定量的SPECT/CT的質量控制方案探討

朱干，徐慧琴

安徽醫科大學第一附屬醫院 核醫學科，安徽 合肥 230022

引言

SPECT/CT是單光子發射型計算機斷層掃描（Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT）和 X 射線圖像的計算機斷層掃描（Computed Tomography，CT）相結合而產生的核醫學設備[1]。SPECT具有靈敏度高的特性，CT具有良好空間分辨率的特性；SPECT提供功能顯像信息，而CT提供斷層解剖信息；兩者相輔相成、合二為一，提供更全面的功能及解剖信息[2]。隨著核醫學技術的發展，SPECT/CT具有了PET/CT的定量功能，定量的SPECT/CT可以精準評估病人具體情況，給臨床醫生提供更準確病情，例如定量的SPECT/CT骨骼顯像技術可以得到病變部位標準化攝取值（Standardized Uptake Value，SUV），幫助診斷復雜的疾病[3]。然而規范化的質量控制是定量的SPECT/CT設備正常運行、獲得高質量的圖像和提供精準定量的基礎[4-6]。

何正中等[4]對西門子Symbia T16 SPECT/CT核醫學探頭質量控制探討表明SPECT/CT的質量控制是核醫學質控工作的重要組成部分，是保障影像質量的關鍵環節，是監測設備運行狀態、早期預判設備故障的重要手段。李寧等[7]對GE Discovery VH雙探頭SPECT/CT儀常規質量控制方法探討表明制定合理及有效的質量控制計劃，可有效保證SPECT/CT儀正常運行和圖像質量。Graham[8]研究表明盡管質量控制會消耗工作人員大量的時間，然而為了病人病情的診斷與治療，SPECT系統的質量控制是必不可少的工作。2014年中華醫學會核醫學分會編寫的《SPECT/CT和PET/CT臨床質量控制與質量保證的基本要求（2014版）》[5]表明保證在SPECT/CT檢查中獲得高質量的圖像，提高檢查的準確性，開展質量控制有其重要性和必要性。所以傳統的核醫學SPECT/CT設備的質量控制是必不可少的工作；然而具有定量功能的SPECT/CT設備需要更規范化的質量控制，獲得更高質量的圖像和更精準的定量信息，為病人病情評估提供有力依據。

1 材料與方法

1.1 核醫學設備質量控制

利用符合美國國家電器制造商協會標準[9]的99mTc點源、自動57Co點源、自動153Gd線源、精準57Co xSPECT Quant校準放射源、適量的99mTc溶液、旋轉中心模型，Jaszczak模型，國際電工委員會體部模型，Hoffman 3D腦模型對SPECT/CT（Simens Symbia Intevo 16）進行能峰測試、均勻性驗證、均勻性校準、多探頭配準/旋轉中心（Multi-Head Registration/Center Of Rotation，MHR/COR）校準、靈敏度校準及模型測試。

1.1.1 能峰測試

將自制的體積小于0.1 mL及放射性活度37 MBq左右的標準99mTc點源放置于設備質量控制桿上，并手動調至兩探測器中心位置，在采集工作站分別運行探測器1和2的程序?？梢垣@得標準99mTc點源能峰測試圖像，判斷能峰曲線峰值是否集中于140 keV左右。

1.1.2 均勻性測試

均勻性測試是驗證探測器均勻的放射性后獲得圖像均勻度的情況，包括固有均勻性驗證、固有均勻性校準及系統均勻性掃描驗證等。

（1）固有均勻性驗證——自動質量控制。將標準自動的57Co點源（放射性活度1.85 MBq，制作時間2017年11月30日）提前安裝于設備的自動化集成放射源固定裝置上，確定患者擺位監視器（Patient Position Monitor，PPM）上顯示的背景計數低于0.4 kcts/s，打開固有均勻性自動驗證工作流程模板，輸入57Co點源放射性活度及制作時間，啟動程序并自動移除低能高分辨（Low Energy High Resolution，LEHR）準直器，分別調諧探測器1和2性能，使用雙探測器、放大倍數1.0、矩陣1024×1024、啟動靜態采集程序，分別采集3×107計數，結束后獲得固有均勻性驗證圖像及數據。

（2）固有均勻性驗證——手動質量控制。提前移除LEHR準直器，將人工配制的99mTc點源（PPM上的計數率于15～50 kcts/s之間）安裝于設備的手動的放射源固定桿上，確定PPM上顯示的背景計數低于0.4 kcts/sec，打開手動固有均勻性驗證工作流程模板，啟動程序分別調諧探測器1和2性能，使用雙探測器、放大倍數1.0、矩陣1024×1024、啟動靜態采集程序，分別采集3×107計數，結束后獲得固有均勻性驗證圖像及數據。

