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一种通用型SPECT性能检测系统的验证研究—系统性能部分*

2017-06-21姚树林耿建华陈英茂徐白萱刘亚强马天予

中国医学装备 2017年6期
关键词:模体分辨力自测

姚树林耿建华陈英茂*徐白萱刘亚强马天予

[文章编号] 1672-8270(2017)06-0037-04 [中图分类号] R812 [文献标识码] A

一种通用型SPECT性能检测系统的验证研究—系统性能部分*

姚树林①耿建华②陈英茂①*徐白萱①刘亚强③马天予③

目的:检验一种单光子发射断层显像系统(SPECT)质量控制通用模体套装及SPECT质量控制通用检测系统的可靠性。方法:使用SPECT质量控制通用检测系统和通用模体套装对两个厂商的3台SPECT设备的主要系统性能进行测试(自测),并与厂商专用模体及软件的测试结果(厂测)进行对比。结果:①系统平面灵敏度,3台设备的自测和厂测结果一致性很好,相对偏差在0.2%以下;②系统空间分辨力,3台设备的自测和厂测结果一致性很好,相对偏差在0.2%以下;③断层空间分辨力,3台设备的自测和厂测结果一致性很好,相对偏差在5%以下;④全身空间分辨力,3台设备的自测和厂测结果一致性很好,相对偏差在0.2%以下。结论:SPECT质量控制通用模体套装及SPECT质量控制通用检测系统可靠,测试结果准确。

单光子发射计算机断层显像系统;系统性能;测试;质量控制

近年来,随着我国核医学的快速发展,单光子发射断层扫描(single-photon emission computed tomography,SPECT)设备的应用也更为普遍[1-4]。然而,与SPECT快速发展不协调的是相应的质量控制工作较落后[5]。在SPECT的质量控制工作中,各厂商的质控模体不能相互通用,且配套的质量控制软件中,图像数据处理的方法也有差异,使检测结果难以统一,这是我国SPECT质量控制工作落后的主要原因之一[6-10]。目前,国内已有基于国家标准[5]和美国电机制造商协会(national electrical manufactures association,NEMA)标准[11-13]生产的通用型SPECT质量控制模体套装[14]及通用型SPECT质量控制检测系统[15]。SPECT质量控制性能主要分为两部分,其一是固有性能部分,其二是系统性能部分。通过对比测试SPECT的固有性能,已表明此通用型质量控制模体及检测系统在固有性能测试部分是可靠的。本研究则进一步检验此模体套装及检测系统在SPECT系统性能测试部分的可靠性。

1 资料与方法

1.1 检测仪器

(1)质控模体。RGRMS-2012型SPECT质量控制通用模体套装[14](卡迪诺科技北京有限公司)。该套装中的模体符合国家标准和NEMA NU1-2007标准中对SPECT质量控制模体的要求,并可通用于各厂商、各型号的SPECT机型。样本厂商SPECT机型配套专用模体。

(2)SPECT。Symbia T6型SPECT-CT和E.CAM型SPECT(德国Siemens公司);Infinia Hawkeye 4型SPECT(美国GE公司)。3台SPECT设备分别用代码SPECT 1、SPECT 2和SPECT 3表示。

(3)点源、线源和面源。用放射性锝原液(中国原子能研究院同位素所提供),自行制备。

1.2 分析软件

使用基于NEMA标准和国家标准的SPECT质量控制检测系统(通用软件)[15]以及样本SPECT厂商自带软件(专用软件)分别处理测试数据。

1.3 方法与步骤

系统性能测试使用通用模体套装的面源、线源和点源模体和各厂商配套专用模体,分别在3台SPECT设备上进行系统平面灵敏度、系统空间分辨力、断层空间分辨力和全身空间分辨力4项主要系统性能指标的对照测试,并分别使用通用软件和专用软件处理测试数据。使用通用软件处理通用模体的测试结果标记为自测,使用厂商专用软件和专用模体的测试结果标记为厂测。

1.3.1 系统平面灵敏度测试

(1)探头准备。安装低能高分辨准直器,将两探头旋转至相对180°,并平行于地面水平位置,将两探头移至相距约20 cm处。

(2)平面面源模体制备。将通用模体套装中的系统平面灵敏度专用模体注入水,预留2 ml左右空间。抽取99Tcm溶液74 MBq(2 mCi),测量活度并记录测量时间。将抽取的99Tcm溶液迅速注入系统平面灵敏度专用模体内,将模体注满水并摇晃均匀。精确测量并记录空针残余放射性活度及时间。厂商面源模体制备同此。

(3)使用专用支架将平面面源模体固定在两探头之间,并使面源中心平面距上下探头各10 cm。

(4)启动静态采集程序,采集条件为:ZOOM=1,能窗140 keV±15%,采集矩阵256×256,采集时间300 s,双探头同时采集,精确记录采集开始时间,记录各个探头的总计数。

(5)采集结束后,将图像以医学数字成像及通信(digital imaging and communication of medicine, DICOM)格式保存以备下一步分析处理。

