Dilon 6800多晶體伽馬相機質量控制方案研究與實踐

宋駿逸，何依波， 陳曙光，張一秋，2

1. 復旦大學附屬中山醫(yī)院 核醫(yī)學科，上海 200032；2. 復旦大學附屬中山醫(yī)院廈門醫(yī)院 核醫(yī)學科，福建 廈門 361015

引言

Dilon 6800 多晶體伽馬相機是一款乳腺顯像設備，其探頭由位置敏感光電倍增管與像素化碘化鈉晶體組成[1]，屬于多晶體伽馬相機。作為專用的乳腺顯像設備，該設備分辨率高，便于以更合適的角度進行檢查，大大提高了其病變探測能力[2]；探測器臂可做旋轉以及徑向平移運動；其空間分辨率在距離相機3 cm 的情況下可達到6 mm[3]。多晶體的設計可以使機器更貼近病灶，提高了對于1 cm 以下小病灶的靈敏度[4]。多晶體伽馬相機空間的分辨率由探測器元件尺寸決定，而單晶體伽馬相機的空間分辨率由邏輯和電子像素尋址決定。多晶體伽馬相機的準直器可占據(jù)探測器元件之間的區(qū)域，從而得到更高的系統(tǒng)靈敏度[5]。

傳統(tǒng)單晶體伽馬相機可直接參考美國電氣制造商協(xié)會（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）標準，但NEMA 標準并不能直接應用于多晶體伽馬相機。多晶體伽馬相機的參考方案需參考用戶手冊并略加改進，用戶手冊本身也參考了NEMA 標準。伽馬相機的測試可參考2018 年版本的NEMA 標準[6]，該標準雖然提到了多晶體伽馬相機的存在但只能參考其對于單晶體伽馬相機固有均勻性的測試方法，美國核醫(yī)學會的指南也指出多晶體設備質控應參考生產廠商的技術參數(shù)要求[7]。

在此基礎上根據(jù)美國物理學家協(xié)會發(fā)布的報告可知，多晶體相機屬于非連續(xù)矩形晶體陣列采樣，所以有些單晶體的測試方法是無效或需要改進的。對于多晶體探測器的均勻性，唯一有用的校正是使用面源測試的系統(tǒng)均勻性校正，因此，唯一有用的測試是通過采集外部的系統(tǒng)均勻性面源圖像從而獲得系統(tǒng)均勻性數(shù)據(jù)[8]，而固有均勻性可由工程師來測試以評估晶體及光電倍增管的情況。既往文獻[5]發(fā)布了一臺多晶體設備各個參數(shù)的測試方法，在均勻性方面測試了系統(tǒng)均勻性，并指出目前還沒有多晶體伽馬相機的測試標準，其他設備可參考該測試方法。多晶體相機的測試符合伽馬相機通用標準，不同之處在于其測試的是系統(tǒng)均勻性而非固有均勻性，所以使用的是面源而非點源。該設備使用低能通用準直器，其系統(tǒng)均勻性包含了準直器對均勻性的影響，因此可對其進行針對性校正以得到更好的圖像質量[9]。如果是低能高分辨準直器，均勻性數(shù)據(jù)也會受到影響，因此可對低能高分辨準直器進行針對性測試與校正，這與生產廠商的建議一致。

質量控制對于單光子設備運行十分重要[10]。該設備作為平面顯像設備，均勻性是最重要的指標。根據(jù)用戶手冊要求，有效視野微分均勻性（Differential Uniformity，DU）不得高于10.00%；生產廠商則建議有效視野積分均勻性（Integral Uniformity，IU）不得高于10.00%，每月測試一次。本文采用了廠商的建議，在有效視野IU ≥9.50%時進行校正以改善均勻性。該設備不是傳統(tǒng)的單晶體伽馬相機，鑒于目前仍缺乏對于多晶體伽馬相機的標準質控方案，本文通過總結該設備的測試與校正的方法，收集數(shù)據(jù)并進行分析，保障設備正常運行的同時，為其他多晶體伽馬相機的保養(yǎng)和維修提供有益的參考。

1 材料與方法

1.1 設備參數(shù)

Dilon 6800（Dilon Technologies，美國）的探測器具有3072 個碘化鈉晶體。設備包含48 個光電倍增管，每個大小為2.5 cm×2.5 cm，顯像視野為20 cm×15 cm，采集矩陣為64×64，像素大小為3.2 mm×3.2 mm[11-12]，設備配備了低能通用準直器。

