新型半導(dǎo)體心臟專用SPECT的常規(guī)質(zhì)量控制方法*

張宗耀　郭 風(fēng)　任俊靈　吳大勇　汪 蕾　何作祥　許百靈　方 緯*

新型半導(dǎo)體心臟專用SPECT的常規(guī)質(zhì)量控制方法*

張宗耀①郭 風(fēng)①任俊靈①吳大勇①汪 蕾①何作祥①許百靈②方 緯①*

目的：建立新型半導(dǎo)體心臟專用NM Discovery 530c和Spectrum D單光子發(fā)射型電子計(jì)算機(jī)斷層顯像儀(SPECT)的每日常規(guī)質(zhì)量控制方法。方法：對(duì)NM Discovery 530c的質(zhì)量控制放射源采用740 MBq57Co面源，主要質(zhì)量控制參數(shù)及參考值能峰為(122±1.5)keV，能量分辨率半高寬(FWHM)≤7.5%，均勻性≤9%，中心壞點(diǎn)像素單元數(shù)≤30，超過(guò)7個(gè)壞點(diǎn)的探頭數(shù)≤3。對(duì)Spectrum D-SPECT質(zhì)量控制放射源采用370 MBq57Co線源，主要參數(shù)指標(biāo)可接受范圍分別為區(qū)域均勻性＞90%、整體均勻性＞85%和有效視野＞90%，靈敏度為(2277.6±38.1)cpm/mCi；連續(xù)進(jìn)行10 d的質(zhì)量控制檢測(cè)。每日分別采集10例99Tcm-MIBI心肌灌注顯像，并評(píng)價(jià)其圖像質(zhì)量。結(jié)果：NM Discovery 530c和Spectrum D-SPECT的各項(xiàng)質(zhì)量控制指標(biāo)測(cè)試結(jié)果均在可接受范圍內(nèi)，圖像優(yōu)良率均為100%。結(jié)論：新型半導(dǎo)體心臟專用SPECT常規(guī)質(zhì)量控制測(cè)試指標(biāo)達(dá)到要求，心肌顯像圖像質(zhì)量可以得到有效的保證。

碲-鋅-鎘探測(cè)器；質(zhì)量控制；心肌灌注顯像；單光子發(fā)射型電子計(jì)算機(jī)斷層顯像儀

[First-author’s address] Department of Nuclear Medicine, Fu Wai Hospital, National Center for Cardiovascular Diseases, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100037, China.

近年來(lái)，隨著心臟核醫(yī)學(xué)設(shè)備的迅速發(fā)展，新型半導(dǎo)體心臟專用單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像儀(single positron emission computed tomography，SPECT)問世[1-3]。該設(shè)備采用碲-鋅-鎘(cadmium zinc telluride，CZT)晶體結(jié)構(gòu)，與常規(guī)的碘化鈉晶體SPECT相比，其探測(cè)靈敏度、空間分辨率和能量分辨率均顯著提高，所需的采集時(shí)間明顯縮短，放射性藥物注射劑量及患者所接受的輻射劑量也可明顯降低[4-6]。

目前，臨床應(yīng)用的CZT SPECT主要有NM Discovery 530c和Spectrum D-SPECT兩種機(jī)型[7-10]。CZT SPECT日常質(zhì)量控制(quality control，QC)較常規(guī)碘化鈉晶體SPECT有所不同。為此，本研究對(duì)GE NM Discovery 530c和Spectrum D-SPECT兩種機(jī)型的質(zhì)量控制方法進(jìn)行探討。

1　材料與方法

1.1設(shè)備與材料

NM Discovery 530c SPECT(美國(guó)，通用電氣公司)；Spectrum D-SPECT(以色列，Spectrum Dynamics公司)；質(zhì)量控制放射源采用740 MBq57Co面源(美國(guó)Eckert&Ziegler同位素公司)。

