SPECT平面显像中不同矩阵与距离下影像分析

李晓红

在核医学影像中影像诊断的提高离不开仪器设备与显像药物的发展。就像马克思所说的生产力的发展中离不开生产资料。

就核医学仪器SPECT显像而论，SPECT仪器的质控、放射性核素标记、操作者的资质是保证仪器影像质量的第一步；SPECT采集参数、核素注射方法位置、被注射体的摆位是确保仪器影像质量的第二步；SPECT图像重建、感兴趣区选定是担保仪器图像质量的第三步；医师或技师最后调节图像大小、灰度、位置等是控制图像质量第四步；而医师对图像做出最后诊断或判断是整个流程中的最后一步。就整个显像流程而言每一步都很重要，只有先确保第一步正确，才能保证后面正确步骤。

在我国北京、上海等特大型城市中建有核医学质控中心，定期检查该地区核医学显像质量。这些城市核医学科的医技人员或仪器工程师会定期做仪器的质控与保养，不仅减少了仪器故障的发生率，也可使仪器操作者更好的熟悉设备[1-2]。在平时工作中最为常见的SPECT质控有固有均匀度、固有铅栅、系统旋转中心、Jaszezak模型、hoffman脑模型等。通过质控试验，分析不同矩阵采集数据以及不同距离采集数据对SPECT影像学结果。

1 方法与步骤

实验以低能高分辨的准直器为基础，使用不同采集矩阵、采集距离，通过采集计数、采集时间、半高宽等客观数据与肉眼观察图像这种主观结果，综合分析图像结果。

使用仪器为德国西门子E.CAM SPECT。操作中放射源制备参数的选取依据GBT 18988.2.2003 (放射性核素成像设备性能和试验规则第2部分：单光子发射计算机断层装置)及西门子仪器说明书中相关要求进行。放射性核素为99Tcm，时间采集的数据按照6.0067 h为半衰期，对采集后的计数值做时间上的标准化。前台软件版本e.soft Version:2.1.6.5。

1.1 实验一

模拟甲状腺在不同距离、矩阵的采集，并分析数据。取800

MBq的放射性核素99Tcm，置于最大刻度100 ml的烧杯，使用滴管加样，使核素溶解于100 ml的水中，用玻璃棒搅匀后，取5 ml针筒抽取5 ml容积的溶液。然后模拟临床上单侧甲状腺到准直器的测量距离，针筒位置在探头中央，固定选用ZOOM3.2，以1号探头为基准，采集单帧60 s时间，针筒离准直器30 mm、50 mm、100 mm、150 mm、200 mm，并设置64×64、128×128、256×256三种矩阵。经过15次测试后，使用活度计测试该源放射剂量后，分析采集计数的变化情况。

1.2 实验二

点源测试不同距离、矩阵的采集，并分析数据。用西门子所提供的点源容器制作2个点源，每个点源计数约40 MBq，2个点源平行置于探头中央距离探头100 mm处，且相互间隔10 mm，设置128×128、256×256、512×512三种矩阵，ZOOM1.45，在距离探头30 mm、50 mm、100 mm、150 mm、200 mm处分别采集1000 kcounts。取两个点源的150 mm、200 mm处测试数据，在采集点源上画3条直线，分析SPECT低能高分辨率系统分辨率情况[3]。取不同采集距离、不同采集矩阵的数据，通过调节图像灰度，肉眼观察视野中点源的分辨情况。

1.3 实验三

通过简单函数重建，分析不同矩阵采集数据的宽容度。取实验二所得的图像，使用不同参数的Butterworth函数重建后，观察点源在视野中的分辨情况。

2 结果

实验一：15次测量计数结果为(262.45 kcounts±5.34 kcounts）。对相同距离下三种矩阵的计数做两两比较q检验，30 mm、50 mm、100 mm、150 mm、200 mm处的q值分别为0.80、0.82、0.76；0.79、0.83、0.85；0.80、0.82、0.83；0.82、0.83、0.85；0.83、0.85、0.89，以上均P＜0.01，尚不能认为相同距离时不同矩阵的采集计数有差别。在空气介质中有效计数随着采集距离增加而减少，有统计学意义且成反比关系(r2=0.8237,P＜0.05)。有效计数与采集距离曲线分析：y=-4.1044x2+17.411x+26683, r2=0.8758。

实验二：150 mm、200 mm处三种不同矩阵在空气介质中的低能高分辨率准直器系统分辨率(见表1)。

表1 三种矩阵的系统分辨率

不同采集距离的结果相类似，以100 mm数据为例：颜色条在(100,0)时，3种矩阵均能清晰分辩出2个分开的点源。颜色条在(40,0)时，只有256×256、512×512两种矩阵能清晰分辩出2个分开的点源。颜色条在(0,0)时，只有矩阵512×512能清晰分辩出2个分开点源。

实验三：小截止频率使图像平滑，大截止频率使图像锐化。通过合适Butterworth函数重建的图像，均能分出2个分开的点源。低矩阵、点源与探头距离远的图像需要更大的截止频率来使图像中的2个点源分开。在实际操作中，高矩阵、点源与探头距离近的图像可调节的宽容度大。