1.2 參考標準

設備測試和校正方法均參考用戶手冊、生產廠商建議、NEMA 標準[6]、美國物理學家協(xié)會的報告[7]和美國核醫(yī)學會指南[8]。

1.3 測試與校正

對Dilon 6800 進行系統(tǒng)均勻性測試，無須拆卸準直器，將探頭方向垂直朝上。確認室內沒有放射性污染，檢查能峰是否漂移，如有漂移則調整至140 keV。制備1mci99mTc 水模面源，充分混合均勻，排空空氣。在注水口處加上一些阻塞物，以防泄漏。將模型放置在準直器上，確認計數(shù)率不超過10k counts/s。打開質控專用采集程序，采集一個64×64 的靜態(tài)圖像。選擇正確的準直器類型，由于計數(shù)太低可能導致結果不準確，因此選用低能通用型準直器時，至少需要采集3500k 計數(shù)。采集端軟件計算有效視野以及中心視野的IU 和DU，根據(jù)結果觀察有效視野IU 是否大于9.50%。若設備有效視野IU 大于9.50%，則進行校正。校正需要制備1mci99mTc水模面源，采用與測試時相同的方法，采集一個靜態(tài)圖像，矩陣為64×64，計數(shù)為10000k，獲得一個新的校正表以取代現(xiàn)有的校正表。以此方法在2016 年1 月至2021 年12 月期間每月測試一次（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 月進行了校正。均勻性數(shù)據(jù)分為校正前的原始值，校正后或未校正的最終值，同時用日志記錄每月濕度并分析原始值變化的原因。

1.4 統(tǒng)計學分析

應用IBM SPSS 23.0 軟件進行統(tǒng)計學分析，符合正態(tài)分布的計量資料以±s表示，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。采用配對t檢驗比較每月有效視野IU 和DU的原始值和最終值差異。采用配對t檢驗比較2016 年9 月、2016 年10 月、2017 年7 月、2019 年6 月、2020年10 月、2021 年9 月的有效視野IU 和DU 校正前和校正后的數(shù)值差異。

相對濕度為50%以下對于核醫(yī)學設備而言為低濕度環(huán)境[13]，相對濕度50%為標準的氣象條件[14]。參考機房濕度記錄，取50%為中間值，以50%為界將全年分為高濕度組（每年5—11 月）和低濕度組（每年12 月至次年4 月）。根據(jù)機房濕度以50%為界分為高濕度組和低濕度組，采用獨立樣本t檢驗比較高濕度組和低濕度組的有效視野IU 和DU 的原始均值差異。

2 結果

2.1 測試結果

選取有效視野的IU 和DU 測試結果，分為校正前的原始IU 和DU，校正后的最終IU 和DU，結果如表1 所示。2016—2021 年的有效視野原始IU 值為6.01%±1.74%，校正后的最終值為5.51%±1.06%，有效視野原始DU 值為4.45%±1.03%，校正后的最終值為4.20%±0.78%。校正后，最終IU 顯著低于原始IU（P=0.016 ＜0.05），最終DU 顯著低于原始DU（P=0.023 ＜0.05）。

表1 有效視野均勻性結果（±s，%）

表1 有效視野均勻性結果（±s，%）

注：IU：積分均勻性；DU：微分均勻性。

時間/年原始IU最終IU原始DU最終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 有效視野IU和DU變化趨勢及校正

2016—2021 年每月的有效視野IU 和DU 原始值和校正后數(shù)值如表2 所示。有效視野IU 變化曲線如圖1 所示，最終值均低于10.00%，在可接受范圍內，最終值等于原始值。有效視野DU 變化曲線如圖2 所示，最終值都在10.00%以下，在可接受范圍內，最終值等于原始值。

圖1 有效視野IU變化曲線

圖2 有效視野DU變化曲線

表2 均勻性校正結果（%）

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%）顯著低于校正前（10.63%±0.66%）（P＜0.001），校正后DU 值（3.72%±0.63%）顯著低于校正前（6.65%±0.77%）（P=0.003＜0.05）。

以2016 年9 月的一次校正為例，校正前圖像的有效視野IU 為10.80%，有效視野DU 為6.60%，校正后圖像的有效視野IU 為3.80%，有效視野DU 為3.60%，偽影明顯消失。

2.3 高低濕度組均勻性比較

機房濕度記錄如圖3 所示，高濕度組和低濕度組的均勻性比較結果如圖4 所示。高濕度組有效視野IU 原始值為6.46%±2.06%，低濕度組原始值為5.36%±0.79%，高濕度組的有效視野IU 原始值顯著高于低濕度組（P=0.003）。高濕度組有效視野DU 原始值為4.67%±1.18%，低濕度組的有效視野DU 原始值為4.13%±0.65%，高濕度組的有效視野DU 原始值顯著高于低濕度組（P=0.016 ＜0.05）。

