小动物SPETC/CT日常质量控制

张建平 郑宇佳

复旦大学附属肿瘤医院核医学科，复旦大学上海医学院肿瘤学系，上海 200032

研究疾病在活体小动物模型体内的动态生物学过程，促进了高分辨率核医学显像方法的进步。这些方法能在个体分子水平上阐明疾病的发生、发展，遴选评估生物相关性探针和治疗药物的靶向性和疗效。单光子核素在这些方面有许多优点，而单光子发射计算机断层扫描（single photon emission computed tomography，SPECT）可显示这些核素的三维空间分布。此外，结合了CT的SPECT/CT可协助确定解剖背景下的生化过程，提高SPECT数据的量化精度。在过去10年里，专用的小动物SPECT和SPECT/CT系统有了快速发展，目前已开发出多个商业化机型（如BioscanNanoSPECT/CT、GE Triumph X-SPECT，MILabs U-SPECT-II和SIEMENS Inveon SPECT），在科研和临床工作中发挥了巨大作用。

小动物影像设备结构精细、复杂，整机运行受多方面因素影响，只有对其性能参数定期检测和修正，才能保证工作在最佳状态，从而达到理想的成像质量。因此，定期的日常质量控制非常必要。对小动物PET，美国电器制造商协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）已在2008年颁布了其性能测试标准[1]。但对小动物SPECT性能测试，目前尚无可被广泛接受的统一标准。Harteveld等[2]使用前述小动物PET图像质量模型测试小动物SPECT，也有学者利用分布有“热”、“冷”区，类似Derenzo微孔阵列模型研究小动物SPECT基于有效空间分辨率的图像质量[3-7]。本研究基于厂家提供的日常质量控制标准，对本科室的Bioscan公司小动物SPECT/CT产品NanoSPECT/CT Plus的日常质量控制作一分析。

1 资料和方法

1.1 试剂和仪器

99mTc 溶液由放射性药房提供。近场均匀性（near field flood, NFF）模型、Jaszczak模型、SPECT定量校正模型、CT几何校正和Hounsfield模型、聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）管、微量移液器均为Bioscan公司提供。小动物SPECT/CT为Bioscan公司NanoSPECT/CT Plus提供。

1.2 方法

1.2.1 NFF测试用移液器将12～15 μCi/ 5 μL的99mTc溶液装到200 μL PCR管底部，再将该管放入NFF模型中。通过改变管的高度使每个探头接收到的计数率一致，但每个探头的计数率不能高于30000cps。每个探头采集20 M计数。采集好后利用机器自带软件分析采集数据，自动给出结果。

1.2.2 Jaszczak模型测试用1～2 mCi/mL、总量约3 mL的99mTc溶液填充Jaszczak模型，排除气泡，将ATP108孔板（理论分辨率为1.0 mm）置于探测器视野中央，用矩阵256×256、Zoom=1.14286、“Fine”采集模式等参数，每个投影采集1 M计数。图像重建选择“Phantom”模式。

1.2.3 SPECT定量校正使用3 mL注射器抽取1～2 m Ci /1.5 mL放射性溶液，取下注射器针头用针筒帽代替。将此注射器置于活度计中精确记录活度和测量时间，随后将其置于相应的定量模型中，再将整个模型置于相应大鼠或小鼠检查床上，确认其置于床的中心，用胶带固定。接着将模型置于SPECT探头中心后，查看每个探头的峰值计数率，根据计数率设置采集时间，使每个投影总计数不低于50000个，如果超过50000个但时间不到30 s，则将采集时间设为30 s。采集后利用HiSPECT NG软件重建，重建算法为OSEM，3次迭代，7个子集。重建后的图像利用Invivoscope™软件的Quantification 功能生成感兴趣区，使感兴趣区包含整个针筒。输入活度、测量时间及核素名称，系统自动给出定量因子。

1.2.4 CT几何校正使用专用的CT几何校正模型。投影数360，螺距1，管电压65 kVp，曝光时间1500 ms，Binning 1∶4。重建参数如下。IN-Plane Voxel Size：Large；层厚：Thick；滤波：Butterworth。

1.2.5 Hounsfield校正采集模式：Circular scan；帧数：360/rotation；管电压：ALL kVp；管电流：ALL μA；曝光时间：ALL ms；帧大小：Standard（Binning1∶4）；重建参数为重建算法：Feldkamp cone-beam；滤波：Ramp；截止：100%；矩阵大小：Large；Voxel size：Smallest。

