定量SPECT探頭系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試影響因素分析

張青菊，惠金子，許建林，施常備，楊勝利，南永剛

陜西省腫瘤醫(yī)院 a.核醫(yī)學(xué)科；b.體檢科，陜西 西安 710061

引言

隨著單光子發(fā)射斷層成像儀（Single Photon Emission Computed Tomography，SPECT）圖像融合、衰減校正與散射校準(zhǔn)等物理校準(zhǔn)技術(shù)，以及迭代重建算法的不斷改進(jìn)，SPECT的定量技術(shù)得以快速發(fā)展[1-2]，并在心肌顯像[3-4]、骨的良惡性疾病[5-6]的診斷與鑒別，以及放射性核素治療[7-8]等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。精準(zhǔn)定量技術(shù)減少了傳統(tǒng)SPECT結(jié)果判讀中閱片者視覺評(píng)估的主觀因素影響，并為疾病治療過程中的縱向評(píng)估提供了指標(biāo)支持[9]。為保障定量SPECT穩(wěn)定運(yùn)行，檢查結(jié)果安全可靠，必須對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量控制，尤其須針對(duì)其所使用的同位素、準(zhǔn)直器和晶體的組合進(jìn)行系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)量[10]。系統(tǒng)平面靈敏度反映了SPECT探頭在安裝準(zhǔn)直器狀態(tài)下對(duì)平面源的響應(yīng)能力，是影響設(shè)備成像質(zhì)量的重要因素。國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[11-12]和設(shè)備附帶操作手冊(cè)對(duì)系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試方法及所使用的平面源均作出了具體要求，但實(shí)際操作過程中，受各種因素影響，往往導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至不合格，進(jìn)而影響設(shè)備性能，重復(fù)調(diào)整和測(cè)試又會(huì)增加操作人員職業(yè)輻射。本研究旨在探討不同方式測(cè)量系統(tǒng)平面靈敏度，并分析偏離于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試要求的條件，包括面源與準(zhǔn)直器距離、面源直徑及面源活度等因素在一定范圍內(nèi)波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試結(jié)果的影響，以期為定量SPECT質(zhì)控操作提供參照依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 儀器設(shè)備

受檢儀器為GE Discovery 670Pro SPECT；經(jīng)中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院校準(zhǔn)的活度計(jì)[派特（北京）科技有限公司]。

1.2 材料

活度依次為18.5、37.0、55.5、74.0、92.5、111.0、129.5、148.0、166.5、185.0、222.0 MBq的高锝 [99Tcm]酸鈉溶液（廣東希埃醫(yī)藥有限公司）；直徑依次為3.5、6.0、10.0、15.0、20.0 cm的底部平整的培養(yǎng)皿。

1.3 系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試方法

1.3.1 面源制備方法

在底部平整、一定直徑的培養(yǎng)皿內(nèi)注入高度2～3 mm的水，測(cè)量精確活度的99Tcm溶液，分別記錄初始滿針活度（Initial Activity，AIN）及滿針測(cè)量時(shí)間（T0），將99Tcm溶液注入培養(yǎng)皿，并輕搖培養(yǎng)皿，使之與水混勻，不含氣泡。記錄注射器內(nèi)99Tcm溶液殘余活度（Residual Activity，ARES）。計(jì)算制備面源時(shí)培養(yǎng)皿中的放射性活度（A0），A0=AIN-ARES。放置面源于探頭視野中心，距離準(zhǔn)直器表面一定距離處（也可置面源于準(zhǔn)直器表面一定厚度、衰減幾乎為零的聚苯乙烯泡沫上）。

1.3.2 手動(dòng)法和設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量方法

（1）按標(biāo)準(zhǔn)條件測(cè)試：111 MBq的99Tcm溶液、直徑15 cm的培養(yǎng)皿制成面源，置于距離準(zhǔn)直器表面中心10 cm處進(jìn)行測(cè)量。

（2）采集條件分別變化時(shí)測(cè)量：按面源與準(zhǔn)直器距離不同（5～20 cm）、活度相同、直徑相同；面源直徑不同（3.5～20.0 cm）、活度相同、面源與準(zhǔn)直器距離相同；面源活度不同（18.5～222.0 MBq）、直徑相同、面源與準(zhǔn)直器距離相同分為3組進(jìn)行測(cè)量，并記錄相應(yīng)測(cè)試時(shí)長(zhǎng)。

1.3.3 系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試

實(shí)驗(yàn)前對(duì)SPECT設(shè)備進(jìn)行Daily QC（每天質(zhì)量控制）測(cè)試[13]，保證本底計(jì)數(shù)率≤2.5 kcps，能峰范圍（140.5±3.0） keV。