（3）固有均勻性校準——自動質量控制。將標準自動的57Co點源（放射性活度1.85 MBq，制作時間2017年11月30）提前安裝于設備的自動化集成放射源固定裝置上，確定PPM上顯示的背景計數低于0.4 kcts/s，打開固有均勻性自動校準工作流程模板，輸入57Co點源放射性活度及制作時間，啟動程序并自動移除LEHR準直器，分別調諧探測器1和2性能，使用雙探測器、放大倍數1.0、矩陣256×256、啟動靜態采集程序，分別采集20千萬計數，結束后獲得固有均勻性校準圖像。再次運行固有均勻性驗證程序，使用雙探測器、放大倍數1.0、矩陣1024×1024、啟動靜態采集程序，分別采集2×108計數，結束后獲得固有均勻性校準后驗證圖像及數據。

1.1.3 MHR/COR校準

將自制的5個體積小于0.1 mL及放射性活度37 MBq左右的99mTc點源放入旋轉中心模型板上，然后再把模型板放在檢查床上并把檢查床進至探測器中心位置，打開MHR/COR 180°校準工作流程模板，不移除LEHR準直器，再使用雙探測器、放大倍數1.0、矩陣128×128、采集360°、每3°采集一幀、一幀采集5×104計數，啟動采集程序，結束后獲得180° LEHR MHR/COR校準圖像及數據。

1.1.4 靈敏度校準

將精度57Co xSPECT Quant校準放射源（放射性活度117.5 MBq，制作時間2017年11月17）固定于集成放射源固定裝置上，并手動調至兩探測器中心位置，打開靈敏度校準工作流程，輸入精度57Co校準源放射性活度及制作時間，不移除LEHR準直器，探測器將自動定位到離點源10 cm的位置，再使用雙探測器、放大倍數1.0、矩陣1024×1024、啟動靜態采集程序，分別采集5×106計數，結束后獲得靈敏度校準圖像及數據。

1.1.5 模型測試

將適量的99mTc溶液（400～600 MBq）用注射器分別注入Jaszczak模型、IEC體部模型及Hoffman 3D腦模型內，充分混勻及排空模型內空氣后，平置于檢查床上，調節模型至探測器中心位置，采用LEHR準直器，放大倍數1.0，矩陣256×256，采集360°，每6°采集一幀，一幀采集120 s，啟動采集程序，重建后圖像并分析數據。

1.2 CT質量控制

利用廠家自帶的均值水圓柱形模體對SPECT/CT（Simens Symbia Intevo 16）儀器中 CT 設備進行 CT 值（水）、均勻性及噪聲檢測。

（1）檢查。將設備檢查床調至CT腦部位置，運行CT設置菜單下CT檢查（CT Check up） 程序。完成后表示CT射線管預熱采集、自動功能檢查和空氣校準正常。

（2）校準。將設備檢查床調至CT腦部位置，運行CT設置菜單下校準程序?！靶省睂υ捒蛳П硎綜T成功校準。

（3）CT質量。將CT質量模型固定于檢查床的床尾，調節檢查床至CT頭位，打開定位燈，移動檢查床的位置使定位線與膜體標記重合，運行CT設置菜單下CT質量程序，最后獲得水的CT值（HU）、均勻性及像素噪聲報告。

1.3 統計學分析

采用SPSS 19.0軟件統計分析，結果用百分比及均值±標準差（±s）表示。將探測器1和2固有均勻性校準前與校準后的中心視野（Central Field Of View，CFOV）與有效視野（Useful Field Of View，UFOV）驗證結果進行比較，采用t檢驗，P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

通過2018年的數據整理，結合西門子廠家標準，SPECT/CT（Simens Symbia Intevo 16）設備每日能峰曲線峰值集中于140 KeV左右，處于正常范圍；每日CT檢查、CT校準及CT 質量均未見異常情況。

2.1 固有積分均勻性校準前后結果分析

所得數據經分析后顯示，SPECT/CT自動化固有積分均勻性校準前后的CFOV與UFOV驗證結果差異有統計學意義。探測器1校準后的CFOV的均值（1.65%）較校準前的均值（1.82%）減少9.3%（P＞0.05）；探測器1校準后的UFOV的均值（1.96%）較校準前的均值（2.27%）減少13.7%（P＜0.05）；探測器2校準后的CFOV的均值（1.63%）較校準前的均值（1.78%）減少8.4%（P＜0.05）；探測器2校準后的UFOV的均值（1.85%）較校準前的均值（2.11%）減少 12.3%（P＜0.05），見表1。