圖3 機房平均濕度

圖4 高低濕度組均勻性比較

3 討論

美國物理學會報告中指出有效視野IU 是最重要的指標[8]。從本身定義而言，有效視野IU 比DU 更嚴格，有效視野IU 比DU 更具參考價值，建議將其作為衡量設備是否需要進行校正的參數(shù)。Dilon 6800 多晶體伽馬相機用戶手冊則建議有效視野DU 不得高于10.00%。例如2016 年9 月的一次校正，校正前圖像質量差且有明顯偽影，其有效視野IU 數(shù)值大于10.00%，有效視野DU 并未超過10.00%，且2016—2021 年使用期間從未超過10.00%。因此用戶手冊要求有效視野DU 不得高于10.00%這個標準顯然過于寬松。

該設備最終采用了每月一次系統(tǒng)均勻性測試的方案，參考了廠商的建議，以每月有效視野IU 為參考，每月均勻性最終值始終在可接受范圍內，設備運行穩(wěn)定。根據(jù)用戶手冊，在每月一次的均勻性測試結束后，設備會自動進行能量校準，維持均勻性穩(wěn)定。因系統(tǒng)均勻性測試對多晶體伽馬相機更具有實用性，故該設備根據(jù)用戶手冊采用系統(tǒng)均勻性測試。根據(jù)既往文獻[15-16]對于核醫(yī)學單光子設備的推薦，系統(tǒng)均勻性測試應每月一次，但考慮到該設備常規(guī)不做固有均勻性測試只做系統(tǒng)均勻性測試，且根據(jù)WS 523-2019[17]，對伽馬相機以及單光子設備應每周進行一次固有均勻性測試，而根據(jù)美國核醫(yī)學指南，對于多晶體伽馬相機類似的設備應以生產廠商的技術參數(shù)要求為優(yōu)先，因此考慮到實際情況，無需過于頻繁，每月做一次均勻性測試即可。另外，根據(jù)設備使用情況，可增加測試與校正的頻率。

根據(jù)有效視野的IU ≥10.00%（9.50%以上認為近似于10.00%）進行校正，可使機器參數(shù)始終維持在可接受水平，使設備迅速恢復正常可接受的參數(shù)與圖像質量。技術參數(shù)的要求根據(jù)廠商的要求制定。校正后的技術參數(shù)在可接受范圍內，圖像質量也得到了迅速改善。過于頻繁地校正，重做校正表，并不利于設備的穩(wěn)定運行，如果是設備晶體出現(xiàn)問題，校正反而會掩蓋實質問題[18]，這種情況下應在工程師的指導下做固有均勻性測試，評估是否有硬件損壞的情況。

機房溫度恒溫設定為22℃，然而機房濕度可控性差，且高濕度可使設備電子元件受影響導致伽馬相機均勻性受損[13,19]，因此對于使用碘化鈉晶體的單光子設備來說，機房濕度管理十分必要[20]，濕度的情況需要加以關注，尤其是高濕度的情況。據(jù)機房濕度記錄，平均濕度5—11 月高于50%，其余月份低于50%，均勻性異常于6—10 月、9—10 月高發(fā)，該月份正處于高濕度組的區(qū)間內，數(shù)值也顯著高于其他月份。上海本身屬于溫帶海洋性氣候，夏冬較長，夏天炎熱潮濕，冬天寒冷干燥，因此出現(xiàn)這種情況可能不僅僅是機房本身的問題，外部溫濕度也會因為進出門影響到室內。高濕度的環(huán)境更容易導致均勻性出現(xiàn)問題，因此建議機房管理參考自身所處地點的氣候條件進行相應的調整。

2021 年，設備平均均勻性指標高于過去5 年的平均值。因此，對于使用超過5 年的設備，應關注設備的老化情況，繼續(xù)保持質量控制，參考伽馬相機相關標準，建議將測試頻率增加到一周一次并及時校正，如果發(fā)現(xiàn)故障問題可聯(lián)系生產廠商[21]。

4 結論

本文通過總結Dilon 6800 多晶體伽馬相機的質控方案，并采用每月一次的系統(tǒng)均勻性測試，在有效視野IU ≥9.50%時加以校正，評估得出觀察有效視野IU 比DU 更有效，及時校正可恢復并保持設備的均勻性指標，且濕度與機器均勻性性能有關，因此應關注高濕度對設備的影響。對于使用超過5 年的設備建議增大測試校正的頻率。