（1）手動(dòng)測(cè)量法：SPECT探頭配低能高分辨率準(zhǔn)直器，調(diào)整至H模式。采用靜態(tài)模式采集，矩陣256×256，放大倍數(shù)1.0，待采集總計(jì)數(shù)≥4000 kcts時(shí)，停止掃描，記錄采集持續(xù)時(shí)間（Time of Duration，TD）。準(zhǔn)確記錄開始采集時(shí)間（Time of starting，TS）、總計(jì)數(shù)（N）。使用公式（1）可得出相應(yīng)結(jié)果。

式中，S為靈敏度，T1/2為同位素半衰期，TS-T0為從劑量測(cè)量到采集開始的時(shí)間，編輯相關(guān)公式的Excel表格進(jìn)行計(jì)算，依次測(cè)試探頭1和探頭2。設(shè)備系統(tǒng)平面靈敏度結(jié)果為探頭1和探頭2測(cè)試結(jié)果的平均值。采集時(shí)長(zhǎng)為2個(gè)探頭采集時(shí)長(zhǎng)的平均值。

（2）SPECT設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)試：SPECT探頭配低能高分辨率準(zhǔn)直器，調(diào)整至H模式。打開設(shè)備附帶程序Camera Sensitivity，設(shè)置矩陣256×256，放大倍數(shù)1.0，采集停止總計(jì)數(shù)4000 kcts，輸入99Tcm溶液AIN、ARES及T0。采集結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出測(cè)試結(jié)果，記錄采集時(shí)間。

1.4 測(cè)試結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)

以不低于廠商規(guī)定值160 counts/min/μCi為結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)，且2個(gè)探頭之間差異不超過5%判定為合格。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 19.0及GraphPad Prism 8.0.2軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，采用單樣本W(wǎng)ilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)分析面源與準(zhǔn)直器不同距離、面源不同直徑及面源不同活度條件下，系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試結(jié)果及采集時(shí)長(zhǎng)與標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)試結(jié)果及采集時(shí)長(zhǎng)的差異，具體為以標(biāo)準(zhǔn)條件下，即面源活度111 MBq、面源直徑15 cm、面源距離準(zhǔn)直器表面中心10 cm處手動(dòng)測(cè)量及設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)得的系統(tǒng)平面靈敏度結(jié)果以及采集時(shí)長(zhǎng)分別為已知參數(shù)，進(jìn)而推斷其他因素改變的情況下結(jié)果是否與其相符，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；手動(dòng)測(cè)量及設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量結(jié)果一致性檢驗(yàn)采用Bland Altman分析，置信區(qū)間為95%。

2 結(jié)果

2.1 系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)量結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)條件下，即面源活度111 MBq、面源直徑15 cm、面源距離準(zhǔn)直器表面中心10 cm處手動(dòng)測(cè)量及設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量系統(tǒng)平面靈敏度結(jié)果分別為166.73、168.50 counts/min/μCi，采集時(shí)長(zhǎng)分別為 9.18、8.93 min。標(biāo)準(zhǔn)條件下，典型SPECT系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試平面源掃描圖像如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)條件下典型SPECT探頭系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試平面源掃描圖

面源與準(zhǔn)直器不同距離、面源不同直徑及面源不同活度條件下，手動(dòng)測(cè)量及設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量系統(tǒng)平面靈敏度結(jié)果及相應(yīng)采集時(shí)長(zhǎng)分別如表1～3所示。面源與準(zhǔn)直器距離介于5～20 cm時(shí)，采用單樣本秩和檢驗(yàn)與前述標(biāo)準(zhǔn)條件下系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)量結(jié)果及采集時(shí)長(zhǎng)比較，手動(dòng)測(cè)量及設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量結(jié)果與其結(jié)果無顯著差異（P=0.109、0.273），2種方法采集時(shí)長(zhǎng)與其采集時(shí)長(zhǎng)無顯著差異（P=0.593、0.593）（表1）。面源直徑介于3.5～20.0 cm時(shí)，采用單樣本秩和檢驗(yàn)與前述標(biāo)準(zhǔn)條件下系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)量結(jié)果及采集時(shí)長(zhǎng)比較，手動(dòng)測(cè)量及設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量結(jié)果與其無顯著差異（P=0.273、0.515），2種方法采集時(shí)長(zhǎng)與其采集時(shí)長(zhǎng)無顯著差異（P=0.273、0.465）（表2）。面源活度不同時(shí)，手動(dòng)測(cè)量及設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量系統(tǒng)平面靈敏度結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)試結(jié)果亦無顯著差異（P=0.086、0.593），但2種方法采集時(shí)長(zhǎng)較標(biāo)準(zhǔn)條件下采集時(shí)長(zhǎng)差異較大（P=0.046、0.039）（表 3）。

