SPECT设备平面成像性能评估与验收测试*

邵明哲 陈英茂* 姚树林 田嘉禾

SPECT设备是医院核医学中常用的显像设备，该设备可以进行平面成像、断层成像及全身成像，其性能指标分为平面成像性能(也称探头性能)、断层成像性能及全身成像性能。由于平面成像是断层成像和全身成像的基础，因此SPECT平面成像的性能决定了设备的图像质量 及档次。随着相关技术的发展，SPECT设备性能指标不断完善和提高。在新设备投入使用之前应对其各项性能指标进行全面测试，以判断设备是否达到预期的标准，并保证满足医院临床显像的要求[1-2]。

1 设备与方法

1.1 SPECT设备

SPECT设备的两种机型分别为∶机型1，GE公司的Infinia Hawkeye4型SPECT；机型2，西门子公司的Symbia T6型SPECT。两种机型的SPECT均为双探头，探头晶体厚度均为9.525 mm(3/8 in.)。

1.2 测试指标及方法

SPECT探头的性能指标分固有性能和系统性能。固有性能为卸下准直器时探头的性能，系统性能为安装准直器后探头的性能。每个性能又有有效视野(useful field of view， UFOV)及中心视野(central field of view， CFOV)之分， UFOV为剔除一定边缘的探头视野，通常为探头视野的95%，CFOV为UFOV的75%。

1.2.1 固有空间分辨率

空间分辨率是影响图像质量的一项重要指标， 反映能分辨两点间最小距离，通常用线源扩展函数(line spread function，LSP)半高宽(full width at half maximum， FWHM)及十分之一高宽(full width at tenth maximum， FWTM)来表示。FWHM及FWTM越小，分辨率越高。

空间分辨率有固有分辨率和系统分辨率两种。固有分辨率与晶体、光电倍增管的性能及能窗等采集条件有关；而系统分辨率由固有分辨率及准直器的分辨率所决定因此，在反映设备关键部件技术性能方面固有分辨率的重要性高于系统分辨率。

固有空间分辨率的测试方法有以下4种[2]。

⑴放射源模型∶将99Tcm点源，置于距探头5倍探头视野(field of view，FOV)处。放射源的活度保证在20%的对称能窗时，对模型计数率≤20 kcps。

⑵测试模型∶Slit铅栅[2]，贴近晶体并覆盖整个视野，模型内开有若干宽为1 mm的平行线槽，相邻两条线槽中心之间的距离为30 mm，厚度为3 mm。

⑶采集方法∶分别将铅栅线槽顺每个探头的X方向及Y方向，采集静态图像，像素矩阵为512×512，采集计数10 M。

⑷分析计算∶分别在UFOV及CFOV内对每一条线槽图像进行分析，得到每个探头X方向及Y方向的FWHM及FWTM，对UFOV及CFOV内所有值的平均即为该探头的固有空间分辨率。

1.2.2 固有空间线性

空间线性描述图像的位置畸变程度， 空间线性分绝对线性和微分线性。

固有空间线性的测试方法[2]∶

⑴放射源模型、测试模型、采集方法均同“1.2.2固有空间分辨率”。

⑵分析计算∶分别在UFOV及CFOV内对每一条线槽图像进行分析，确定每个探头X方向及Y方向的线扩展函数峰值位置，计算绝对线性及微分线性。

绝对线性由X和Y方向的线扩展函数峰值位置偏离最大距离的平均值表示；微分线性由X和Y方向的线扩

展函数峰值位置偏离距离的标准差的平均值表示。绝对线性和微分线性的值越小，说明其线性越好。

1.2.3 固有能量分辨率

固有能量分辨率描述探头对γ射线能量的辨别能力。用计数随能量分布曲线的半高宽与峰值处能量的百分比表示。

⑴放射源模型∶99Tcm点源，置于距探头5倍FOV处。放射源的活度保证在20%的对称能窗时计数率≤20 kcps。

⑵采集方法∶卸下准直器，对每个探头用能量分辨程序进行采集，获得能谱曲线，采集时间使峰值计数＞10 k。

⑶分析计算∶分析能谱曲线，计算出能量分辨率。能量分辨率的值越小，其能量分辨越好。

1.2.4 固有均匀性

均匀性描述γ相机探头对一均匀泛源的响应。均匀性分为积分均匀性(integral uniformity，Ui)和微分均匀性(differential uniformity，Ud)[2]。晶体、光电倍增管、光导及电路的性能均能影响均匀性。

积分均匀性(Ui)由均匀入射的γ射线在探头视野(UFOV或CFOV)中产生的最大像素计数(max)与最小像素计数(min)按下列公式确定[2]∶

微分均匀性描述由视野中X方向及Y方向相邻5个像素中最大像素计数与最小像素计数按上述公式确定。

⑴放射源模型∶99Tcm点源，置于距探头5倍FOV处。放射源的活度保证在20%的对称能窗时计数率＜20 kcps。

⑵采集方法∶卸下准直器，对每个探头进行静态采集，像素矩阵64×64，采集计数41 M。

⑶分析计算∶分析图像，任何在UFOV边缘采集的计数，若低于CFOV内像素计数均值的75%，设定为零。任何像素若其紧邻的4个点之一的计数为0，则这些像素的计数亦设定为0。余下非零像素纳入UFOV的分析中。任何像素至少要有50%的区域在CFOV内才能被纳入CFOV的分析中。然后，图像数据用以下9点加权滤波函数进行一次平滑∶