1.2NM Discovery 530c質(zhì)量控制方法

(1)質(zhì)量控制放射源采用740 MBq57Co面源以及質(zhì)量控制專用三角支架。每日開機(jī)后完成壓力感受器的按壓測(cè)試。打開系統(tǒng)設(shè)置界面選擇QC選項(xiàng)，并進(jìn)入QC選項(xiàng)下Daily QC界面設(shè)置質(zhì)量控制條件。其中在Triplet Selection界面下1、2、3、4的4項(xiàng)全部勾選；在Energy session界面下選擇57Co QC；在Stop conditions界面下設(shè)置終止計(jì)數(shù)為17800 kcts。

(2)確保質(zhì)量控制條件正確后點(diǎn)擊Apply按鍵，進(jìn)入日質(zhì)控采集界面，進(jìn)入機(jī)房按下機(jī)架操作手柄上的set鍵，探頭會(huì)旋轉(zhuǎn)至173o質(zhì)量控制預(yù)設(shè)位置，當(dāng)機(jī)架停止后將質(zhì)量控制專用三角支架放置在探頭上，使其壓迫探頭壓力感受器，并使探頭無(wú)法運(yùn)動(dòng)。質(zhì)量控制專用三角支架放置時(shí)帶有數(shù)字的一側(cè)朝向外側(cè)，同時(shí)將支架上2個(gè)螺母型凸起對(duì)準(zhǔn)探頭兩側(cè)的插孔完全插入。

(3)支架放置完畢后將質(zhì)量控制所用的57Co面源從源庫(kù)中取出，分別對(duì)3個(gè)區(qū)域9個(gè)單元(T1-T9)進(jìn)行質(zhì)量控制采集。將57Co面源放置在三角支架上2個(gè)數(shù)字標(biāo)記①之間，面源上的方向箭頭指向外側(cè)，點(diǎn)擊Start按鍵開始對(duì)第1區(qū)域探頭(T1-T4)進(jìn)行質(zhì)量控制采集，采集完成后點(diǎn)擊Next按鍵查看第1區(qū)域的質(zhì)量控制結(jié)果。分別將面源放置在2個(gè)數(shù)字標(biāo)記②和2個(gè)數(shù)字標(biāo)記③之間，以同樣的步驟完成第2區(qū)域探頭(T5-T6)和第3區(qū)域探頭(T7-T9)的質(zhì)量控制采集，各區(qū)域的探頭分布如圖1所示。

圖1　NM Discovery 530c各區(qū)域探頭分布示圖

(4)在對(duì)3個(gè)區(qū)域均采集完畢后點(diǎn)擊Image Quality Processing按鍵，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并顯示最終的日質(zhì)量控制報(bào)告是否通過(guò)質(zhì)量控制。質(zhì)量控制結(jié)束后將57Co面源放回源庫(kù)(如圖2所示)。

圖2　GE NM Discovery 530c質(zhì)量控制報(bào)告界面圖

(5)NM Discovery 530c提供的主要質(zhì)量控制參數(shù)有各探測(cè)區(qū)域的能譜幅度分析(pulse height analysis，PHA)、能峰、半高寬(full width at half maximum，F(xiàn)WHM)、均勻性、中心壞點(diǎn)像素單元數(shù)以及各探測(cè)區(qū)域的均勻性圖像等。質(zhì)量控制的參考值為能峰(122±1.5)KeV，F(xiàn)WHM≤7.5%，能量分辨率(FWHM÷能峰值)，均勻性≤9%，中心壞點(diǎn)像素單元數(shù)≤30，＞7個(gè)壞點(diǎn)的探頭數(shù)≤3。

1.3Spectrum D-SPECT質(zhì)量控制方法

(1)質(zhì)量控制放射源采用370 MBq57Co線源。質(zhì)量控制前將57Co源從源庫(kù)取出，核對(duì)放射源的種類、活度、出廠時(shí)間及編號(hào)等信息。登陸Spectrum D-SPECT采集系統(tǒng)，在維修選項(xiàng)下選擇每日QC選項(xiàng)，系統(tǒng)會(huì)顯示每日質(zhì)量控制測(cè)試界面，測(cè)試界面中會(huì)顯示包括校準(zhǔn)源類型(57Co)、校準(zhǔn)源編號(hào)(同儲(chǔ)源箱上標(biāo)簽)、校準(zhǔn)源活度和源校準(zhǔn)時(shí)間。

