定量SPECT探头系统平面灵敏度测试影响因素分析

张青菊，惠金子，许建林，施常备，杨胜利，南永刚

陕西省肿瘤医院 a.核医学科；b.体检科，陕西 西安 710061

引言

随着单光子发射断层成像仪（Single Photon Emission Computed Tomography，SPECT）图像融合、衰减校正与散射校准等物理校准技术，以及迭代重建算法的不断改进，SPECT的定量技术得以快速发展[1-2]，并在心肌显像[3-4]、骨的良恶性疾病[5-6]的诊断与鉴别，以及放射性核素治疗[7-8]等领域中广泛应用。精准定量技术减少了传统SPECT结果判读中阅片者视觉评估的主观因素影响，并为疾病治疗过程中的纵向评估提供了指标支持[9]。为保障定量SPECT稳定运行，检查结果安全可靠，必须对其进行质量控制，尤其须针对其所使用的同位素、准直器和晶体的组合进行系统平面灵敏度测量[10]。系统平面灵敏度反映了SPECT探头在安装准直器状态下对平面源的响应能力，是影响设备成像质量的重要因素。国内外相关标准[11-12]和设备附带操作手册对系统平面灵敏度测试方法及所使用的平面源均作出了具体要求，但实际操作过程中，受各种因素影响，往往导致测试结果不准确，甚至不合格，进而影响设备性能，重复调整和测试又会增加操作人员职业辐射。本研究旨在探讨不同方式测量系统平面灵敏度，并分析偏离于标准测试要求的条件，包括面源与准直器距离、面源直径及面源活度等因素在一定范围内波动对系统平面灵敏度测试结果的影响，以期为定量SPECT质控操作提供参照依据。

1 资料与方法

1.1 仪器设备

受检仪器为GE Discovery 670Pro SPECT；经中国测试技术研究院校准的活度计[派特（北京）科技有限公司]。

1.2 材料

活度依次为18.5、37.0、55.5、74.0、92.5、111.0、129.5、148.0、166.5、185.0、222.0 MBq的高锝 [99Tcm]酸钠溶液（广东希埃医药有限公司）；直径依次为3.5、6.0、10.0、15.0、20.0 cm的底部平整的培养皿。

1.3 系统平面灵敏度测试方法

1.3.1 面源制备方法

在底部平整、一定直径的培养皿内注入高度2～3 mm的水，测量精确活度的99Tcm溶液，分别记录初始满针活度（Initial Activity，AIN）及满针测量时间（T0），将99Tcm溶液注入培养皿，并轻摇培养皿，使之与水混匀，不含气泡。记录注射器内99Tcm溶液残余活度（Residual Activity，ARES）。计算制备面源时培养皿中的放射性活度（A0），A0=AIN-ARES。放置面源于探头视野中心，距离准直器表面一定距离处（也可置面源于准直器表面一定厚度、衰减几乎为零的聚苯乙烯泡沫上）。

1.3.2 手动法和设备指导式测量方法

（1）按标准条件测试：111 MBq的99Tcm溶液、直径15 cm的培养皿制成面源，置于距离准直器表面中心10 cm处进行测量。

（2）采集条件分别变化时测量：按面源与准直器距离不同（5～20 cm）、活度相同、直径相同；面源直径不同（3.5～20.0 cm）、活度相同、面源与准直器距离相同；面源活度不同（18.5～222.0 MBq）、直径相同、面源与准直器距离相同分为3组进行测量，并记录相应测试时长。

1.3.3 系统平面灵敏度测试

实验前对SPECT设备进行Daily QC（每天质量控制）测试[13]，保证本底计数率≤2.5 kcps，能峰范围（140.5±3.0） keV。

（1）手动测量法：SPECT探头配低能高分辨率准直器，调整至H模式。采用静态模式采集，矩阵256×256，放大倍数1.0，待采集总计数≥4000 kcts时，停止扫描，记录采集持续时间（Time of Duration，TD）。准确记录开始采集时间（Time of starting，TS）、总计数（N）。使用公式（1）可得出相应结果。

式中，S为灵敏度，T1/2为同位素半衰期，TS-T0为从剂量测量到采集开始的时间，编辑相关公式的Excel表格进行计算，依次测试探头1和探头2。设备系统平面灵敏度结果为探头1和探头2测试结果的平均值。采集时长为2个探头采集时长的平均值。

