基于uEXPLORER PET-CT机的NEMA标准性能检测方法

凌文嘉，林晓琴，龚琬玲，陈曼珊

广东省人民医院（广东省医学科学院）医疗设备处，广东广州 510080

前言

X 线正电子发射断层扫描仪（PET-CT）是反映病变的基因、分子、代谢及功能状态的显像设备。它利用正电子核素标记葡萄糖等人体代谢物作为显像剂，通过病灶对显像剂的摄取来反映其代谢变化，从而为临床提供疾病的生物代谢信息。PET-CT是PET与CT 两种影像设备有机结合在一起形成的一种新设备，PET 主要实现功能成像，CT 实现结果成像［1-4］。PET/CT 完成功能与结构的双模态显像，相比较于常见的CT、MR，它能更早且更清晰地发现肿瘤，是当今生命科学、医学影像技术发展的新里程碑。2019年我国联影公司研制的2 m 全景动态扫描uEXPLORER PET/CT 是核医学领域的重大突破，配置有80 排CT，拥有超长的扫描视野。在一个屏气周期内就能实现对全身组织脏器的扫描及高清动态成像，扫描灵敏度是传统PET-CT 的40倍。科室可以用这台设备开展更多新的药物研发，个性化精准诊疗等，以满足临床多样化的检查需求［5-8］。为了确保仪器系统处于良好的工作状态，并获取高质量图像，需做好日常质控及预防性保养工作。本文通过分析广东省人民医院新引进的1 台联影uEXPLORER PET/CT 基本结构和工作原理，从PET 角度探讨该设备的NEMA 标准（美国国家电气制造商协会的PET 检测标准）性能检测方法，共4 个检测项目:空间分辨率、灵敏度、散射分数和等效噪声计数率［9-12］。

1 PET子系统基本结构和工作原理

该PET/CT 机主要由PET 系统、CT 系统、检查床、水冷机、软件系统、控制台组成。其中PET 子系统位于机架后方，主要部件包括探测器、电子系统、水冷系统，其中探测器用来接收通过人体内示踪剂发射的γ 射线，经过光电转换后将接收到的射线转换为电信号，电信号通过电子系统处理后提取位置、能量、时间等信息后将信号传输到计算机系统进行图像重建［13-15］，水冷系统为探测器提供恒定的温度，PET成像原理如图1所示。

图1 PET成像原理Figure 1 Principle of PET imaging

2 材料与方法

2.1 空间分辨率测量

空间分辨率是指两点间的最近距离，对PET 系统应测量横断面两个方向（径向和切向）的空间分辨率和轴向空间分辨率，本次性能检测针对的是半高宽（FHWM），空间分辨率要求为距离射野中心1 cm处的横向及轴向结果均为3.5 mm；距离射野中心10 cm处的横断面径向、切向结果及轴向结果＜3.8 mm。首先将空间分辨率测试工装进行定位，将工装安装在检查床上，按照NEMA 标准要求将3 支毛细管插在工装上，其（X,Y）坐标位置分别是（0, 10 mm）、（100 mm, 0）和（0,100 mm）。进行CT 扫描，并在CT图像上（偏离射野中心1 cm 位置）确定毛细管顶端的位置，根据此位置重新调整病床高度，并微调测试工装在X 方向的位置，确保点源横截面位置正确，再次扫描CT，在3D viewer 界面记录线源顶端的床码值。毛细管F18-FDG（氟代脱氧葡萄糖）放射源模型点源制作方法：准备3 根毛细管点样（1 mm 内径），准备活度浓度为25 mCi/cc（925 MBq/mL）的FDG，放在小器皿内并注入少量红墨水，每根点样未封的一端戳入微量的高吸水性树脂粉末（粉末在规格为1 mm 毛细管子内的长度目测1 mm 为佳），随后清洁此管口。按上述步骤，制作出3个FDG点源。

点源数据采集方法：分别在1/2 AFOV（轴向视野）位置与1/4 AFOV 位置，首先将制作好的3 根点源，按照NEMA 标准要求的位置，插入测试工装上，将底座移动至PET 位，并将检查床位置移至之前记录的1/2 AFOV 床码位置，设定时间为10 min 后进行数据采集。然后将检查床从1/2 AFOV 位置移至1/4 AFOV 位置，在1/4 AFOV 位置根据系统的轴向视场角（FOV）长度，同样设定时间每10 min 后进行数据采集。