(2)將Spectrum D-SPECT機(jī)架置于初始位置，即座椅降至最低位置，并成最大垂直角度，掃描架距離座椅最遠(yuǎn)并垂直于地面，探頭向內(nèi)推至離掃描架最近，并旋轉(zhuǎn)至前面板垂直于地面的位置。將質(zhì)量控制夾具從夾具箱中取出，夾具臂上的矩形凸起插入前探頭下的矩形孔中，上緊夾具上的蝶型螺母。將質(zhì)量控制線源從儲(chǔ)源箱中取出固定在質(zhì)量控制夾具的源底座上，觀察源是否與夾具臂垂直。確保質(zhì)控源安裝成功后，點(diǎn)擊采集系統(tǒng)右下方的Proceed按鈕開始質(zhì)量控制采集。質(zhì)量控制采集程序啟動(dòng)后，線源圖像會(huì)呈現(xiàn)在采集系統(tǒng)界面上，屏幕右側(cè)可以看到9個(gè)探頭各自的每秒計(jì)數(shù)率，屏幕左側(cè)可以看到平均計(jì)數(shù)率、總計(jì)數(shù)、位置進(jìn)度、進(jìn)程時(shí)間以及預(yù)計(jì)采集時(shí)間等信息。

(3)采集結(jié)束后屏幕左側(cè)會(huì)顯示“Acquisition Complete”表示采集完成，繼續(xù)點(diǎn)擊屏幕右下角的Proceed按鈕，開始進(jìn)行質(zhì)量控制數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析。自動(dòng)分析結(jié)束后繼續(xù)點(diǎn)擊Proceed按鈕，系統(tǒng)將會(huì)顯示質(zhì)量控制結(jié)果：①質(zhì)量控制結(jié)果提示燈顯示綠色，表示質(zhì)量控制通過(guò)；②顯示橙色表示需重復(fù)進(jìn)行質(zhì)量控制，如果仍為橙色，則需聯(lián)系廠商；③顯示紅色則表示日質(zhì)量控制失敗需聯(lián)系廠商進(jìn)行故障檢測(cè)。質(zhì)量控制結(jié)束后，點(diǎn)擊save保存日質(zhì)量控制結(jié)果，拆除質(zhì)控源送回源庫(kù)(如圖3所示)。

圖3　Spectrum D-SPECT質(zhì)量控制報(bào)告界面圖

(4)Spectrum D-SPECT質(zhì)控程序提供的質(zhì)量控制參數(shù)包括總計(jì)數(shù)、采集時(shí)間、區(qū)域均勻性，整體均勻性、有效視野、掃描靈敏度、能量分辨率以及匹配度指數(shù)等。①區(qū)域均勻性的測(cè)量，先確定每個(gè)探頭的最大像素單元計(jì)數(shù)(max)和最小像素單元計(jì)數(shù)(min)，各個(gè)探頭的積分均勻性=(max－min)÷(max＋min)，9個(gè)探頭的積分均勻性中的最小值即為最終的積分均勻性測(cè)量結(jié)果；②整體均勻性的測(cè)量，每個(gè)探頭各行像素單元中，確定連續(xù)3個(gè)像素單元(X軸)間的任意2個(gè)像素單元間的最大差值Xmax和最小差值Xmin，計(jì)算X軸的均勻性=(Xmax－Xmin)÷(Xmax＋Xmin)；每個(gè)探頭各列像素單元中，確定每列連續(xù)3個(gè)像素單元(Y軸)間的任意2個(gè)像素單元之間的最大差值Ymax和最小差值Ymin，計(jì)算Y軸的均勻性＝(Ymax－Ymin)÷(Ymax＋Ymin)，9個(gè)單元探頭中X軸和Y軸均勻性的最大值即為最終的X軸和Y軸微分均勻性；③匹配度指數(shù)，9個(gè)單元探頭內(nèi)置發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的正確率。

