一種通用型SPECT性能檢測系統(tǒng)的驗(yàn)證研究-固有性能部分*

姚樹林 耿建華 陳英茂* 徐白萱 劉亞強(qiáng) 馬天予

[文章編號] 1672-8270(2017)05-0023-04 [中圖分類號] R812 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A

一種通用型SPECT性能檢測系統(tǒng)的驗(yàn)證研究-固有性能部分*

姚樹林①耿建華②陳英茂①*徐白萱①劉亞強(qiáng)③馬天予③

[文章編號] 1672-8270(2017)05-0023-04 [中圖分類號] R812 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A

目的：檢驗(yàn)一種通用型slit模體及SPECT質(zhì)量控制通用檢測系統(tǒng)的可靠性。方法：使用此種通用型SPECT質(zhì)量控制通用檢測系統(tǒng)和通用型slit模體對兩個生產(chǎn)廠商的3臺SPECT機(jī)型的主要固有性能進(jìn)行測試(自測)，并與廠商專用slit模體及軟件的測試結(jié)果(廠測)進(jìn)行對比。結(jié)果：①固有空間均勻性：自測與一個生產(chǎn)廠商的廠測結(jié)果取得了很好的一致性，與另一生產(chǎn)商的廠測結(jié)果差異較大，但分析差異表明自測結(jié)果更可信；②固有空間分辨率：3臺設(shè)備的自測和廠測結(jié)果都取得了非常好的一致；③固有空間線性：3臺設(shè)備的自測與廠測結(jié)果一致性較差，但是自測結(jié)果介于兩廠商之間。結(jié)論：通用型slit模體及SPECT質(zhì)量控制通用檢測系統(tǒng)可靠，且測試結(jié)果準(zhǔn)確。

單光子發(fā)射計算機(jī)斷層顯像系統(tǒng)；固有性能；測試；slit模體；質(zhì)量控制

[First-author’s address]Department of Nuclear Medicine, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China.

單光子發(fā)射斷層掃描(single-photon emission computed tomography，SPECT)顯像設(shè)備在我國臨床上的應(yīng)用已很普遍[1-4]。但相應(yīng)的質(zhì)量控制工作比較落后，其中重要原因是slit質(zhì)量控制模體的配備缺失[5]。slit質(zhì)量控制模體是美國國家電氣制造商協(xié)會(national Eelectrical Mmanufactures Aassociation，NEMA)[6-8]以及國標(biāo)國家標(biāo)準(zhǔn)GBT 18989-2013、GBT 18988.2-2013和GBT18988.3-2013[5]中SPECT設(shè)備固有性能測試的關(guān)鍵模體。然而，目前國內(nèi)醫(yī)院在購買SPECT時近乎無一家配備slit模體。此外，slit模體需要與SPECT探頭的尺寸相匹配，廠商SPECT探頭的尺寸不同，使得需要配置的slit模體也不相同，故不能通用，這加重了質(zhì)量控制檢測機(jī)構(gòu)的工作難度。而且，SPECT質(zhì)量控制檢測需要專門的質(zhì)量控制軟件處理，各SPECT設(shè)備廠商配套的軟件不盡相同，圖像數(shù)據(jù)處理的方法也有差異，使檢測結(jié)果難以統(tǒng)一規(guī)范[9-13]。國內(nèi)已有公司生產(chǎn)出通用型slit質(zhì)量控制模體，并有了基于國家標(biāo)準(zhǔn)和NEMA NU 1-2007的通用型SPECT質(zhì)量控制檢測系統(tǒng)[14-15]。本研究使用此種通用型SPECT質(zhì)量控制檢測系統(tǒng)[15]和通用型slit模體[14]對3臺SPECT設(shè)備的主要固有性能進(jìn)行測試，并與廠商專用slit模體及軟件的測試結(jié)果進(jìn)行對比，以檢驗(yàn)通用型slit模體及SPECT質(zhì)量控制通用檢測系統(tǒng)的可靠性。