（2）SPECT设备指导式测试：SPECT探头配低能高分辨率准直器，调整至H模式。打开设备附带程序Camera Sensitivity，设置矩阵256×256，放大倍数1.0，采集停止总计数4000 kcts，输入99Tcm溶液AIN、ARES及T0。采集结束后，系统自动计算出测试结果，记录采集时间。

1.4 测试结果判定标准

以不低于厂商规定值160 counts/min/μCi为结果判定标准，且2个探头之间差异不超过5%判定为合格。

1.5 统计学分析

应用SPSS 19.0及GraphPad Prism 8.0.2软件进行统计学分析，采用单样本Wilcoxon符号秩和检验分析面源与准直器不同距离、面源不同直径及面源不同活度条件下，系统平面灵敏度测试结果及采集时长与标准条件下测试结果及采集时长的差异，具体为以标准条件下，即面源活度111 MBq、面源直径15 cm、面源距离准直器表面中心10 cm处手动测量及设备指导式测得的系统平面灵敏度结果以及采集时长分别为已知参数，进而推断其他因素改变的情况下结果是否与其相符，以P＜0.05为差异有统计学意义；手动测量及设备指导式测量结果一致性检验采用Bland Altman分析，置信区间为95%。

2 结果

2.1 系统平面灵敏度测量结果

标准条件下，即面源活度111 MBq、面源直径15 cm、面源距离准直器表面中心10 cm处手动测量及设备指导式测量系统平面灵敏度结果分别为166.73、168.50 counts/min/μCi，采集时长分别为 9.18、8.93 min。标准条件下，典型SPECT系统平面灵敏度测试平面源扫描图像如图1所示。

图1 标准条件下典型SPECT探头系统平面灵敏度测试平面源扫描图

面源与准直器不同距离、面源不同直径及面源不同活度条件下，手动测量及设备指导式测量系统平面灵敏度结果及相应采集时长分别如表1～3所示。面源与准直器距离介于5～20 cm时，采用单样本秩和检验与前述标准条件下系统平面灵敏度测量结果及采集时长比较，手动测量及设备指导式测量结果与其结果无显著差异（P=0.109、0.273），2种方法采集时长与其采集时长无显著差异（P=0.593、0.593）（表1）。面源直径介于3.5～20.0 cm时，采用单样本秩和检验与前述标准条件下系统平面灵敏度测量结果及采集时长比较，手动测量及设备指导式测量结果与其无显著差异（P=0.273、0.515），2种方法采集时长与其采集时长无显著差异（P=0.273、0.465）（表2）。面源活度不同时，手动测量及设备指导式测量系统平面灵敏度结果与标准条件下测试结果亦无显著差异（P=0.086、0.593），但2种方法采集时长较标准条件下采集时长差异较大（P=0.046、0.039）（表 3）。

表1 面源与准直器不同距离时系统平面灵敏度测量结果

表2 面源不同直径时系统平面灵敏度测试结果

表3 面源不同活度时系统平面灵敏度测试结果

2.2 手动测量及设备指导式测量结果一致性检验

手动测量及设备指导式测量结果Bland-Altman一致性分析显示，2种方法测试结果一致性良好，其差异和标准差分别为-0.7250、2.650 counts/min/μCi；95%一致性界限为 -5.919～4.469 counts/min/μCi，全部28/28（100%）点位于95%一致性界限内（图2）。

图2 手动测量及设备指导式测量结果一致性分析

2.3 手动测量及设备指导式测量不同面源活度的采集时长

手动测量及设备指导式测量不同活度面源系统平面灵敏度采集所用时长如图3所示，2种方法测量不同活度面源时采集时长变化趋势基本一致：当面源活度介于18.5～74.0 MBq时，采集时长介于47.69～11.57 min；当面源活度介于92.5～222.0 MBq时，采集时长小于10 min，介于9.92～5.11 min，但采集时间缩短趋势较平缓。

图3 手动测量及设备指导式测量不同面源活度的采集时长

3 讨论

系统平面灵敏度是SPECT探头在使用准直器的情况下，单位时间内在一个采集平面上采集到的计数与平面源的活度之比，其采集条件与临床采集条件一致，更能反映SPECT设备临床采集性能的优良，因此是SPECT设备验收、状态检测及稳定性质控测试中均明确要求的指标[13]。同时，系统平面灵敏度是SPECT设备精准定量采集的质控基础[14]。而通过建立感兴趣区内放射性活度与设备准直计数的对应关系，实现对感兴趣区放射性示踪剂局部浓度的相对或绝对定量评估，可提高疾病诊断的准确性[15-16]，是目前定量SPECT发展的方向，也能为放射性内照射的剂量评估提供重要依据[17]。