(5)區(qū)域均勻性、整體分均勻性以及有效視野的可接受范圍分別為＞90%、＞85%和＞90%，還需確認(rèn)9個(gè)單元探頭的均勻性對(duì)比圖中分別是否存在噪聲。觀察總計(jì)數(shù)、采集時(shí)間、靈敏度以及能量分辨率，確認(rèn)能峰是否在能窗范圍紅線之內(nèi)。

表1　NM Discovery 530c質(zhì)量控制結(jié)果(連續(xù)10 d)

2　結(jié)果

NM Discovery 530c和Spectrum D-SPECT均按照上述質(zhì)量控制方法，進(jìn)行連續(xù)10 d的質(zhì)量控制檢測(cè)。每日分別采集10例患者，由核醫(yī)學(xué)醫(yī)師評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量，若心肌圖像清晰、本底明顯低于心肌攝取則判定為圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良，計(jì)算圖像優(yōu)良率。

(1)NM Discovery 530c的質(zhì)量控制結(jié)果按3個(gè)區(qū)域的9個(gè)探頭排除8個(gè)空位后的19個(gè)探頭連續(xù)10 d均數(shù)分別顯示，其主要指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表1。

(2)Spectrum D-SPECT顯示總的質(zhì)量控制結(jié)果，主要指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果(連續(xù)10 d均數(shù))分別為：采集時(shí)間(157.3s±1.5)s，總計(jì)數(shù)(22.53±0.38)MC，有效視野(99.63%±0.01)%，區(qū)域均勻性(96.50%±0.53)%，整體均勻性(94.90%±0.57)%，靈敏度(2277.6±38.1) cpm/mCi，能量分辨率(5.81%±0.03)%。

NM Discovery 530c和Spectrum D-SPECT分別連續(xù)10 d共進(jìn)行100例99Tcm-MIBI心肌灌注顯像，圖像優(yōu)良率均為100%。

3　討論

由于NM Discovery 530c的探頭設(shè)計(jì)為使用CZT閃爍半導(dǎo)體與多針孔準(zhǔn)直器，19個(gè)探頭面向面源，為固定位置，因此質(zhì)量控制要求比傳統(tǒng)雙探頭SPECT相機(jī)更為簡(jiǎn)單[11-14]。最重要的測(cè)試指標(biāo)包括：能峰、FWHM、均勻性與中心壞點(diǎn)數(shù)。能峰檢測(cè)是通過(guò)檢測(cè)57Co的能峰位置，在使用對(duì)稱能窗進(jìn)行顯像時(shí)，保證原始圖像的主要信息是從核素的能峰光子所獲得，所使用的方法與傳統(tǒng)雙探頭SPECT基本類似。

均勻性檢測(cè)的目的是檢測(cè)放射性計(jì)數(shù)分布的均勻程度，必須達(dá)到可接受范圍方能保證圖像信息的正確性。均勻性測(cè)試方法主要是通過(guò)將57Co面源置于19個(gè)探頭的中心位置，進(jìn)行放射性計(jì)數(shù)分布的檢測(cè)和均勻性計(jì)算，所使用的方法學(xué)與傳統(tǒng)雙探頭SPECT也基本類似。

FWHM主要是保證散射光子對(duì)于原始圖像的影響能夠降到較低的程度，所使用的方法學(xué)與傳統(tǒng)雙探頭SPECT類似，主要體現(xiàn)在下述3各方面。

(1)探頭壞點(diǎn)是指無(wú)法檢測(cè)到任何光子信號(hào)的像素單元，主要是由于CZT材料使用一段時(shí)間后所產(chǎn)生的缺陷造成。當(dāng)探頭的壞點(diǎn)增多時(shí)，會(huì)對(duì)圖像的準(zhǔn)確性產(chǎn)生明顯的影響，探頭壞點(diǎn)數(shù)在可接受范圍內(nèi)是保證圖像質(zhì)量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)雙探頭SPECT的質(zhì)量控制不包含探頭壞點(diǎn)的檢測(cè)。