用平滑后的像素值计算UFOV及CFOV内积分均匀性和微分均匀性。Ui及Ud值越小，其均匀性越好。

1.2.5 最大计数率

当视野中的活度较低时，SPECT计数率随活度的增加而增加；当活度增加到一定值时，计数率达到最大值，而后开始随活度的增加而减少。

⑴放射源∶99Tcm点放射源，各方向尺寸＜2 mm，活度为37 MBq左右，放置于距离探测器表面中心5倍FOV外。

⑵采集方法[3]∶从探测器上卸下准直器；能窗设置到20%；其他按临床条件设置。从距离远的位置逐渐垂直向探测器表面移动，并注意观察计数率的变化。记录移动放射源过程中观察到的最大计数率，单位为kcps。

1.2.6 系统平面灵敏度

灵敏度描述探头对放射源的响应能力。用系统平面灵敏度表示。系统平面灵敏度指某一探头对平行于该探头放置的特定平面放射源的灵敏度，用单位活度在单位时间内的计数表示。系统平面灵敏度与准直器的类型、窗宽、放射源的种类及形状有关。系统平面灵敏度单位为counts/(min*MBq)、 counts/(s*MBq)或counts/(min*μCi)。对不同的准直器分别测量。

⑴放射源模型[2]∶内径为150 mm，内高为10 mm的平底塑料圆盘，内充99Tcm溶液，放射源的活度保证在20%的对称能窗时计数率＜30 kcps。源的活度需精确测量，并精确记录测量时间。模型内溶液覆盖塑料盘底，深度约为3 mm。

⑵采集方法∶安装低能高分辨(low energy high resolution，LEHR)准直器，使用20%的能窗，对每个探头进行静态采集，采集计数≥4 M。将准备好的模型置于探头FOV中心，使模型底面距离探头面100 mm， 进行采集。采集时保证放射源与探头间无任何吸收介质。

⑶分析计算∶系统平面灵敏度=计数/活度/采集时间。其中的活度校正到采集时间。

2 结果

2.1 固有空间分辨率

在沿线槽的每个像素处做垂直于线槽的剖线，可获得每个线槽的线扩展函数，在UFOV和CFOV内，分别计算出两个轴向FWHM和FWTM的平均值(见表1)，图1为探头1对X及Y方向Slit模型的采集结果。

表1 SPECT的两种机型性能指标测试结果

图1 探头1对X及Y方向Slit模型采集结果

2.2 固有空间线性

对图1所示的线槽图像进行分析，得到2个探头在UFOV及CFOV内的绝对线性及微分线性值见表1。

2.3 固有能量分辨率

对点源采集，获得能谱曲线(如图2所示)，分析能谱曲线，分别获得2个探头的固有能量分辨率(见表1)。

图2 机型1探头2的能谱曲线

2.4 固有均匀性

按照公式计算得到UFOV及CFOV内积分均匀性和微分均匀性见表1。

2.5 最大计数率

对两种机型的设备测得的每个探头的最大计数率如表1所示。

2.6 系统平面灵敏度

对两种机型的设备均装备LEHR准直器后，测得的每个探头的系统平面灵敏度见表1。

3 讨论

一些国际组织及国家对SPECT设备的性能测试制定了测试标准，现行的SPECT平面成像性能测试标准有国际电工委员会(IEC)的IEC 60789∶1992[4]、美国电气制造者协会(NEMA)的NEMA 标准出版物NU 1-2007[2]、国际原子能机构(IAEA)的IAEA TECDOC-602.1991[3]和美国医学物理学家协会(AAPM)的AAPM第9号报告[5]等。我国的标准GB/T 18989-2003[6]与IEC 60789∶1992相同。目前，我国市场的SPECT设备基本来源于GE公司、西门子公司、飞利浦公司。这三大公司的出厂指标值均以NEMA为标准测得，因此在验收测试时，多以NEMA标准测试。本测试指标主要依据NEMA标准测试，但考虑其可行性的问题，对能量分辨率、最大计数率等某些指标的测试方法参照IAEA方法进行简化。按NEMA和IEC标准规定[2，4]，能量分辨率指标需使用2种放射源，其中一种为57Co，但目前在我国57Co难以获得，因此只使用了99Tcm一种放射性核素进行测试。对最大计数率指标，按NEMA和IEC标准规定，用衰变法在不同时段进行测量，耗时长，可行性差，因此本研究按照IAEA方法进行测试。

晶体种类、厚度及准直器的种类是影响SPECT探头固有空间分辨率、固有空间线性、固有能量分辨率、固有均匀性、最大计数率及系统平面灵敏度等项性能指标最主要的因素。尽管本研究中的两种机型的晶体种类、厚度及准直器的种类相同，但是由于光电倍增管等其他部件及软件不同而使其各项指标略有差别。对于固有空间分辨率及固有线性，机型1略优于机型2，但对系统平面灵敏度及能量分辨率，机型2略优于机型1。SPECT设备两种机型的性能指标均达到了出厂标准，并且达到了临床诊断的需求。

[1]裴著果.影像核医学[M].3版，北京∶人民卫生出版社，2007.

[2]NEMA Standards Publication NU 1-2007∶Performance Measurements of Gamma Cameras[S].NEMA，2007.

[3]IAEA. Quality control of nuclear medicine instruments 1991.IAEA-TECDOC-602[S]. IAEA，1991.

[4]IEC.IEC 60789∶1992， Radionuclide imaging device-Characteristics and test conditions Anger gamma cameras[S].IEC，1992.

[5]AAPM.AAPM REPORT NO.9 1982. Computer-aided cintillation camera cceptance testing[S].AAPM，1982.

[6]国家药品监督管理局北京医疗器械质监中心.GB/T 18988.3-2003.放射性核素成像设备性能和试验规则(第3部分)∶伽玛照相机全身成像系统[S].国家质量监督检验检疫总局，2003.