根据WS523-2019标准[12]及设备附带操作手册，可以用手动测量法及设备指导式工作流程进行系统平面灵敏度测试，本研究结果表明，二者结果一致性良好。但手动法测量时，需单个探头依次进行测量，耗时较长，且需详细记录满针活度、满针时间、空针活度、满针时间到开始采集的时间，以及采集持续的时间（结束采集时间-开始采集时间）[18-19]，并编辑相关公式的Excel表格，方能计算出结果，过程较为复杂，且涉及人工计算，容易出错；而设备指导式可同时测量2个探头，用时较少，只需记录满针时间、满针活度及空针活度，由系统自动记录开始采集时间及采集持续时间并自动计算结果，相对较为便捷。此外，按照相关规范[12]及设备操作手册要求，平面源离探头距离应为10 cm，采用设备指导式工作流程测试时，可将面源置于下方探头表面的衰减几乎为零、厚度为10 cm的聚苯乙烯泡沫支架上进行2个探头同时测量，而手动测量时，可将面源放置于检查床上调整与上方探头的距离，可避免对下方探头操作时可能的放射性污染和安全隐患。

虽然国家相关标准及设备操作手册对系统平面灵敏度的测试条件都有详细的规定，但实际操作过程中，会受到很多客观和主观因素的影响。客观因素如设备硬件本身问题，主观因素如测试过程中由技术人员操作的面源与准直器距离、面源直径及面源活度等。系统平面灵敏度测试周期一般为3～6个月[12,20]，由技术人员进行。若1次测量结果出现偏差时，可多次重复测量，判断是否存在操作、系统误差以及设备问题，若多次结果均不合格，则考虑为设备本身问题，需设备厂商硬件工程师进行设备校准。

在确保设备硬件性能符合条件的情况下，各种主观因素也会影响系统平面灵敏度测试结果。结合国家标准[12]及设备操作手册规定，系统平面灵敏度测试要求为面源活度40～111 MBq（99Tcm溶液），源直径15 cm，源距离探头10 cm，但技术人员在实际操作过程中，常常会偏离标准要求。本研究探讨了偏离标准要求的测试条件对系统平面灵敏度测试结果的影响，发现平面源离准直器的距离为5 cm时，测试结果与10 cm时差异不明显，但用设备指导式工作流程同时进行双探头测量时，双探头可靠近的最小距离为20 cm，因此面源与准直器最小距离为10 cm；而当分别增大面源与准直器的距离至15、20 cm时，手动法测量系统平面灵敏度结果分别为163.11、166.29 counts/min/μCi，设备指导式测量系统平面灵敏度结果分别为167.83、167.38 counts/min/μCi，差异不显著。此外，当平面源直径范围为3.5～20.0 cm时，测试结果变化也不明显，一方面考虑可能当准直条件相同的情况下，一个平面上活度相同的源的入射γ光子被观察到的概率差异不大，也可能与本实验设计源直径跨越范围不够大有关，有待进一步验证[10]。

参照国家WS523-2019标准[12]规定，系统平面灵敏度测试面源活度为40 MBq，设备操作手册要求为 74～111 MBq，本研究测试活度介于18.5～222.0 MBq的不同面源对测试结果的影响，发现当面源活度为18.5～92.5 MBq时，结果均合格，但随着源活度由大变小，采集时间从约10 min延长至约47 min；当面源活度为111～222 MBq时，测试结果亦合格，其采集时长变化较不明显（介于5～8 min）。因此，实际操作中可综合考虑采集时长及面源活度的最佳组合进行测量。此外，基于不影响结果的前提下剂量最小化的原则，无须再进行更大活度面源的测试。但更多影响因素、更大范围的波动对测试结果的影响仍需进行更多研究进一步验证。

4 结论

本研究探讨了手动测量和设备指导式测量GE Discovery 670Pro SPECT系统平面灵敏度结果的差异，二者均能真实地反映设备的性能状态，但在测试操作过程中各有优势；当以偏离标准要求的不同条件进行测量时，在适当的波动范围内也能满足质控测试要求，但需综合考虑如采集时间、面源辐射剂量等因素的影响，探索合适的测试条件，减少职业辐射，提高设备使用效率。