(2)Spectrum D-SPECT探頭設(shè)計(jì)采用CZT閃爍半導(dǎo)體與平行孔準(zhǔn)直器，9個(gè)探頭同時(shí)以心線源為中心進(jìn)行多次慢速旋轉(zhuǎn)采集。由于各個(gè)探頭體積小、重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不受重力影響而較為穩(wěn)定，因此質(zhì)量控制要求比傳統(tǒng)雙探頭SPECT也更為簡(jiǎn)單[14-18]。質(zhì)量控制的重點(diǎn)測(cè)試項(xiàng)目包括均勻性、能峰、有效視野和匹配度。

(3)均勻性檢測(cè)目的是檢測(cè)放射性計(jì)數(shù)分布的均勻程度，必須達(dá)到可接受范圍方能保證圖像信息的正確性。能峰和能量分辨率檢測(cè)的方法學(xué)與傳統(tǒng)雙探頭SPECT基本相同，能量分辨率可以由能峰peak和FWHM計(jì)算得到。匹配度是Spectrum D-SPECT的專有參數(shù)，與發(fā)動(dòng)機(jī)性能有關(guān)，決定重建圖像的正確性。

4　結(jié)語(yǔ)

嚴(yán)格實(shí)施常規(guī)的日質(zhì)量控制，能夠有效地保證NM Discovery 530c和Spectrum D-SPECT兩種半導(dǎo)體心臟專用SPECT的性能。研究結(jié)果表明，當(dāng)質(zhì)控測(cè)試指標(biāo)達(dá)到參考值標(biāo)準(zhǔn)或可接受范圍，圖像質(zhì)量就可以得到有效的保證。

[1]Slomka PJ，Berman DS，Germano G.New cardiac cameras：single-photon emission CT and PET[J].Semin Nucl Med，2014，44(4)：232-251.

[2]Takahashi Y，Miyagawa M，Nishiyama Y，et al. Performance of a semiconductor SPECT system：comparison with a conventional Angertype SPECT instrument[J].Ann Nucl Med，2013，27(1)：11-16.

[3]Ben-Haim S，Kacperski K，Hain S，et al. Simultaneous dual-radionuclide myocardial perfusion imaging with a solid-state dedicated cardiac camera[J].Eur J Nucl Med Mol Imaging，2010，37(9)：1710-1721.

[4]van Dijk JD，Jager PL，Ottervanger JP，et al. Minimizing patient-specific tracer dose in myocardial perfusion imaging using CZT SPECT[J].J Nucl Med Technol，2015，43(1)：36-40.

[5]Einstein AJ，Blankstein R，Andrews H，et al. Comparison of image quality，myocardial perfusion，and left ventricular function between standard imaging and single-injection ultra-lowdose imaging using a high-efficiency SPECT camera：the MILLISIEVERT study[J].J Nucl Med，2014，55(9)：1430-1437.

[6]Esteves FP，Galt JR，F(xiàn)olks RD，et al.Diagnostic performance of low-dose rest/stress Tc-99m tetrofosmin myocardial perfusion SPECT using the 530c CZT camera：quantitative vs visual analysis[J]. J Nucl Cardiol，2014，21(1)：158-165.

[7]Nakazato R，Berman DS，Hayes SW，et al. Myocardial perfusion imaging with a solid-state camera：simulation of a very low dose imaging protocol[J].J Nucl Med，2013，54(3)：373-379.

[8]Dorbala S，Blankstein R，Skali H，et al.Approaches to reducing radiation dose from radionuclide myocardial perfusion imaging[J].J Nucl Med，2015，56(4)：592-599.

[9]Einstein AJ，Johnson LL，DeLuca AJ，et al. Radiation dose and prognosis of ultra-lowdose stress-first myocardial perfusion SPECT in patients with chest pain using a high-efficiency camera[J].J Nucl Med，2015，56(4)：545-551.

