SPECT及SPECT/CT設(shè)備配置要求與選型方案

耿建華　陳英茂　陳盛祖　田嘉禾

SPECT及SPECT/CT設(shè)備配置要求與選型方案

耿建華①陳英茂②陳盛祖①田嘉禾②

目的：探討核醫(yī)學(xué)科建設(shè)中SPECT、SPECT/CT設(shè)備的配置及選型。方法：根據(jù)SPECT、SPECT/CT的原理、結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點，分析討論醫(yī)療機構(gòu)核醫(yī)學(xué)科SPECT、SPECT/ CT配置與選型規(guī)則。結(jié)果：①選擇SPECT和SPECT/CT機型時需關(guān)注其主要技術(shù)規(guī)格、性能指標、配套設(shè)備及放射防護用品；②按照SPECT、SPECT/CT可選機型的選型規(guī)則進行配置。結(jié)論：SPECT及SPECT/CT設(shè)備配置要求與選型方案給出了醫(yī)療機構(gòu)建設(shè)核醫(yī)學(xué)中SPECT和SPECT/CT的配置與選型的規(guī)則，可為醫(yī)療機構(gòu)建設(shè)核醫(yī)學(xué)科配置SPECT、SPECT/CT提供參考依據(jù)。

核醫(yī)學(xué)科；建設(shè)；SPECT；SPECT/CT；設(shè)備選型

［First-author’s address］ Department of Nuclear Medicine， Cancer Center/Cancer Hospital， Chinese Academy of Medical Sciences & Peking University Medical College， Beijing 100021， China.

單光子發(fā)射計算機斷層掃描（single photon emission computed tomography，SPECT）系統(tǒng)是核醫(yī)學(xué)中主要的顯像設(shè)備，可以進行局部平面顯像、全身顯像及斷層顯像，類似PET/CT將CT加在SPECT系統(tǒng)上形成SPECT/CT設(shè)備，其中CT的作用與PET/ CT中CT相同。SPECT只有進行斷層顯像才使用CT，因此SPECT/CT并未像PET/CT取代PET一樣取代SPECT。SPECT、SPECT/CT與PET/CT相比應(yīng)用廣泛，價格低廉，是核醫(yī)學(xué)目前最主要的顯像設(shè)備。

我國于20世紀80年代開始引入SPECT，21世紀初引入SPECT/CT，到2014年，γ相機、SPECT（含SPECT/CT）已有659臺，其中SPECT為340臺，SPECT/CT為215臺［1］。相對于我國人口與發(fā)達國家相比，SPECT、SPECT/CT仍有較大的發(fā)展空間。

目前，我國核醫(yī)學(xué)正處于蓬勃發(fā)展期，中華醫(yī)學(xué)會核醫(yī)學(xué)分會正在推動核醫(yī)學(xué)“一縣一科”，醫(yī)療機構(gòu)急需對建設(shè)核醫(yī)學(xué)科中配置核醫(yī)學(xué)大型設(shè)備的指導(dǎo)，對PET/CT及回旋加速器的配置曾有研究報道［2-8］。本研究對SPECT、SPECT/CT技術(shù)規(guī)格、性能指標及選型、配套設(shè)備及可選機型等進行探討，為各級醫(yī)療機構(gòu)核醫(yī)學(xué)科建設(shè)中配置SPECT、SPECT/CT設(shè)備提供參考。

1　SPECT和SPECT/CT組成與工作原理

技術(shù)規(guī)格與性能指標是SPECT和SPECT/CT設(shè)備選型采購的主要依據(jù)，為了更好的選型，需要對SPECT和SPECT/CT的原理、組成及關(guān)鍵技術(shù)性能有深入的了解。SPECT和SPECT/CT系統(tǒng)均由硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)組成：①硬件系統(tǒng)由探頭、電子線路部分、機架、掃描床及計算機組成；②軟件系統(tǒng)由采集軟件、校正軟件、圖像處理軟件及顯示軟件等組成。SPECT和SPECT/CT分為通用型和專用型。

1.1通用型SPECT和SPECT/CT

1.1.1通用型SPECT

目前，臨床上使用的SPECT絕大部分為通用型SPECT，若無特殊說明SPECT則指通用型。通用型SPECT是以γ相機探頭為基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)型設(shè)備，其核心部件為γ相機，因此在一些國外的文獻資料中又稱SPECT為γ相機，而在我國γ相機通常特指只能進行局部平面顯像的小探頭設(shè)備。

