s，%）

注：IU：积分均匀性；DU：微分均匀性。

时间/年原始IU最终IU原始DU最终DU 20166.03±2.464.84±0.654.35±1.193.83±0.54 20175.70±1.665.16±0.494.17±1.053.83±0.55 20185.32±0.835.32±0.833.93±0.383.93±0.38 20195.84±1.395.56±0.614.23±0.544.18±0.43 20205.69±1.415.25±0.304.31±0.674.10±0.23 20217.48±0.726.92±1.565.70±1.095.33±1.09images/BZ_73_1370_1584_1397_1635.png±s6.01±1.745.51±1.064.45±1.034.20±0.78 t值2.4722.324 P值0.0160.023

2.2 有效视野IU和DU变化趋势及校正

2016—2021 年每月的有效视野IU 和DU 原始值和校正后数值如表2 所示。有效视野IU 变化曲线如图1 所示，最终值均低于10.00%，在可接受范围内，最终值等于原始值。有效视野DU 变化曲线如图2 所示，最终值都在10.00%以下，在可接受范围内，最终值等于原始值。

图1 有效视野IU变化曲线

图2 有效视野DU变化曲线

表2 均匀性校正结果（%）

如表2 所示，2016 年9 月、2016 年10 月、2017 年7 月、2019 年6 月、2020 年10 月、2021 年9 月的校正后IU值（4.68%±0.96%）显著低于校正前（10.63%±0.66%）（P＜0.001），校正后DU 值（3.72%±0.63%）显著低于校正前（6.65%±0.77%）（P=0.003＜0.05）。

以2016 年9 月的一次校正为例，校正前图像的有效视野IU 为10.80%，有效视野DU 为6.60%，校正后图像的有效视野IU 为3.80%，有效视野DU 为3.60%，伪影明显消失。

2.3 高低湿度组均匀性比较

机房湿度记录如图3 所示，高湿度组和低湿度组的均匀性比较结果如图4 所示。高湿度组有效视野IU 原始值为6.46%±2.06%，低湿度组原始值为5.36%±0.79%，高湿度组的有效视野IU 原始值显著高于低湿度组（P=0.003）。高湿度组有效视野DU 原始值为4.67%±1.18%，低湿度组的有效视野DU 原始值为4.13%±0.65%，高湿度组的有效视野DU 原始值显著高于低湿度组（P=0.016 ＜0.05）。

图3 机房平均湿度

图4 高低湿度组均匀性比较

3 讨论

美国物理学会报告中指出有效视野IU 是最重要的指标[8]。从本身定义而言，有效视野IU 比DU 更严格，有效视野IU 比DU 更具参考价值，建议将其作为衡量设备是否需要进行校正的参数。Dilon 6800 多晶体伽马相机用户手册则建议有效视野DU 不得高于10.00%。例如2016 年9 月的一次校正，校正前图像质量差且有明显伪影，其有效视野IU 数值大于10.00%，有效视野DU 并未超过10.00%，且2016—2021 年使用期间从未超过10.00%。因此用户手册要求有效视野DU 不得高于10.00%这个标准显然过于宽松。

该设备最终采用了每月一次系统均匀性测试的方案，参考了厂商的建议，以每月有效视野IU 为参考，每月均匀性最终值始终在可接受范围内，设备运行稳定。根据用户手册，在每月一次的均匀性测试结束后，设备会自动进行能量校准，维持均匀性稳定。因系统均匀性测试对多晶体伽马相机更具有实用性，故该设备根据用户手册采用系统均匀性测试。根据既往文献[15-16]对于核医学单光子设备的推荐，系统均匀性测试应每月一次，但考虑到该设备常规不做固有均匀性测试只做系统均匀性测试，且根据WS 523-2019[17]，对伽马相机以及单光子设备应每周进行一次固有均匀性测试，而根据美国核医学指南，对于多晶体伽马相机类似的设备应以生产厂商的技术参数要求为优先，因此考虑到实际情况，无需过于频繁，每月做一次均匀性测试即可。另外，根据设备使用情况，可增加测试与校正的频率。

根据有效视野的IU ≥10.00%（9.50%以上认为近似于10.00%）进行校正，可使机器参数始终维持在可接受水平，使设备迅速恢复正常可接受的参数与图像质量。技术参数的要求根据厂商的要求制定。校正后的技术参数在可接受范围内，图像质量也得到了迅速改善。过于频繁地校正，重做校正表，并不利于设备的稳定运行，如果是设备晶体出现问题，校正反而会掩盖实质问题[18]，这种情况下应在工程师的指导下做固有均匀性测试，评估是否有硬件损坏的情况。

机房温度恒温设定为22℃，然而机房湿度可控性差，且高湿度可使设备电子元件受影响导致伽马相机均匀性受损[13,19]，因此对于使用碘化钠晶体的单光子设备来说，机房湿度管理十分必要[20]，湿度的情况需要加以关注，尤其是高湿度的情况。据机房湿度记录，平均湿度5—11 月高于50%，其余月份低于50%，均匀性异常于6—10 月、9—10 月高发，该月份正处于高湿度组的区间内，数值也显著高于其他月份。上海本身属于温带海洋性气候，夏冬较长，夏天炎热潮湿，冬天寒冷干燥，因此出现这种情况可能不仅仅是机房本身的问题，外部温湿度也会因为进出门影响到室内。高湿度的环境更容易导致均匀性出现问题，因此建议机房管理参考自身所处地点的气候条件进行相应的调整。

2021 年，设备平均均匀性指标高于过去5 年的平均值。因此，对于使用超过5 年的设备，应关注设备的老化情况，继续保持质量控制，参考伽马相机相关标准，建议将测试频率增加到一周一次并及时校正，如果发现故障问题可联系生产厂商[21]。

4 结论

本文通过总结Dilon 6800 多晶体伽马相机的质控方案，并采用每月一次的系统均匀性测试，在有效视野IU ≥9.50%时加以校正，评估得出观察有效视野IU 比DU 更有效，及时校正可恢复并保持设备的均匀性指标，且湿度与机器均匀性性能有关，因此应关注高湿度对设备的影响。对于使用超过5 年的设备建议增大测试校正的频率。