3 讨论

在SPECT显像中，由于平行孔的准直器装配在探头上后，其有效采集面积为40 cm×55 cm，而两侧甲状腺的长径一般仅5 cm左右，所以在采集时，往往选择较大的ZOOM值，而实验一中也使用5 ml的针筒代替甲状腺[4-6]。在进行甲状腺显像时，患者取仰卧位，颈部放置软垫头颈部后仰，使甲状腺充分暴露，平行孔准直器在人的正上方进行探测。按照操作常规要求平行孔准直器尽可能的贴近受检者，影像要求甲状腺在影像中央，靶器官影像占屏幕80%，脏器位置固定。在实际操作中，因为受检者下颌骨与乳房(女性)的影响，平行孔准直器离开甲状腺的距离约为10 cm远，距离增加可以得出如下结论：

(1)由于康普顿散射的原因，本底灰雾度上升，空间分辨率下降。

(2)由于空气衰减，探测器每分钟接收到的counts计数因为距离的增加而减少，密度分辨率下降。

(3)由于分辨率的下降导致图像信噪比下降。

从实验一中不仅证实了空气介质中有效计数随着采集距离增加而减少，更得出了在相同距离、相同时间下不同采集矩阵的总采集计数没有差别。探头的采集计数不会因采集矩阵的变化而变化。实验研究显示，低矩阵采集相对于高矩阵采集，灵敏度不会显著提高，这与传统理解略有不同，考虑仪器在探头固定、准直器固定的情况下，仪器的基本性能已经固定了，而探头贴近被照物体时，探头采集的有效计数会上升，此时灵敏度会增高，但相差不明显。

从实验二中可以看出，随着矩阵从128×128上升到256×256再上升到512×512，系统分辨率没有出现理论上的“随着每次矩阵的放大分辨率会上升4倍”，实际结果系统分辨率只是略有提高。但是512×512矩阵采集是此实验中分开距离10 mm两点测试中最佳表现方案，其FWHM值也真正＜10 mm，也就是说512×512及以上矩阵在SPECT低能高分辨率准直器中才能真正达到10 mm的分辨率，而能明确检出10 mm大小的甲状腺结节，也是临床上所需的。在装准直器的时候，可以通过面源做系统铅栅测试，有时可以分辨出2.5 mm甚至2 mm的情况，但这是射线通过铅栅后散射线减少，本底灰雾度降低的结果。

通过上述两个实验分析可以得出：在探头晶体与准直器固定的情况下，除了采集矩阵外，在其他采集时间等采集参数一致的情况下，随着矩阵的每次上升，获得采集的有效计数不变，获得影像像素增加4倍，系统分辨率只是略有上升。通常信息量大的数据在影像重建或滤波的时候比较慢，但是随着计算机技术的成熟与发展，就SPECT平面显像而言，高矩阵图像采集较好。既往文献曾提到SPECT显像中建议使用高矩阵采集[3]。

实验三的结果显示，通过简单的函数滤波可使影像表现的更完美。在平面影像显示中，运用滤波技术，可表现出所需要的影像效果。就Butterworth函数而言，无论运用何种参数，影像效果比没有滤波前变得略微平滑，背景噪音有所改善。就Metz、Butterworth、OSEM等常用函数来说，处理出来的影像各有不同，选用合适函数很重要[7-10]。

综上所述在SPECT平面显像中使用高矩阵的采集条件，探头更贴近被照物体，如果必要可以选用合适的滤波函数，能得到更好的影像效果。

[1]王渊恺,张光明,刘从进,等.西门子SPECT仪器运动故障的分析与维修[J].中国医学装备,2010,7(12):52-55.

[2]张书文,田嘉禾,何义杰,等.国产BHP6601型SPECT的性能测试与质量控制[J].医疗设备信息,2005,20(12):26-29.

[3]王渊恺,张光明,韩芳,等.不同采集矩阵与函数重建对SPECT影像质量影响[J].中国医学计算机成像杂志,2011,17(2):164-167.

[4]游金辉,吴晓华.用甲状腺模型SPECT显像估算甲状腺质量的影响因素[J].中华核医学杂志,2004,24(6):363-364.

[5]周大庆,金稚奎,曾琴,等.甲状腺SPECT显像的临床应用[J].中国现代医药杂志,2007,9(5):142-143.

[6]任志刚,欧阳习,李小华,等.探测距离对SPECT断层分辨率的影响[J].中华核医学杂志,2001,21(6):365-366.

[7]Gilland DR, Tsui BM, McCartney WH,et a1. Determination of the optimum filter function for SPECT imaging[J].J Nuel Med,1988,29(5):643-650.

[8]韩春起,李亚明,李德顺.不同窗函数对SPECT显像质量的影响[J].中华核医学杂志,2000,20(4):187.

[9]程木华,张峰,张子康,等.探讨SPECT断层图象重建的滤波函数推算方法[J].现代临床医学生物工程学杂志,2004,10(1):29-33.

[10]郑溪园,贾少微,张英男.SPECT重建滤波函数取值与放射性浓度的关系[J].中华核医学杂志,2003,23(增刊):56-58.