1 資料與方法

1.1 檢測儀器

(1)質(zhì)控模體。RGRMS-2012型slit通用模體[14](卡迪諾科技北京有限公司)。該模體符合國家標(biāo)準(zhǔn)和NEMA NU1-2007標(biāo)準(zhǔn)中對slit模體的幾何尺寸、形狀和材質(zhì)的要求，并可通用于各廠商各型號的SPECT機(jī)型。樣本設(shè)備廠商SPECT機(jī)型配套專用slit模體。

(2)SPECT。Symbia T6型SPECT-CT和E.CAM型SPECT(德國Siemens公司)；Infinia Hawkeye4型SPECT(美國GE公司)。3臺SPECT設(shè)備分別用代碼SPECT 1、SPECT 2和SPECT 3表示。

(3)點(diǎn)源。用放射性锝原液(中國原子能研究院同位素所提供)，自行制備。

1.2 分析軟件

使用基于NEMA和國家標(biāo)準(zhǔn)的SPECT質(zhì)量控制檢測系統(tǒng)(通用軟件)[15]和樣本SPECT廠商自帶專用質(zhì)量控制軟件(專用軟件)分別處理測試數(shù)據(jù)。

1.3 固有性能測試方法與步驟

使用點(diǎn)源、slit通用模體和各廠商配套專用模體分別在3臺SPECT設(shè)備上進(jìn)行固有空間分辨力、固有空間線性和固有空間均勻性3項(xiàng)主要指標(biāo)的對照測試，并分別使用通用軟件和專用軟件處理測試數(shù)據(jù)。使用通用軟件處理通用模體的測試結(jié)果標(biāo)記為自測，使用廠商專用軟件和專用模體的測試結(jié)果標(biāo)記為廠測。

1.3.1 固有空間均勻性測試

(1)將探頭運(yùn)動至更換準(zhǔn)直器位置，卸下準(zhǔn)直器，安裝探頭保護(hù)屏。

(2)將SPECT的2個探頭旋轉(zhuǎn)至“L”形，并使探頭1位于正下方且移至最低位置，探頭面水平朝上。

(3)制作活度為37 MBq點(diǎn)源，使用支架將點(diǎn)源放置在探頭的正上方5倍探頭視野處。

(4)啟動靜態(tài)采集程序，采集條件：ZOOM＝1，能窗140 keV±15%，采集矩陣256×256，采集總計數(shù)16 M。

(5)采集結(jié)束后，將圖像以醫(yī)學(xué)數(shù)字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)格式保存以備下一步分析處理。

(6)采用上述步驟和條件對探頭2進(jìn)行采集，并保存數(shù)據(jù)。

(7)采用上述步驟和條件分別對另外2臺SPECT設(shè)備進(jìn)行測試。

1.3.2 固有空間分辨力及固有空間線性測試

每臺設(shè)備分別使用通用軟件及專用軟件2種slit模體進(jìn)行測試。

(1)將探頭運(yùn)動至更換準(zhǔn)直器位置，卸下準(zhǔn)直器，安裝探頭保護(hù)屏。

(2)將SPECT的2個探頭旋轉(zhuǎn)至“L”形，并使探頭1位于正下方且移至最低位置，探頭面水平朝上。

(3)在探頭的準(zhǔn)直器固定架上放置通用slit模體(專用slit模體則可替代準(zhǔn)直器裝在固定架內(nèi))。

(4)制作活度為37 MBq點(diǎn)源，使用支架將點(diǎn)源放置在探頭的正上方5倍探頭視野處。

(5)啟動靜態(tài)采集程序，采集條件：ZOOM＝1，能窗140 keV±15%，采集矩陣512×512，采集總計數(shù)40 M。廠測時啟動專用質(zhì)控采集程序。

(6)采集結(jié)束后，將圖像以DICOM格式保存以備下一步分析處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 固有空間均勻性