表1 SPECT/CT自動化固有積分均勻性校準前后驗證結果對比表（±s，%）

表1 SPECT/CT自動化固有積分均勻性校準前后驗證結果對比表（±s，%）

探測器1 探測器2 CFOV UFOV CFOV UFOV校準前 1.82±0.24 2.27±0.23 1.78±0.17 2.11±0.18校準后 1.65±0.11 1.96±0.18 1.63±0.10 1.85±0.29固有積分均勻性

2.2 探測器MHR/COR校準結果分析

探測器1四季度旋轉中心結果分別為：-0.108、-0.418、-0.415、-0.504 mm，隨時間有微弱的增大情況，軸向移動及反投影角基本保持不變，見圖1a。探測器2四季度旋轉中心結果分別為：0.01、-0.136、-0.14、-0.466 mm，隨時間有微弱的增大情況，軸向移動及反投影角基本保持不變，見圖1b。

圖1 探測器1（a）和2（b）MHR/COR校準記錄表

2.3 探測器靈敏度校準結果分析

一年12次靈敏度檢測過程中，探測器1靈敏度校準標稱值偏差的波動較探測器2的稍微增加，見圖2。

圖2 探測器1、2靈敏度校準標稱值偏差折線圖

2.4 Jaszczak模型、IEC體部模型及Hoffman 3D腦模型圖像評價

Jaszczak模型核醫學斷層均勻性及線性主觀評價是合格的，見圖3a、3b。Jaszczak模型核醫學斷層熱區及冷區分辨率分別是7.3 mm和5.9 mm，見圖3c、3d。IEC體部模型橫斷面、冠狀面及矢狀面圖像融合誤差均≤1 mm，見圖3e～h；Hoffman 3D腦模型基底節區顯示了3個核團結構，見圖4。

圖3 SPECT/CT Jaszczak模型及IEC體部模型圖像

圖4 SPECT/CT Hoffman 3D腦模型圖像

2.5 SPECT/ CT質量控制測試方案總結

表 2 是我們 SPECT/ CT（Simens Symbia Intevo 16）的方案，希望對西門子的和其他廠商的SPECT/CT具有借鑒意義。

表2 SPECT/ CT（Simens Symbia Intevo 16）質量控制測試方案

3 討論

定量的SPECT/CT質量控制主要包括能峰測試、均勻性驗證和校準、MHR/COR校準、靈敏度校準及模型測試。

能峰測試是定量的SPECT/CT最基礎的質量控制措施，一方面可以了解放射性藥物能峰范圍，另一方面能有效防止設備能峰漂移問題，是設備正常工作的基礎[4-5]。一年的能峰檢測記錄，能峰曲線峰值均集中于140 KeV左右，處于正常范圍，未見能峰漂移。

固有均勻性驗證是在移除準直器后，測試探測器晶體、光電倍增管等部件的性能均勻性驗證一方面調諧探測器晶體、光電倍增管等部件的性能，另一方面保證核醫學圖像的正確性[5-6]。據 SPECT/CT（Simens Symbia Intevo 16）設備手冊[11]得到固有積分均勻性驗證及校準CFOV≤5%，固有積分均勻性驗證及校準UFOV≤6%。表1兩探測器固有積分均勻性的CFOV和UFOV結果均處于正常范圍；探測器1和2固有積分均勻性的CFOV和UFOV校準后結果相對于校準前均減小，校準后設備均勻性得到改善，說明設備的質量控制是滿意的。分析校準前后數據，探測器1的CFOV的P＞0.05，差異無統計學意義；探測器1的CFOV、探測器2的CFOV和探測器2的UFOV的P＜0.05，差異具有統計學意義。

均勻性驗證及校準可以用自動化質量控制系統在非工作時間完成，在保證了圖像質量前提下，不僅減輕工作負擔，而且提高了工作效率，但需要購買并安裝57Co點源及57Co線源，與自制99mTc點源的花費相比，消耗更多的單位經費[10-11]。自動化質量控制系統相對于手動質量控制系統，技術人員不需要配制99mTc點源，避免放射源的照射。