2.2 灵敏度测试

灵敏度测试包含FOV 中心与距离FOV 中心10 cm位置两个点的灵敏度，结果标准为≥150 kcps/MBq。安装灵敏度测试工装：首先两个支架放置于PET 扫描孔径之中，PET 侧支架的外沿与孔径圆筒缝齐平，水平尺调平，把5 根铝管一一放于支架之上，使得每根铝管在PET 侧从支架外沿向外延伸长度相同，在每根铝管上做好标记。准备放射源：测得灵敏度测试所用的塑料软管被注入70 cm 长水柱时的体积，按上述体积，将FDG 放射源注入塑料管中，记录当时的活度以及采集时间，把线源插入最小直径铝管中，并在线源的塑料软管外壁标上记号。数据采集：将线源放置在FOV 中心的卡槽上，从最小直径的铝管开始数据采集，将剩余铝管按从小到大的顺序逐次套在上次采集的铝管外，并进行扫描，每次扫描时间为5 min，且每次嵌套完铝管后需更换相对应卡槽，以保证线源在PET 的FOV 中心位置不变；每次更换完毕后，用水平尺检查工作的水平度，并作相应调整，最后记录每次扫描的初始时间和扫描持续时间，将卡槽移动至距离中心10 cm位置，重复上述4条步骤，并记录时间，见表1。

表1 FOV中心与距离中心10 cm 处扫描时间记录Table 1 Record of scanning time at FOV center and 10 cm from the center

2.3 散射符合/等效噪声计数率测量

准备模型：把散射水模的4个聚四氟乙烯圆柱放在病床上，在其轴心插入塑料棒，把4 个圆柱连接起来，使用塑料管往内注入清水，插入散射水模的小孔中，确保小孔连接通畅，并在线源上做标定，使得放射源分布能够贯穿整个水模，量得整个线源内水柱长度达到70 cm 时的体积。使用CT 对其进行定位：通过CT 螺旋扫描成像，记录水模中心的坐标值，根据从图像上得到的误差，调整水模和床高位置，直至水模中心位于FOV 中心，线源孔位于水模中心轴的正下方。准备足够高活度的放射源，按照第一个步骤测得的体积准备清水，随后把放射源稀释于其中，将放射源注入塑料软管中，并记录其中的活度以及测量时间，并将塑料软管插入散射水模中。数据采集：使用NEMA NECR 协议进行采集，设定好采集时间和暂停时间；采集过程耗时14.5 h，需记录采集初始时间。

3 结果

3.1 空间分辨率测量值

把在1/2 AFOV 和1/4 AFOV 位置采集的所有数据拷贝至测试移动工作站，得出3 个点源在X、Y、Z方向空间分辨率（FWHM），见表2。并利用设备自带的测试处理工具分析数据和汇总测试结果得到NEMA 径向、切向和轴向空间分辨率（FWHM），见表3。结果显示NEMA空间分辨率距离射野中心1 cm处的横向结果为3.10 mm，轴向结果为3.28 mm；距离射野中心10 cm 处的横断面径向结果为3.48 mm，横断面切向结果为3.24 mm，轴向结果为3.49 mm，其结果均符合标准。

表2 3个点源在X、Y、Z方向空间分辨率（FWHM,mm）Table 2 Spatial resolution of 3 point sources in X,Y,Z directions(FWHM,mm)

表3 NEMA径向、切向和轴向空间分辨率（FWHM,mm）Table 3 NEMAradial,tangential and axial spatial resolutions(FWHM,mm)

3.2 灵敏度测量值

2 次数据采集结束后，将结果拷贝至测试移动工作站中利用测试处理工具分析数据和汇总测试结果，如图2、图3 所示。最终得到FOV 中心位置系统灵敏度为174.279 kcps/MBq，距离FOV 中心10 cm 位置系统灵敏度为180.261 kcps/MBq，FOV中心位置系统灵敏度轴向曲线如图4 所示，距离FOV 中心10 cm位置系统灵敏度轴向曲线如图5所示，其结果符合灵敏度测试标准范围≥150 kcps/MBq。