[10]Gimelli A，Bottai M，Genovesi D.High diagnostic accuracy of low-dose gated-SPECT with solid-state ultrafast detectors：preliminary clinical results[J].Eur J Nucl Med Mol Imaging，2012，39(1)：83-90.

[11]Bocher M，Blevis IM，Tsukerman L，et al.A fast cardiac gamma camera with dynamic SPECT capabilities：design，system validation and future potential[J].Eur J Nucl Med Mol Imaging，2010，37(10)：1887-1902.

[12]Herzog BA，Buechel RR，Katz R，et al.Nuclear myocardial perfusion imaging with a cadmiumzinc-telluride detector technique：optimized protocol for scan time reduction[J].J Nucl Med，2010，51(1)：46-51.

[13]Liu CJ，Cheng JS，Chen YC，et al.A performance comparison of novel cadmium-zinc-telluride camera and conventional SPECT/CT using anthropomorphic torso phantom and water bags to simulate soft tissue and breast attenuation[J]. Ann Nucl Med，2015，29(4)：342-350.

[14]Garcia EV，F(xiàn)aber TL，Esteves FP.Cardiac dedicated ultrafast SPECT cameras：new designs and clinical implications[J].J Nucl Med，2011，52(2)：210-217.

[15]Imbert L，Poussier S，F(xiàn)ranken PR，et al.Compared performance of high-sensitivity cameras dedicated to myocardial perfusion SPECT：a comprehensive analysis of phantom and human images[J].J Nucl Med，2012，53(12)：1897-1903.

[16]Allie R，Hutton BF，Prvulovich E，et al.Pitfalls and artifacts using the D-SPECT dedicated cardiac camera[J].J Nucl Cardiol，2016，23(2)：301-310.

[17]Anagnostopoulos C，Neill J，Reyes E，et al. Myocardial perfusion scintigraphy：technical innovations and evolving clinical applications[J]. Heart，2012，98(5)：353-359.

[18]Sharir T，Slomka PJ，Berman DS.Solid-state SPECT technology：fast and furious[J].J Nucl Cardiol，2010，17(5)：890-896.

The regular daily quality control method for the new semiconductor cardiac SPECT

ZHANG Zong-yao, GUO Feng, REN Jun-ling, et al// China Medical Equipment,2016,13(11):24-27.

Objective: To establish a regular daily quality control method for the new cardiac semiconductor SPECT. Methods: The 740 MBq57Co flood source for NM Discovery 530c was used. Quality control parameters and reference value were energy peak 122±1.5 keV, FWHM≤7.5%, uniformity≤9%, central bad pixels≤30, the number of detectors with more than 7 bad pixels ≤3. The 370 MBq57Co line source for Spectrum D-SPECT was used. Reference value of quality control parameters were regional homogeneity index ＞90%, global homogeneity index＞85%, effective field of view＞90%, specificity 2277.6±38.1cpm/mCi. Results: 10 consecutive daily quality controls were performed for NM Discovery 530c and Spectrum D-SPECT. 10 cases of99Tcm-MIBI myocardial perfusion imaging per day were acquired separately and the quality of images was evaluated by experienced nuclear medicine physicians. All quality control parameters for NM Discovery 530c and Spectrum D-SPECT were acceptable and the excellence of images was 100%. Conclusion: The standard daily quality control method for the new semiconductor cardiac SPECT can guarantee the image quality of myocardial perfusion imaging.

Cadmium-zinc-telluride detector; Quality control; Myocardial perfusion imaging; SPECT

張宗耀,男,(1989- ),本科學(xué)歷，技師。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，從事心血管核醫(yī)學(xué)工作。

1672-8270(2016)11-0024-04

R812

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.11.008

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2011BAI11B00)“心血管疾病及其危險(xiǎn)因素監(jiān)測(cè)、預(yù)防和治療關(guān)鍵技術(shù)研究”

①中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 北京 100037

②美國(guó)密蘇里-哥倫比亞大學(xué) 美國(guó) 哥倫比亞 65211

nuclearfw@126.com

2016-09-25