MHR/COR校準目的是保持機械旋轉中心和重建程序旋轉中心的一致性[6,10]；包括 180° LEHR COR、90°LEHR COR、76° LEHR COR 及 180° HE COR。當 180°低能高分辨MHR/COR校準正常時，后面校準可以不進行[11]。MHR/COR校準有效地預防了機械旋轉中心和重建程序旋轉中心不一致性，防止了重建圖像的異形性，每3個月技術人員需進行一次MHR/COR校準[7]。通過一年四個季度的180° LEHR MHR/COR校準圖像分析。據設備手冊[11]得到旋轉中心絕對值≤10 mm，軸向移動絕對值≤5 mm，反投影角絕對值≤0.8°。圖1看出設備在四個季度的180°低能高分辨準直器的旋轉中心、軸向移動及反投影角絕對值均在正常范圍，其中旋轉中心絕對值相對之前在微弱的增大，但結果屬于正常范圍，我們可以判定該設備180°LEHR COR是正常的，不需要進行其他角度的旋轉中心校準。

靈敏度校準是SPECT/CT精準定量檢測的質量控制基礎，每3個月技術人員需進行一次靈敏度校準[11-12]。精準定量的SPECT/CT 是目前SPECT發展方向，可以對病變進行99mTc標準攝取值（SUV）評估，精準評估病人具體情況，給臨床醫生提供精準信息，為精準醫療提供依據。據設備手冊[11]得到靈敏度校準標稱值偏差＜1%。圖2知道該設備探測器1的標稱值偏差相對于探測器2的變化波動較大，探測器1和2的標稱值偏差并沒有超出標準。

模型測試是來評價SPECT/CT的斷層熱區分辨率、冷區分辨率、均勻性、線性，腦內核團結構，橫斷面、冠狀面、矢狀面圖像融合誤差。一年至少進行一次測試。其中包括Jaszczak模型測試、Hoffman 3D腦模型測試及SPECT/CT圖像融合模型（IEC體模）測試[5-6]。圖3a及3b核醫學斷層均勻性及線性目測是合格的；圖3c及3d核醫學斷層熱區及冷區分辨率分別是7.3 mm、5.9 mm，據Jaszczak模型測試說明書得到裝機小于3年應＜10 mm及裝機大于3年應 ＞12 mm 為合格；圖 3e、3f、3g 及 3h SPECT/CT 橫斷面、冠狀面及矢狀面圖像融合誤差均≤1 mm，均符合IEC體模說明書標準；圖4 SPECT/CT Hoffman 3D腦模型基底節區顯示了3個核團結構，符合Hoffman 3D腦模型說明書標準。因設備僅僅進行了一次模型測試，測試結果的精準性是單一的，一年需要兩次模型測試，兩次結果可以對比分析，更精準評估設備性能。

每日CT質量控制主要有CT檢查、CT校準及CT質量。CT檢查是執行CT射線管預熱采集、自動功能檢查和空氣校準。CT校準是測量空氣溫度與濕度的空氣校準。CT質量是使用CT質量模型來檢查CT系統的劑量與縮放比例。需每日工作前執行此流程，必須先執行CT檢查。CT不僅提供病人解剖信息，也對核醫學數據進行衰減校正，所以每日CT的質量控制也是重要部分[5,13]。

自動化質量控制系統使用的價格昂貴的57Co點源；而傳統的質量控制使用的自制的符合標準的99mTc點源，不需要另外的經費。自動化質量控制系統在啟動質控程序后，不需要工作人員監視的情況下可以完成并得到質控結果，所以我們可以在工作完成后可以進行自動化質控程序；而傳統的質量控制需要工作人員根據系統提示進行操作，所以需要占用工作時間來完成質控程序。自動化質量控制系統是局限性的，僅僅適用于均勻性測試，其他方面的質控還是需要使用傳統的質量控制方法來完成。同時自動化質量控制系統是西門子SPECT/CT Symbia系列的獨有的系統，其他廠商的SPECT/CT均未使用自動化質量控制系統，所以自動化質量控制系統的推廣是件困難的事情，完善自動化質控系統是SPECT/CT工程師和核醫學醫務工作者共同努力的方向。

目前SPECT/CT最新發展領域是定量的SPECT/CT技術，不僅能夠提供高質量的核醫學圖像、CT圖像、融合圖像及定量信息的設備，而且可以評估病人病情，明確病情診斷，提供個性化精準診療方案，使病人進一步受益[14-15]。然而規范化的質量控制是SPECT/CT設備運行穩定、獲得高質量的圖像和精準醫療的基礎，所以SPECT/ CT全面而規范的質量控制是至關重要的。