為了在較大變化范圍內(nèi)進(jìn)行檢驗(yàn)，在3臺SPECT設(shè)備中，有2臺設(shè)備是在大修后未調(diào)試前進(jìn)行，盡管積分均勻性和微分均勻性都非常差，但自測和廠測結(jié)果取得了很好的一致性，相對偏差均在5%以內(nèi)，相對偏差=100(自測-廠測)÷廠測，見表1和表2。

表1 SPECT 1均勻性測試結(jié)果(修后調(diào)試前) (%)

表2 SPECT 2均勻性測試結(jié)果(修后調(diào)試前)(%)

其中1臺設(shè)備在大修調(diào)試后又測試1次，結(jié)果積分均勻性和微分均勻性很好，均達(dá)到設(shè)備出廠標(biāo)準(zhǔn)，自測和廠測結(jié)果同樣取得了很好的一致，相對偏差在5%以內(nèi)(見表3)。

正常使用狀態(tài)下的1臺設(shè)備的測試結(jié)果，雖然自測和廠測結(jié)果都達(dá)到了廠商標(biāo)準(zhǔn)要求，即廠商標(biāo)準(zhǔn)值按表中順序分別為3.6、2.3、3.0、2.1，但自測結(jié)果和廠測結(jié)果差異較大，廠商測試系統(tǒng)的結(jié)果過于理想，比其廠商標(biāo)準(zhǔn)值還優(yōu)出1倍多(見表4)。

表3 SPECT 1均勻性測試結(jié)果(調(diào)試后)(%)

表4 SPECT 3均勻性測試結(jié)果(%)

均勻性測試結(jié)果表明，雖然自測和某一廠商廠測結(jié)果差異較大，但自測又與另一廠商廠測結(jié)果在很大范圍內(nèi)取得了很好的一致，相對偏差互有正負(fù)，且在5%以內(nèi)?？紤]到廠商測試系統(tǒng)是封閉式運(yùn)行，無法獲知其內(nèi)部如何處理，且其結(jié)果過于理想，故可以得出自測結(jié)果是可信的結(jié)論。

如圖1所示，為通用軟件輸出的微分均勻性分布立體圖，可直觀地顯示探頭均勻性出問題的位置及分布特點(diǎn)，可幫助維修人員判斷出問題的原因。圖中藍(lán)色網(wǎng)格區(qū)為正常區(qū)域，網(wǎng)格突起的越高，顏色越偏紅，表明此地均勻性越差。圖中表明探頭中心區(qū)存在嚴(yán)重問題。

圖1 微分均勻性(X、Y平均)的分布立體圖

2.2 固有空間分辨力

在3臺設(shè)備的固有空間分辨力測試中，有2臺設(shè)備的測試是在大修后未調(diào)試前進(jìn)行(見表5、表6)。

盡管大修后還未進(jìn)行調(diào)試，但測試結(jié)果表明，此次故障維修對固有空間分辨力基本無影響，結(jié)果達(dá)到廠商標(biāo)準(zhǔn)要求。第3臺設(shè)備是在正常狀態(tài)下進(jìn)行測試的，結(jié)果同樣達(dá)到廠商標(biāo)準(zhǔn)要求(見表7)。

表5 SPECT 1固有空間分辨力測試結(jié)果(mm)

表6 SPECT 2固有空間分辨力測試結(jié)果(mm)

表7 SPECT 3固有空間分辨力測試結(jié)果(mm)

對比3臺設(shè)備的自測和廠測結(jié)果，可見都取得了非常好的一致，相對偏差都在3%以內(nèi)。

如圖2所示，為通用軟件輸出的固有空間分辨力的空間分布，可直觀反映分辨力隨探頭晶體表面位置的變化情況，可觀察分辨力空間分布是否均勻，易于發(fā)現(xiàn)空間分辨力的異常部位。

圖2 固有空間分辨力的空間分布圖

2.3 固有空間線性

在固有空間線性的測試中，有2臺是大修后調(diào)試前進(jìn)行，其絕對線性和微分線性都很差，未達(dá)標(biāo)(見表8、表9)。第3臺正常設(shè)備的測試結(jié)果則較好，達(dá)到廠商標(biāo)準(zhǔn)要求(見表10)。