（1）SPECT探頭。SPECT探頭與γ相機的探頭在結(jié)構(gòu)組成及原理方面基本相同，不同之處是γ相機的探頭尺寸通常較小，多為圓形（直徑30 cm左右）；而SPECT探頭尺寸通常較大，多為長方形（邊長40 cm左右）。探頭是SPECT和γ相機的核心部分，其功能為探測從人體發(fā)出的γ射線。探頭性能決定了SPECT和γ相機設(shè)備的性能及圖像質(zhì)量，主要由準直器、NaI晶體及光電倍增管（photo multiplier tube，PMT）組成。γ相機通常只有1個探頭，而SPECT可以配有1個探頭、2個探頭或3個探頭，臨床使用的絕大多數(shù)為2個探頭。

（2）平面成像。將某種發(fā)射γ光子的放射性藥物注入患者體內(nèi)，一定的時間后放射性藥物在體內(nèi)達到一定的分布，開始進行γ相機或SPECT顯像。從體內(nèi)發(fā)射出的γ光子首先到達準直器，準直器限制入射γ光子的方向，只允許與準直器孔方向相同的γ光子透過，以便于γ光子定位。到達晶體的γ光子與晶體相互作用，被晶體吸收后產(chǎn)生多個閃爍光子。閃爍光經(jīng)過光導(dǎo)被多個PMT接收。PMT將閃爍光轉(zhuǎn)變成電脈沖信號，該電脈沖信號經(jīng)過特殊位置電路定位、能量電路甄別被記錄，成為一個計數(shù)，記錄大量的閃爍光子，經(jīng)過處理、校正，形成一幅體內(nèi)放射性濃度分布圖像，即為一幅γ相機圖像或SPECT平面圖像。

（3）SPECT全身成像。在采集平面圖像過程中，從頭到腳移動檢查床，就形成全身圖像。

（4）SPECT斷層成像。在SPECT斷層成像采集時，探頭圍繞患者旋轉(zhuǎn)，根據(jù)需要在預(yù)定時間內(nèi)采集360o或180o范圍內(nèi)不同角度處的平面圖像，每個角度處的平面圖像稱為投影圖像。利用在不同角度處獲得的多幅投影圖像，通過數(shù)據(jù)處理、校正及圖像重建獲得體內(nèi)斷層圖像，即SPECT斷層圖像。

1.1.2通用型SPECT/CT

通用型SPECT/CT中，與SPECT機架并排安裝CT機架，二者同軸并共用檢查床，通過軟件將二者圖像融合在一起，形成SPECT/CT。目前臨床用的SPECT/ CT多為通用型SPECT，其CT的作用為SPECT斷層圖像提供衰減校正及定位，并且提供一定的診斷功能。

1.2心臟專用型SPECT和SPECT/CT

1.2.1心臟專用型SPECT

專用型SPECT目前只有心臟顯像專用型。心臟專用SPECT從組成與原理上，可分為兩類：①在通用型SPECT上配置心臟專用準直器，并固定成心臟采集專用角度，如BHP6603、Ventri型；②專為心臟顯像設(shè)計，硬件結(jié)構(gòu)不同于通用型SPECT（本研究中只討論后者）。目前我國市場上有2種專為心臟顯像設(shè)計的心臟專用SPECT即D-SPECT和Discovery NM 530c。D-SPECT和Discovery NM 530c的共同之處是其均采用碲鋅鎘（cadmium-zinc-telluride，CZT）半導(dǎo)體探測器，替代通用型SPECT中的NaI晶體及光電倍增管的功能，并且均由多個CZT探測器陣列組成近似半圓的弧形探頭［9-13］。但是二者探測器的排列方式及采集方式不同。

（1）D-SPECT。由9個條狀CZT探測器組塊組成，探測器組塊的尺寸約為4 cm×16 cm，每個條狀探測器組塊由16×64個2.46 mm×2.46 mm×5 mm（厚度）的CZT探測器單元組成，每個探測器組塊上安裝廣角平行孔準直器［9-10］。采集圖像時每個條狀探測器組塊繞自身的軸旋轉(zhuǎn)，采集心臟不同部位的信號，對每個探測器120個方向采集的信號（投影圖）進行處理重建，獲得心臟的斷層圖像。

（2）Discovery NM 530c。由19個固定的CZT探測器組成，每個探測器由4個模塊組成，每個探測器尺寸為8 cm×8 cm，由32×32個2.46 mm×2.46 mm×5 mm（厚度）的CZT探測器單元組成［9，11，12］。每個探測器上安裝一個有效孔徑為5.1 mm的針孔準直器，均面向整個心臟視野，對19個方向的投影數(shù)據(jù)進行處理重建，獲得心臟的斷層圖像。