(6)采用上述步骤和条件分别对另外2台SPECT设备进行测试。

1.3.2 系统空间分辨力测试

(1)探头准备。安装低能高分辨准直器,将两探头旋转至相对180°,并平行于地面水平位置,将两探头移至相距约20 cm处。

(2)双线源模体制备。抽取99Tcm溶液74 MBq(2 m Ci),体积应<1 ml,精确测量活度并记录测量时间,将抽取的99Tcm溶液注入通用模体套装中的双线源模体内。精确测量并记录空针残余放射性活度及时间。厂商双线源模体制备同此。

(3)使用专用支架将双线源模体固定在两探头之间,使线源方向垂直于探头旋转轴(X方向),并使线源距上下探头各10 cm。

(4)启动静态采集程序,采集条件为:ZOOM=1,能窗140 keV±15%,采集矩阵512×512,每个探头总计数1 M,双探头同时采集,精确记录采集开始时间。

(5)采集结束后,将图像以DICOM格式保存以备下一步分析处理。

(6)调整双线源支架,使线源方向平行于探头旋转轴(Y方向),其他采集条件不变,重复上述⑷、⑸步骤,对Y方向线源进行采集数据。

(7)采用上述步骤和条件分别对另外2台SPECT设备进行测试。

1.3.3 全身空间分辨力测试

(1)探头准备。安装低能高分辨准直器,将两探头旋转至相对180°,并平行于地面水平位置,将两探头移至相距约20 cm处。

(2)双线源模体制备。抽取99Tcm溶液74 MBq(2 mCi),体积应<1 ml,精确测量活度并记录测量时间,将抽取的99Tcm溶液注入通用模体套装中的双线源模体内。精确测量并记录空针残余放射性活度及时间。厂商双线源模体制备同此。

(3)将双线源模体水平放置于检查床长轴的中间区域,且使其中一线源通过检查床的中心点。线源方向垂直于检查床运动方向(X方向),并使上下两探头均距双线源10 cm。

(4)启动全身骨扫描采集程序,取消自动轮廓跟踪扫描方式,采集条件为:ZOOM=1,能窗140 keV±15%,采集矩阵256×1024,扫描长度设定为195 cm,扫描速度设定为10 cm/min,精确记录采集开始时间。

(5)采集结束后,将图像以DICOM格式保存以备下一步分析处理。

(6)调整双线源模体,使线源方向平行于检查床运动方向(Y方向),且使其中一线源通过检查床的中心点。其他采集条件不变,重复上述⑷、⑸步骤,对Y方向线源进行采集数据。

(7)采用上述步骤和条件分别对另外2台SPECT设备进行测试。

1.3.4 断层空间分辨力测试

(1)探头准备。安装低能高分辨准直器,将两探头旋转至相对180°,并平行于地面水平位置,将两探头移至距旋转中心20 cm处。

(2)点源制备。抽取放射性浓度>50 mCi/ml的99Tcm溶液0.1 ml,用内径≤1 mm的毛细玻璃管吸附放射性浓度>50 mCi/ml的99Tcm溶液,并使吸附长度≤1 mm形成点源。

(3)使用支架将毛细玻璃管点源固定在探头视野中心旋转轴上。

(4)启动断层采集程序,采集条件为:ZOOM =1,能窗140 keV±15%,采集矩阵128×128,旋转设置3o/帧,帧采集计数3 K,旋转半径20 mm,精确记录采集开始时间。

(5)采集结束后,用滤波反投影,滤波函数RAMP的重建算法重建断层图像,并将图像以DICOM格式保存以备下一步分析处理。

(6)采用上述步骤和条件分别对另外2台SPECT设备进行测试。

2 结果和讨论

2.1 系统平面灵敏度

3台设备的系统平面灵敏度的测试结果均达到了厂商标准要求。自测结果和厂测结果的一致性很好,相对偏差基本等于0。分析此性能指标的算法可知,关键是总计数(测试实验在107数量级)的提取。自测处理程序是对测试图像的所有像素值求总和,精确到个位计数;厂测是从采集时屏幕图像上显示的总计数读取,测试结果的精确度取决于屏幕显示总计数的单位。有的厂商设备是以个位计数(Counts)为单位,但也有厂商设备是以千计数(kCounts)为单位,其结果会因4舍5入造成偏差。

系统平面灵敏度测试结果表明自测处理方法可靠,测试结果准确(见表1)。

表1 3台设备的系统平面灵敏度测试结果(cps/MBq)

2.2 系统空间分辨力

3台设备的系统空间分辨力测试结果均达到了厂商标准要求。自测结果和厂测结果的一致性很好,相对偏差<0.2%。此微小差异来自于分析处理过程的差异。自测处理程序是对测试图像逐像素进行拟合处理;厂测使用相关临床程序难以做到逐像素拟合处理,而是将图像分割成30 mm宽的若干行(30 mm内的像素行求和成一行)进行拟合处理。值得一提的是,厂测处理所需时间为2~3 h,而自测处理只需1~2 min。