表8 SPECT 1固有空間線性測試結(jié)果(mm)

表9 SPECT 2固有空間線性測試結(jié)果(mm)

表10 SPECT 3固有空間線性測試結(jié)果(mm)

對比自測和廠測結(jié)果，可見一致性較差，相對偏差范圍為-27%～25%?？臻g線性指標(biāo)的數(shù)值很小，且有效數(shù)字位數(shù)也少，造成相對偏差對數(shù)值變化很敏感，這可能是相對偏差范圍較大的部分原因。

逐一分析各臺設(shè)備，關(guān)注相對偏差的正負(fù)號，可見某一廠商設(shè)備的相對偏差都為負(fù)，而另一廠商設(shè)備的偏差值都為正，表明自測所得結(jié)果介于二者之間。此差異可能來源于分析處理方法的不同，但廠商所用具體方法未知，故難以進(jìn)一步分析此差異的形成原因。不過自測結(jié)果介于兩個廠商之間，表明自測的處理方法無問題。

3 結(jié)論

固有空間均勻性的測試結(jié)果表明，自測和其中一廠測結(jié)果取得了很好的一致；雖與另一廠測結(jié)果差異較大，但分析差異可得出自測結(jié)果更可信。固有空間分辨率的結(jié)果表明，3臺設(shè)備的自測和廠測結(jié)果都取得了非常好的一致。固有空間線性的結(jié)果表明，3臺設(shè)備的自測和廠測結(jié)果一致性較差。偏差值較大的原因與此指標(biāo)數(shù)值小，有效數(shù)字位數(shù)只有1～2位，致使偏差對數(shù)值變化很敏感有關(guān)。且自測結(jié)果介于兩廠商之間，表明自測結(jié)果可信。

本研究表明，國產(chǎn)通用型slit模體及SPECT質(zhì)量控制通用檢測系統(tǒng)可靠，且測試結(jié)果準(zhǔn)確。

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A study on verifing a general performance detection system for intrinsic performance of SPECT/YAO Shu-lin, GENG Jian-hua, CHEN Ying-mao, et al//China Medical Equipment, 2017,14(5):23-26.

Objective:To verify the reliability of a general slit phantom and general quality control (QC) detection system for single-photon emission computed tomography (SPECT).Methods:The main intrinsic performances of three set of SPECT scanners from two manufacturers were tested by using the general QC detection system of SPECT and the general slit phantom (self-test). And then, for the purpose of comparison, these tested results were compared with the results that were tested by special slit phantom and software from manufacturers (manufacturer-test), respectively.Results:For intrinsic spatial uniformity, a good consistence was found between the self-test and one of the manufacturer-tests, while for another result of manufacturer-test, the consistency was not good. Further analysis showed that the self-test was more reliable than manufacturer-test. For intrinsic spatial resolution, all of the self-test results were consistent with the results of manufacturer-test. However, for the intrinsic spatial linearity, a poor consistence was found between the self-test results and the results of manufacturer-test, but the self-test results existed in between the two manufacturer-tests.Conclusion:The general slit phantom and general QC detection system for SPECT is reliable and the results are more accurate.

Single-photon emission computed tomography(SPECT); Intrinsic performance; Test; Slit phantom; Quality Control

姚樹林,男,(1973- ),碩士，主管技師。解放軍總醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，從事PET-CT、SPECT-CT等核醫(yī)學(xué)設(shè)備的成像及質(zhì)量控制與質(zhì)量保證工作。

2017-02-26

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.05.007

科技部國際科技合作項(xiàng)目(2009DFA32960)“PET-CT腦分子影像研究與應(yīng)用平臺及針灸中樞機(jī)理探討”

①解放軍總醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 北京 100853

②中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 北京 100021

③清華大學(xué)工程物理系 北京 100084

*通訊作者：chen.ym@263.net