图2 FOV中心位置灵敏度测试数据Figure 2 Sensitivity test data at FOV center

图3 距离FOV中心10 cm位置灵敏度测试数据Figure 3 Sensitivity test data at 10 cm from FOV center

图4 FOV中心灵敏度轴向曲线Figure 4 Axial sensitivity at FOV center

图5 距离FOV中心10 cm位置灵敏度轴向曲线Figure 5 Axial sensitivity at 10 cm from FOV center

3.3 散射符合/等效噪声计数率测量值

把之前采集到的数据拷贝至测试移动工作站后利用NECR测试处理工具分析数据，其分析界面如图6 所示。最终得到计数率活度，如图7 所示。散射分数活度曲线如图8 所示。NECR 计数率活度曲线如图9所示。

图6 NECR测试处理工具分析界面Figure 6 NECR test processing tool analysis interface

图7 计数率活度曲线Figure 7 Counting rate-activity curve

图8 散射分数活度曲线Figure 8 Scattering fraction-activity curve

图9 NECR计数率活度曲线Figure 9 NECR count rate-activity curve

根据计数率活度曲线数据得出真计数率峰值Rt,peak=5 379.8 kcps，真计数率峰值对应的活度ɑt,peak=24.04 kBq/cc；根据散射分数活度曲线得出NECR 计数率峰值对应的散射分数SF=36.7%，低活度时的散射分数SF=35.3%，NEMA 散射分数符合在NECR 计数率峰值处标准要求≤45%；根据NECR 计数率活度曲线得出等效噪声计数率峰值RNEC,peak=1 569.5 kcps，此时对应的活度ɑNEC,peak=15.4 kBq/cc，结果符合NEMA等效噪声计数率要求≥1 350 kcps。

4 讨论

依据检测标准，本次联影uEXPLORER PET/CT的PET 系统的空间分辨率、灵敏度和散射/随机/计数损失等性能指标测试均通过，具体结论见表4。

表4 本次性能检测结论Table 4 Performance test conclusions

本文阐述的4个性能检测方法与传统进口PET-CT机型检测方法相比，无需进入维修模式。并且空间分辨力的测试过程中，增加点源位置的复检，提高了位置的精准度；灵敏度测试采集数据时间短可重复性强，使得流程更加顺畅。散射分数、等效噪声计数率检测无需重复设置条件，具有较好的可操作性。综合分析该检测方法与传统进口机型的检测对比有较大的改变，但是操作简便，过程合理，并利于质量控制工作的推广。希望本文的基于uEXPLORER PET-CT机的NEMA标准性能检测方法能为PET-CT机的质量控制及预防性维护保养提供参考，并通过快速、高质量地完成PET-CT机的性能检测工作，以提高机器的高效稳定运行，保证患者的生命安全［16-18］。

由于该设备结构复杂、精密元器件众多，因此日常保养工作中需关注机器环境温度，大型医疗设备环境要求正常温度为20～24 ℃，湿度要求为40%～60%。在以后的工作中可进一步关注温湿度的变化对设备性能的影响程度的研究。

5 结论

综上所述，PET性能测试中空间分辨力、灵敏度、散射分数、等效噪声计数率都是直接评价机器性能的重要指标［19-20］。例如当PET-CT检测检查发现SUV值（标准摄入值）异常时，是否是患者自身肿瘤组织摄取18F-FDG 示踪剂定量指标引起的个别现象，还是因为设备的原因导致的整体现象？当出现整体现象时，设备的性能检测结果尤为重要，因此为保证设备系统的正常运行和扫描图像质量，需要定期对设备进行系统的性能检测。PET-CT作为高风险大型医疗设备在日常工作中做好机器的性能检测及质控工作，不仅能延长机器寿命，而且保证图像质量，满足临床需求［21-22］。通过推广性能检测方法并熟悉性能检测流程，从而能够持续定期进行性能监测和具体了解机器的性能状况，对核医学的质量控制工作具有重要意义。