表1 面源與準(zhǔn)直器不同距離時(shí)系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)量結(jié)果

表2 面源不同直徑時(shí)系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試結(jié)果

表3 面源不同活度時(shí)系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試結(jié)果

2.2 手動(dòng)測(cè)量及設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量結(jié)果一致性檢驗(yàn)

手動(dòng)測(cè)量及設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量結(jié)果Bland-Altman一致性分析顯示，2種方法測(cè)試結(jié)果一致性良好，其差異和標(biāo)準(zhǔn)差分別為-0.7250、2.650 counts/min/μCi；95%一致性界限為 -5.919～4.469 counts/min/μCi，全部28/28（100%）點(diǎn)位于95%一致性界限內(nèi)（圖2）。

圖2 手動(dòng)測(cè)量及設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量結(jié)果一致性分析

2.3 手動(dòng)測(cè)量及設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量不同面源活度的采集時(shí)長(zhǎng)

手動(dòng)測(cè)量及設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量不同活度面源系統(tǒng)平面靈敏度采集所用時(shí)長(zhǎng)如圖3所示，2種方法測(cè)量不同活度面源時(shí)采集時(shí)長(zhǎng)變化趨勢(shì)基本一致：當(dāng)面源活度介于18.5～74.0 MBq時(shí)，采集時(shí)長(zhǎng)介于47.69～11.57 min；當(dāng)面源活度介于92.5～222.0 MBq時(shí)，采集時(shí)長(zhǎng)小于10 min，介于9.92～5.11 min，但采集時(shí)間縮短趨勢(shì)較平緩。

圖3 手動(dòng)測(cè)量及設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量不同面源活度的采集時(shí)長(zhǎng)

3 討論

系統(tǒng)平面靈敏度是SPECT探頭在使用準(zhǔn)直器的情況下，單位時(shí)間內(nèi)在一個(gè)采集平面上采集到的計(jì)數(shù)與平面源的活度之比，其采集條件與臨床采集條件一致，更能反映SPECT設(shè)備臨床采集性能的優(yōu)良，因此是SPECT設(shè)備驗(yàn)收、狀態(tài)檢測(cè)及穩(wěn)定性質(zhì)控測(cè)試中均明確要求的指標(biāo)[13]。同時(shí)，系統(tǒng)平面靈敏度是SPECT設(shè)備精準(zhǔn)定量采集的質(zhì)控基礎(chǔ)[14]。而通過建立感興趣區(qū)內(nèi)放射性活度與設(shè)備準(zhǔn)直計(jì)數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)感興趣區(qū)放射性示蹤劑局部濃度的相對(duì)或絕對(duì)定量評(píng)估，可提高疾病診斷的準(zhǔn)確性[15-16]，是目前定量SPECT發(fā)展的方向，也能為放射性內(nèi)照射的劑量評(píng)估提供重要依據(jù)[17]。

根據(jù)WS523-2019標(biāo)準(zhǔn)[12]及設(shè)備附帶操作手冊(cè)，可以用手動(dòng)測(cè)量法及設(shè)備指導(dǎo)式工作流程進(jìn)行系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試，本研究結(jié)果表明，二者結(jié)果一致性良好。但手動(dòng)法測(cè)量時(shí)，需單個(gè)探頭依次進(jìn)行測(cè)量，耗時(shí)較長(zhǎng)，且需詳細(xì)記錄滿針活度、滿針時(shí)間、空針活度、滿針時(shí)間到開始采集的時(shí)間，以及采集持續(xù)的時(shí)間（結(jié)束采集時(shí)間-開始采集時(shí)間）[18-19]，并編輯相關(guān)公式的Excel表格，方能計(jì)算出結(jié)果，過程較為復(fù)雜，且涉及人工計(jì)算，容易出錯(cuò)；而設(shè)備指導(dǎo)式可同時(shí)測(cè)量2個(gè)探頭，用時(shí)較少，只需記錄滿針時(shí)間、滿針活度及空針活度，由系統(tǒng)自動(dòng)記錄開始采集時(shí)間及采集持續(xù)時(shí)間并自動(dòng)計(jì)算結(jié)果，相對(duì)較為便捷。此外，按照相關(guān)規(guī)范[12]及設(shè)備操作手冊(cè)要求，平面源離探頭距離應(yīng)為10 cm，采用設(shè)備指導(dǎo)式工作流程測(cè)試時(shí)，可將面源置于下方探頭表面的衰減幾乎為零、厚度為10 cm的聚苯乙烯泡沫支架上進(jìn)行2個(gè)探頭同時(shí)測(cè)量，而手動(dòng)測(cè)量時(shí)，可將面源放置于檢查床上調(diào)整與上方探頭的距離，可避免對(duì)下方探頭操作時(shí)可能的放射性污染和安全隱患。