系统空间分辨力测试结果表明自测处理方法可靠,测试结果准确(见表2、表3和表4)。

表2 SPECT 1的系统空间分辨力测试结果(mm)

性能指标探头1探头2自测厂测偏差(%)自测厂测偏差(%) Y方向 FWTM13.3913.40-0.0813.4613.48-0.15 Y方向 FWHM7.357.350.007.397.40-0.14 X方向 FWTM13.8413.830.0713.3813.380.00 X方向 FWHM7.607.590.137.347.340.00

表3 SPECT 2的系统空间分辨力测试结果(mm)

表4 SPECT 3的系统空间分辨力测试结果(mm)

2.3 断层空间分辨力

3台设备的断层空间分辨力测试结果均达到了厂商标准要求。自测结果和厂测结果的一致性很好,相对偏差在5%以下。此差异来自于处理过程,自测处理是通过找出点源的3D测试图像中像素最大值点,并提取过此点的3个正交断面图像(断层厚约4.19 mm),并分别在3个断面图像内进行高斯函数拟合处理;厂测过程的不同之处是断面图像的层厚度在10~13 mm,这样层厚的部分容积效应要比自测大,故其空间分辨力略有下降,这正好解释了偏差为何均为负值。

断层空间分辨力测试结果表明自测处理方法可靠,测试结果准确(见表5)。

2.4 全身空间分辨力

全身空间分辨力分平行于运动方向及垂直于运动方向,3台设备的测试结果均达到了厂商标准要求。自测结果和厂测结果的一致性很好,相对偏差<0.2%。此差异的原因与上述系统空间分辨力测试相同。

全身空间分辨力测试结果表明自测处理方法可靠,测试结果准确(见表6、表7和表8)。

表6 SPECT 1的全身空间分辨力测试结果(mm)

表7 SPECT 2的全身空间分辨力测试结果(mm)

表8 SPECT 3的全身空间分辨力测试结果(mm)

3 结论

系统平面灵敏度的测试结果表明,3台设备的自测和厂测结果一致性很好,相对偏差基本等于0。系统空间分辨力的测试结果显示,3台设备的自测和厂测结果一致性很好,相对偏差<0.2%。断层空间分辨力的测试结果显示,3台设备的自测和厂测结果一致性很好,相对偏差<5%。全身空间分辨力的测试结果显示,3台设备的自测和厂测结果一致性很好,相对偏差<0.2%。本研究结果表明,国产RGRMS-2012型SPECT质量控制通用模体套装及SPECT质量控制通用检测系统可靠,且测试结果准确。

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[15]姚树林,陈英茂,耿建华,等.SPECT质量控制检测系统的设计与实现[J].中国医学装备,2016,13(9):6-10.

Verification of a general SPECT performance detection system on system performance part of SPECT/

YAO Shu-lin, GENG Jian-hua, CHEN Ying-mao, et al//China Medical Equipment,2017,14(6):37-40.

Objective: To test the reliabilities of general software and phantom suite of singlephoton emission computed tomography (SPECT) quality control and the general testing system of SPECT quality control. Methods: The main system performances of 3 SPECT equipments from 2 manufacturers were tested by using general testing system of SPECT quality control and general QC software and phantom suite(self-test). And then to compare these results with those results of special software and phantom suite from manufacturers(manufacturer-test). Results: (1)System planar sensitivity: There was a very good consistence between the self-test and the manufacturertest for the three SPECT equipments, and the relative deviations between the self-test and the manufacturer-test for all of them were below 0.2%. (2)System spatial resolution: There was a very good consistence between the self-test and the manufacturer-test for the three SPECT equipments, and the relative deviations of them also were below 0.2%. (3)Tomography spatial resolution: There was a very good consistence between the self-test and the manufacturertest for the three SPECT equipments, and the relative deviations of them were below 5%. (4)Spatial resolution for whole body: There was a very good consistence between the self-test and the manufacturer-test for the three SPECT equipments, and the relative deviations of them were below 0.2%. Conclusion: The general software and phantom suite of SPECT quality control and the general testing system of SPECT quality control are reliable and the testing results are accuracy.

Single-photon emission computed tomography (SPECT); System performance; Test; Quality control

Department of Nuclear Medicine, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China.

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.06.011

[文章编号] 1672-8270(2017)06-0037-04 [中图分类号] R812 [文献标识码] A

姚树林,男,(1973- ),硕士,主管技师。解放军总医院核医学科,从事PET-CT和SPECT-CT等核医学设备的成像及质量控制与质量保证工作。

2017-04-25

科技部国际科技合作项目(2009DFA32960)“PET-CT脑分子影像研究与应用平台及针灸中枢机理探讨”

①解放军总医院核医学科 北京 100853

②中国医学科学院肿瘤医院核医学科 北京 100021

③清华大学工程物理系 北京 100084

*通讯作者:chen.ym@263.net

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