SPECT設備固有性能測試及結果分析

劉 輝 安晶剛 宋 穎

目前，隨著醫(yī)學科學事業(yè)的不斷進步，核醫(yī)學發(fā)展迅速，單光子發(fā)射計算機斷層掃描(single photon emission computed tomography，SPECT)安裝數(shù)量逐年增加，核醫(yī)學設備在醫(yī)院臨床中得到廣泛應用。作為一種功能性顯像設備，其設備性能對影像的質量起到關鍵性的作用[1-4]。由于核醫(yī)學設備屬于精密儀器，對環(huán)境的濕度、溫度要求較高，對設備的質量控制提出了更高的要求。近年來，通過對全國十余省市數(shù)十家醫(yī)院的40余臺SPECT設備的檢測表明，固有性能為卸掉準直器后的機器性能指標，是影響機器性能的關鍵性指標，測量指標為固有均勻性、固有空間分辨力、固有空間線性和計數(shù)率特性等，從其測量結果探討SPECT設備質量控制效果和意義。

1 測量及數(shù)據(jù)處理

性能測試中使用的放射性藥物為99Tcm，SPECT的能峰設置為140.5 keV，能窗設置為20%。系統(tǒng)性能測試需要裝上準直器，一般為低能高分辨或低能通用，而固有性能測試需要把準直器卸掉[5-6]。

1.1 固有均勻性

制作一個點源放置于距離探測器表面中心5倍視野(FOV)以上的位置，點源活度大小使SPECT的計數(shù)率達到20 kcps左右，將采集條件設置為矩陣256×256，總計數(shù)16 M[7]。

積分均勻性(integral uniformity，Ui)結果處理過程：①將采集到的圖像變成矩陣64×64的圖像；②通過進行平滑處理；③根據(jù)積分均勻性公式進行計算。(式中Cmax和Cmin是采集圖像中有效視野探頭有效視野內的最大像素計數(shù)和最小計數(shù))。

1.2 固有空間分辨力、固有空間線性

固有空間分辨力和固有微分線性是圖像質量的重要指標，分別表示分辨出兩點間最小距離和描述圖像的位置畸變程度[5,8-10]。在這2個指標測量過程中采用鉛柵模體，成像后的圖像如圖1所示。

圖1 固有空間分辨力和固有空間線性鉛柵成像圖

卸掉準直器，把鉛柵模體置于探測器晶體表面，固定于探頭前端面，完全覆蓋探頭的有效視野，使柵縫平行于X或Y方向，檢測X或Y方向的空間分辨力；采用活度為370 MBq左右的99Tcm點源，放置于探頭上方1.5 m以上的距離，采集圖像矩陣是512×512，1.0的放大倍數(shù)，采集總計數(shù)是4×107，獲得X或Y方向上的圖像數(shù)據(jù)。通過這一原始圖像，我們可以同時獲得固有空間分辨率和固有空間線性這2個指標。其計算分析過程如下：①在線性坐標紙上，橫坐標為象素號，縱坐標為計數(shù)；②通過數(shù)據(jù)點對每條縫做出一條平滑曲線，以最高的計數(shù)道作為縫的中心位置，對每個峰計算半高寬(FWHM)，相鄰計數(shù)道間用插值法，分別算出X或Y方向上所有峰的半高寬的平均值S即為固有空間分辨力；③以通過半高寬連線中點的垂線作為峰的中心線，測量相鄰峰中心線間的距離Si，計算所有Si的標準差即為固有微分線性[2,5]。

1.3 最大計數(shù)率

使用固有平面均勻性的點源，從距離遠的位置逐漸垂直向探測器表面移動，并注意觀察計數(shù)率的變化。記錄移動放射源過程中觀察到的最大計數(shù)率，單位為s-1。

2 測量結果

在全國范圍內測量了包括西門子、飛利浦、通用電氣公司3家廠商的40余臺SPECT設備，由于數(shù)據(jù)量較大，將這些數(shù)據(jù)繪制成圖表的形式，并參考NEMA標準以及廠商出廠標準[11]。由于測試過程中模體定位誤差和SPECT設備采集計數(shù)時的統(tǒng)計漲落，在此標準的基礎上各個測量指標放寬10%，統(tǒng)計出偏離標準值的設備以便從中發(fā)現(xiàn)問題，反映出當前我國部分醫(yī)院SPECT設備質量控制效果。在此測量過程中所有設備均為雙探頭，測量結果將探頭1和探頭2性能指標數(shù)值相比較，選擇較差的數(shù)值進行統(tǒng)計。