雖然國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備操作手冊(cè)對(duì)系統(tǒng)平面靈敏度的測(cè)試條件都有詳細(xì)的規(guī)定，但實(shí)際操作過程中，會(huì)受到很多客觀和主觀因素的影響。客觀因素如設(shè)備硬件本身問題，主觀因素如測(cè)試過程中由技術(shù)人員操作的面源與準(zhǔn)直器距離、面源直徑及面源活度等。系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試周期一般為3～6個(gè)月[12,20]，由技術(shù)人員進(jìn)行。若1次測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)偏差時(shí)，可多次重復(fù)測(cè)量，判斷是否存在操作、系統(tǒng)誤差以及設(shè)備問題，若多次結(jié)果均不合格，則考慮為設(shè)備本身問題，需設(shè)備廠商硬件工程師進(jìn)行設(shè)備校準(zhǔn)。

在確保設(shè)備硬件性能符合條件的情況下，各種主觀因素也會(huì)影響系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試結(jié)果。結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[12]及設(shè)備操作手冊(cè)規(guī)定，系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試要求為面源活度40～111 MBq（99Tcm溶液），源直徑15 cm，源距離探頭10 cm，但技術(shù)人員在實(shí)際操作過程中，常常會(huì)偏離標(biāo)準(zhǔn)要求。本研究探討了偏離標(biāo)準(zhǔn)要求的測(cè)試條件對(duì)系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)平面源離準(zhǔn)直器的距離為5 cm時(shí)，測(cè)試結(jié)果與10 cm時(shí)差異不明顯，但用設(shè)備指導(dǎo)式工作流程同時(shí)進(jìn)行雙探頭測(cè)量時(shí)，雙探頭可靠近的最小距離為20 cm，因此面源與準(zhǔn)直器最小距離為10 cm；而當(dāng)分別增大面源與準(zhǔn)直器的距離至15、20 cm時(shí)，手動(dòng)法測(cè)量系統(tǒng)平面靈敏度結(jié)果分別為163.11、166.29 counts/min/μCi，設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量系統(tǒng)平面靈敏度結(jié)果分別為167.83、167.38 counts/min/μCi，差異不顯著。此外，當(dāng)平面源直徑范圍為3.5～20.0 cm時(shí)，測(cè)試結(jié)果變化也不明顯，一方面考慮可能當(dāng)準(zhǔn)直條件相同的情況下，一個(gè)平面上活度相同的源的入射γ光子被觀察到的概率差異不大，也可能與本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)源直徑跨越范圍不夠大有關(guān)，有待進(jìn)一步驗(yàn)證[10]。

參照國(guó)家WS523-2019標(biāo)準(zhǔn)[12]規(guī)定，系統(tǒng)平面靈敏度測(cè)試面源活度為40 MBq，設(shè)備操作手冊(cè)要求為 74～111 MBq，本研究測(cè)試活度介于18.5～222.0 MBq的不同面源對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)面源活度為18.5～92.5 MBq時(shí)，結(jié)果均合格，但隨著源活度由大變小，采集時(shí)間從約10 min延長(zhǎng)至約47 min；當(dāng)面源活度為111～222 MBq時(shí)，測(cè)試結(jié)果亦合格，其采集時(shí)長(zhǎng)變化較不明顯（介于5～8 min）。因此，實(shí)際操作中可綜合考慮采集時(shí)長(zhǎng)及面源活度的最佳組合進(jìn)行測(cè)量。此外，基于不影響結(jié)果的前提下劑量最小化的原則，無須再進(jìn)行更大活度面源的測(cè)試。但更多影響因素、更大范圍的波動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響仍需進(jìn)行更多研究進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)論

本研究探討了手動(dòng)測(cè)量和設(shè)備指導(dǎo)式測(cè)量GE Discovery 670Pro SPECT系統(tǒng)平面靈敏度結(jié)果的差異，二者均能真實(shí)地反映設(shè)備的性能狀態(tài)，但在測(cè)試操作過程中各有優(yōu)勢(shì)；當(dāng)以偏離標(biāo)準(zhǔn)要求的不同條件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，在適當(dāng)?shù)牟▌?dòng)范圍內(nèi)也能滿足質(zhì)控測(cè)試要求，但需綜合考慮如采集時(shí)間、面源輻射劑量等因素的影響，探索合適的測(cè)試條件，減少職業(yè)輻射，提高設(shè)備使用效率。