2 结果

2.1 NFF测试结果

如图1所示，机器4个探头的性能指数（figure of merit，FOM）值分别为13.38、15.46、16.06和13.08，均＜20。通过裸眼观察，未发现较大面积的黑色区域；软件也显示四探头在NFF测试方面均合格，说明四探头对射线的响应均匀性较好。

图1 NFF测试结果

2.2 Jaszczak模型测试结果

如图2所示，所有热区除1.0 mm有些模糊外，其余热区均清晰可辨，即分辨率接近1.0 mm，线性和均匀性佳。

图2 Jaszczak模型测试结果（孔板为ATP108，模型孔径1.0～1.5 mm）A：矢状面；B：SPECT与CT融合后的横断面，＞1.1 mm的热区均清晰可见，线性和均匀性较好

2.3 SPECT定量校正结果

如表1所示，对应不同孔板和不同核素，SPECT校正因子均不相同。

2.4 CT几何校正结果

如图3所示，一阶轨道图（图3A）显示其轨道基本呈圆形，二阶轨道图（图3B）显示机架在360o绕轴旋转过程中摇摆在±0.5 mm内，其均方差为0.1981。每个角度的轨道偏移量均可定量。

表1 不同孔板不同核素的SPECT定量校正因子

图3 CT几何校正结果A：一阶轨道图；B：二阶轨道图

2.5 CT Hounsfield 校正

结果如表2所示。

表2 不同管电压和管电流条件下空气和水的HU值

3 讨论

SPECT NFF主要用于监测每个探头光电倍增管（photomultiplier，PMT）增益的稳定性，可监测图像的均匀性。Jaszczak模型可监测SPECT整体性能，通过模型断层图像观察分辨的最小圆柱直径和线性插件的均匀性及是否产生伪影，不同的孔板用Jaszczak测出的分辨率不同。本次测量使用ATP108孔板，标称理论分辨率为1.0 mm，但实际结果显示本机的分辨率接近1.0 mm，比临床SPECT分辨率（一般在1 cm）要好得多，这主要归因于针孔型准直器的运用、多孔设计和合理利用探测器有效面积[8-10]，此校正应每个月校正1次。小动物SPECT的定量校正非常重要，常用于测量药品的剂量响应曲线，监测疗效和脑功能区被激发后的脑代谢改变。ɣ射线在进入探测器前会被组织吸收和散射，此外仪器固有分辨率会模糊放射性分布及引入两次误差—部分容积效应，为更精确地获得更加真实的放射性分布，必须采用各种校正，如衰减校正、散射校正等。临床上SPECT由于孔径较大及人体直径较大，故衰减效应和散射效应非常明显，给获得精确的定量数据带来了挑战。小动物SPECT由于孔径较小及光子在小动物体内衰减距离较小，似乎散射和衰减的影响可不考虑，但事实上，这两种效应不能忽略。有研究表明，在大鼠大小的物体中，软组织使高达50%的125I和25%的99mTc可探测光子衰减[11]。类似研究也表明，在啮齿类动物大小的物体中，多种核素的散射计数占总计数的20%～25%[11-12]。目前可通过两种方法来消除或减小衰减效应给数据定量带来的误差，一种是利用CT图像进行厚度衰减校正[12-14]，另一种是使用合适的模型来模拟动物体内的衰减。本文定量校正采用后者，绝对误差在12%以内。进一步的比较显示，动物体内显像与体外生物分布（在活度为200 kBq～5 MBq范围内）的相关性为0.99[15]。

NanoSPECT机架在沿着自身轴旋转时会产生周期性摇摆，CT几何校正测量这种摇摆并产生一个文件，用以在重建图像过程中校正这种摇摆。此外，该校准数据也被用来评估摇摆的严重性并确认摇摆不会超过±0.5 mm。从图3可知，本机摇摆程度在±0.5 mm以内。CT HU测量结果显示，本机CT可在任何管电压和电流条件下对水及空气给出较为准确的HU值，测试指标均合格。

以上所有测试均达标，仪器性能良好。要保证SPECT/CT总体性能长期稳定，一方面需按要求进行质量控制；另一方面要做好日常保养，如确保环境温度处于（18±3）℃、湿度10%～80%、注意供电及电压、最好配置不间断电源（uninterruptible power supply，UPS）。小动物SPECT／CT复杂精密，晶体数量多，应严格按操作规程进行保养，及时发现问题及时校正，以确保仪器始终处于最佳状态。

[1]NEMA Standards Publication NU 4-2008.Performance measurements of small animal position emission tomograph[S].Rosslyn, VA: National Electrical Manufacturers Association, 2008.

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