CZT半導(dǎo)體探測器取代了通用型SPECT探頭中的NaI晶體及PMT的功能，直接完成了將γ光子轉(zhuǎn)變成電信號的功能。γ光子和CZT半導(dǎo)體作用時，γ光子被吸收，在CZT內(nèi)部產(chǎn)生電子空穴對，而產(chǎn)生的電子空穴對的數(shù)量與γ光子的能量成正比，電子與空穴向相反的方向運動，形成電脈沖信號。分析記錄該信號即為一個計數(shù)，該計數(shù)被CZT探測器單元定位，通過對所有探測器單元記錄的信息處理重建形成斷層圖像。

CZT探測器與通用型NaI晶體加PMT探測器相比，具有以下特點：①探頭體積及重量顯著縮小，沒有了通用型SPECT探頭中的NaI晶體及PMT，探頭體積大幅減小，各種屏蔽、支撐用的材料隨之減少，其重量大幅下降，因此對場地的要求顯著降低；②直接獲得來自體內(nèi)γ光子的位置信號和能量，無需使通用型SPECT中的定位電路及能量電路來確定位置及能量信號；③性能提高，靈敏度、空間分辨率及能量分辨率均有大幅提高；④探頭模塊式結(jié)構(gòu)，可以組成各種形狀及功能的SPECT探頭；⑤成本較通用型SPECT探測器高，因此，較低廉的NaI晶體及光電倍增管還將在一定的時間內(nèi)充當SPEC探測器的主角［14］。

1.2.2心臟專用型SPECT/CT

心臟專用型SPECT/CT中CT的作用與通用型SPECT/CT中相同。如Discovery NM 530c心臟專用型SPECT加64排CT后成為Discovery NM 570心臟專用型SPECT/CT［15］。

2　SPECT和SPECT/CT技術(shù)規(guī)格及性能指標

2.1通用型SPECT技術(shù)規(guī)格及性能指標

表1　SPECT常用機型的探頭、掃描床及軟件主要技術(shù)規(guī)格

SPECT技術(shù)規(guī)格指硬件各組成部分的材料、結(jié)構(gòu)、設(shè)計參數(shù)及軟件功能參數(shù)，SPECT性能指標指按特定標準測得的性能指標值［16］。SPECT技術(shù)規(guī)格及性能指標決定了SPECT的檔次與價格。目前市場上通用型SPECT常用機型的主要技術(shù)規(guī)格及其配套設(shè)備見表1和表2；SPECT性能指標（NEMA NU1-2007）［17］見表3。

2.2通用型SPECT/CT技術(shù)規(guī)格及性能指標

SPECT/CT技術(shù)規(guī)格及性能指標包含了SPECT技術(shù)規(guī)格及性能指標、CT技術(shù)規(guī)格及性能指標及SPECT/CT整體的技術(shù)規(guī)格及性能指標，其中SPECT部分技術(shù)規(guī)格及性能指標同表1和表2。SPECT/CT中的CT技術(shù)規(guī)格及性能指標決定了CT的檔次，CT的檔次直接影響SPECT/CT的價格。目前在用的SPECT/CT中CT的檔次有3種：診斷級CT、大致定位級CT及介于二者之間的CT。醫(yī)療機構(gòu)可根據(jù)自己對CT使用的需求情況，對CT檔次、排數(shù)、心臟成像技術(shù)和CT專用高級圖像處理軟件部分進行針對性的選擇［2］。SPECT/CT中主要技術(shù)規(guī)格及代表機型見表4。

表2　SPECT常用機型的輔助設(shè)備和放射防護用品主要技術(shù)規(guī)格

表3　SPECT性能指標(NEMA NU1-2007)[16-17]

表4　SPECT/CT的主要技術(shù)規(guī)格及代表機型

表5　不同型號的SPECT性能及心肌顯像特點對比

表6　我國在用及市場上部分SPECT和SPECT/CT機型

2.3心臟專用型SPECT技術(shù)規(guī)格及性能指標

心臟專用型SPECT的共同特點為高的靈敏度及高分辨率。4種不同類型的SPECT用于心肌顯像時的性能及心肌顯像特點對比顯示，心臟專用型SPECT的靈敏度及分辨率明顯高于通用型SPECT［9］（見表5）。

3　SPECT和SPECT/CT選型

選型是設(shè)備購置關(guān)鍵的一步，應(yīng)按需選型，即按照各自醫(yī)療機構(gòu)的具體情況，如每日檢查的患者數(shù)量及科研需求，同時考慮醫(yī)療機構(gòu)自身的價格承受能力。對于通用型SPECT和SPECT/CT而言，SPECT硬件部分差異不大，而CT部分有較大的差異，并且有些型號的設(shè)備配備專用的新軟件，帶來了價格差異。通常不帶CT的SPECT價格相對最低，每種機型的價格主要根據(jù)配置CT的檔次及選配的新功能新技術(shù)、專業(yè)軟件等確定。目前，我國市場上出售的SPECT和SPECT/CT有多家廠商，每家廠商有多種機型，SPECT和SPECT/ CT的部分機型和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)見表6。