固有均勻性對臨床使用上具有重要的作用[12]，一般情況下日常質量控制是必須做的，并且需要經(jīng)常測試并校準以滿足臨床圖像質量要求。根據(jù)生產廠商的標準，固有積分均勻性的合格值上限是4.95%。如圖2所示，共有8臺設備不合格，不合格率為19%。

圖2 固有積分均勻性統(tǒng)計結果

固有微分線性和固有空間分辨力均為鉛柵模體采集，通過分析結果，部分設備偏離合格值比較大，這種情況通常為機器使用時間久，長時間不進行校準而造成，總體分析不合格率達到24%(如圖3所示)。固有空間分辨力全部合格，由于固有空間分辨力主要是由探測晶體以及機器設備本身設計來決定，因此除非有大的故障，一般不會出現(xiàn)太大問題(如圖4所示)。

在臨床的采集條件下進行測試結果，計數(shù)率特性稱作最大計數(shù)率，是對相關閃爍事件中的時間分辨能力具體表現(xiàn)。從統(tǒng)計結果中得出固有計數(shù)率特性都合格，說明該參數(shù)的穩(wěn)定性很好，與出廠設計有較大關系(如圖5所示)。

圖3 固有微分線性統(tǒng)計結果

圖4 固有空間分辨力統(tǒng)計結果

圖5 固有計數(shù)率特性統(tǒng)計結果

3 分析與討論

(1)從測量結果的圖中發(fā)現(xiàn)，固有性能指標中容易出現(xiàn)偏差的主要原因集中在固有均勻性和固有線性，其原因為SPECT設備屬于精密儀器，對環(huán)境的溫度和濕度要求苛刻，操作人員應具備一定的日常維護技能和意識[13-14]。

(2)影響固有均勻性的因素主要體現(xiàn)下述兩方面：①機器設備使用年限比較長；②設備未在日常工作中有效地實施質量控制，造成SPECT設備中的光電倍增管增益而出現(xiàn)故障，即使1個或多個光電倍增管或晶體部分出現(xiàn)問題，固有均勻性則變差。因此，要求在機器運行期間工作人員應該加強對機器的質量控制或者由廠商工程師對機器設備進行定期保養(yǎng)，以保障設備性能達標，對患者檢查病情提供可靠保障。對于探頭均勻性的校正和測試應當嚴格按照NEMA標準或廠商提供的方法和步驟進行，尤其是每次測試的條件應該一致，使測試結果具有可比性[5]。

(3)對于固有空間分辨力、固有空間線性而言，在SPECT設備使用時間長或者進入老化時期，晶體與光電倍增管光道組件之間容易出現(xiàn)故障和能峰漂移等現(xiàn)象，導致影響固有空間線性指標。一些生產廠家將晶體和光電倍增管設計為一個有機整體，使該設備的固有微分線性穩(wěn)定性極大提升；否則其穩(wěn)定性則會稍差，需要半年左右進行一次線性校準。固有空間線性不合格圖像與合格圖像差別很大，更能直接體現(xiàn)出線性校準的重要性(如圖6、圖7所示)。

圖6 不合格固有空間線性成像圖

圖7 合格固有空間線性成像圖

(4)最大計數(shù)率體現(xiàn)出SPECT設備對高計數(shù)率的響應特性，該性能指標越大時間分辨越好，如果最大計數(shù)率過小，在放射源較大的情況下則可能會出現(xiàn)計數(shù)丟失以及漏計現(xiàn)象，因而造成圖像信息的丟失，影響圖像分析，因此SPECT設備應具有一定數(shù)量的最大計數(shù)率。

如果對SPECT設備的保養(yǎng)維護不夠重視，設備在測試中的某些性能指標則會出現(xiàn)很大的偏差，若設備仍在臨床中使用則會降低診斷的正確率。目前，多數(shù)醫(yī)院對核醫(yī)學設備質量控制工作不夠重視，這對設備的正常使用、延長壽命、醫(yī)學影像圖像質量的提高、降低患者所受照射劑量以及普通人所受外照射劑量等有著不良的影響。SPECT設備固有性能對圖像質量起到至關重要的作用[15]，必須要求SPECT設備的用戶在臨床使用中保證其固有性能合格。

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