設(shè)備名稱 型號SPECT類別CT排/層數(shù)制造商SPECT/CTOptima NM/CT 640通用機型，雙探頭4GE SPECT/CTInfinia VC Hawkeye 4通用機型，雙探頭4GE SPECTBrightView通用機型，雙探頭--Philips SPECTBrightView X通用機型，雙探頭--Philips SPECT/CT Precedence通用機型，雙探頭16Philips SPECT/CT BrightView XCT通用機型，雙探頭平板CTPhilips SPECTSymbia E Single通用機型，單探頭--Siemens SPECTSymbia E通用機型，雙探頭--Siemens SPECTSymbia S通用機型，雙探頭--Siemens SPECT/CTSymbia T通用機型，雙探頭2Siemens SPECT/CTSymbia T2通用機型，雙探頭2Siemens SPECT/CTSymbia T6通用機型，雙探頭6Siemens SPECT/CTSymbia T16通用機型，雙探頭16Siemens D-SPECT3心臟專用機型--Spectrum Dynamics（Israel）Ltd.

SPECT、SPECT/CT選型完成后，進入場地的選址、布局設(shè)計及放射防護設(shè)計階段，將另文詳敘。

4　結(jié)語

SPECT或SPECT/CT是醫(yī)療機構(gòu)建設(shè)核醫(yī)學(xué)科中首選設(shè)備。選擇SPECT和SPECT/CT機型時需關(guān)注其主要技術(shù)規(guī)格、性能指標及其配套設(shè)備和放射防護用品；并且按照SPECT、SPECT/CT可選機型的選型規(guī)則進行按需選型。

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［2］陳英茂，耿建華，田嘉禾，等.PET/CT中心建設(shè)之一——配置條件和設(shè)備選型［J］.中國醫(yī)學(xué)裝備，2013，10（4）：1-4.

［3］陳英茂，耿建華，田嘉禾，等.PET/CT中心建設(shè)之二——設(shè)備關(guān)鍵硬件與技術(shù)性能的深度探討［J］.中國醫(yī)學(xué)裝備，2013，10（5）：1-5.

［4］耿建華，陳英茂，陳盛祖，等.PET/CT中心建設(shè)之三——場地選址與布局設(shè)計［J］.中國醫(yī)學(xué)裝備，2013，10（6）：1-4.

［5］耿建華，陳英茂，陳盛祖，等.PET/CT中心建設(shè)之四——放射防護［J］.中國醫(yī)學(xué)裝備，2013，10（7）：1-6.［6］耿建華，陳英茂，陳盛祖，等.PET/CT正電子藥物中心的建設(shè)之一——設(shè)備的配置和選型［J］.中國醫(yī)學(xué)裝備，2011，8（9）：5-10.

［7］耿建華，陳英茂，陳盛祖，等.PET/CT正電子藥物中心的建設(shè)之二——場地的選址與設(shè)計［J］.中國醫(yī)學(xué)裝備，2011，8（9）：14-17.

［8］耿建華，陳英茂，陳盛祖，等.PET/CT正電子藥物中心的建設(shè)之三——放射防護［J］.中國醫(yī)學(xué)裝備，2011，8（9）：10-14.

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Assessment of specification and deployment requirements of SPECT and SPECT/CT

GENG Jian-hua， CHEN Ying-mao， CHEN Sheng-zu， et al

China Medical Equipment，2016，13（9）:31-36.

Objective: To investigate the equipment requirements and selection of SPECT and SPECT/CT for establishment in the department of nuclear medicine. Methods: According to the principles and technical characteristics of SPECT and SPECT/CT equipment， how to select the PET/CT equipment type were analyzed and discussed for a hospital to establish a department of nuclear medicine. Results: ①The requirements for technical parameters and performance indexes of SPECT and SPECT/CT， accessory equipments and radiation protection articles were presented. ②The available SPECT and SPECT/CT equipment types were showed. Conclusion: The information and suggestions about SPECT and SPECT/CT equipment selection for hospitals provide the basis for establishing a department of nuclear medicine.

Department of Nuclear Medicine； Construction； Single Photon Emission Computed Tomography； SPECT/CT； Equipment selection

1672-8270（2016）09-0031-06

R812

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.09.010

2016-06-18

①中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 北京 100021

②解放軍總醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 北京 100853

耿建華，女，（1963- ），博士，研究員，碩士生導(dǎo)師。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，研究方向：核醫(yī)學(xué)設(shè)備質(zhì)量控制、放射防護、核素內(nèi)照射劑量及核醫(yī)學(xué)圖像處理。