uMI 780 PET/CT NEMA性能指標(biāo)測(cè)試研究

徐磊，孟慶樂(lè)，楊瑞，錢(qián)鑫宇，蔣紅兵

1. 南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院），a. 核醫(yī)學(xué)科；b. 醫(yī)療設(shè)備處，江蘇 南京 210006；2. 南京市衛(wèi)生信息中心，江蘇 南京 210003

引言

隨著核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)的發(fā)展，PET/CT性能日益提升，已成為診斷惡性腫瘤的重要手段[1]。臨床精確診斷疾病需要高質(zhì)量的PET圖像，周期性檢測(cè)設(shè)備性能是持續(xù)獲取高質(zhì)量臨床圖像的重要保證。目前，核醫(yī)學(xué)PET系統(tǒng)性能檢測(cè)多參照國(guó)際通用的美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）標(biāo)準(zhǔn)[2-3]。本研究采用NEMA NU2-2007版測(cè)試方法對(duì)南京市第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科uM780 PET/CT（上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司）進(jìn)行性能檢測(cè)，主要測(cè)試內(nèi)容包括空間分辨率、靈敏度和散射/隨機(jī)/計(jì)數(shù)率等指標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 PET性能測(cè)試材料與性能指標(biāo)

1.1.1 測(cè)試材料

uMI 780 PET/CT（上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司）系統(tǒng)參數(shù)為：探測(cè)器環(huán)數(shù)112，晶體為硅酸釔镥（LYSO），包含101920塊晶體，尺寸為2.76 mm（環(huán)向）×2.59 mm（Z向）×18 mm（厚度）；探測(cè)器直徑836 mm，軸向視野300 mm，孔徑70 mm，能量窗≥420 keV，符合時(shí)間窗4.0 ns。放射性藥物18F-FDG，內(nèi)徑0.5 mm的毛細(xì)玻璃管，空間分辨率模體支架以及等效噪聲計(jì)數(shù)率（NECR）的聚四氟乙烯模體。

1.1.2 性能指標(biāo)

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)聯(lián)影暫報(bào)給原衛(wèi)計(jì)委標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的《正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備（PET）質(zhì)量控制檢測(cè)規(guī)范》中的性能指標(biāo)參考值[4]，見(jiàn)表1。

表1 NEMA性能指標(biāo)參考值

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 空間分辨率測(cè)試

測(cè)定空氣中點(diǎn)源重建圖像的半高寬（FWHM）和十分之一高寬（FWTM），反映PET最佳狀況下能達(dá)到的最高分辨性能[5]，具體步驟如下：

（1）工裝定位：檢查分辨率測(cè)試工裝，將工裝安裝于掃描床；將毛細(xì)管插在工裝NEMA標(biāo)準(zhǔn)要求的三個(gè)位置上，其(X, Y)坐標(biāo)位置分別是 (0, 10 mm)、(100 mm, 0)和(0,100 mm)；進(jìn)行CT掃描，并在CT圖像上（偏心1 cm位置點(diǎn)源）確定毛細(xì)管頂端的位置；根據(jù)此位置重新調(diào)整病床高度，并微調(diào)測(cè)試工裝在X方向的位置，確保點(diǎn)源橫截面位置正確，再次掃描CT，在3D查看界面記錄線(xiàn)源頂端的床位值。

（2）制備毛細(xì)管18F-FDG點(diǎn)源：準(zhǔn)備6根毛細(xì)管點(diǎn)樣（0.5 mm內(nèi)徑，其中一端戳入固體膠封住管口）；準(zhǔn)備活度濃度25 mCi/cc以上的18F-FDG，放在小器皿內(nèi)并注入少量紅墨水；每根點(diǎn)樣未封的一端戳入微量的高吸水性樹(shù)脂粉末（粉末在0.5 mm管子內(nèi)的長(zhǎng)度目測(cè)約0.5 mm為佳）；隨后，此端放置于18F-FDG溶液內(nèi)靜置3 s后拿出，并清潔此管口；按上述步驟，制作出6個(gè)18F-FDG點(diǎn)源，測(cè)量每根18F-FDG點(diǎn)源活度并記錄；在放大鏡下觀測(cè)和對(duì)比這些18F-FDG點(diǎn)樣在0.5 mm毛細(xì)管內(nèi)的形狀和長(zhǎng)度，選出最好（短且形狀好，活度適中）3根點(diǎn)樣；用熱熔膠封住所選點(diǎn)樣的18F-FDG點(diǎn)源處，防止18F-FDG溶液揮發(fā)。

（3）1/2 AFOV位置點(diǎn)源數(shù)據(jù)采集：將制作好的三根點(diǎn)源，按照NEMA標(biāo)準(zhǔn)要求的位置，插入測(cè)試工裝上；將底座移動(dòng)至PET位，并將病床位置移至之前記錄的床碼位置；設(shè)定時(shí)間15 min進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（4） 1/4 AFOV位置點(diǎn)源數(shù)據(jù)采集：根據(jù)系統(tǒng)的軸向FOV長(zhǎng)度（300 mm），其1/4 FOV長(zhǎng)度為75 mm；將病床從1/2 AFOV位置移至1/4 AFOV位置；設(shè)定時(shí)間15 min進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（5）數(shù)據(jù)處理：把之前1/2 AFOV和1/4 AFOV采集的所有數(shù)據(jù)拷貝至測(cè)試移動(dòng)工作站；利用測(cè)試處理工具分析數(shù)據(jù)和匯總測(cè)試結(jié)果。

1.3 靈敏度測(cè)試

測(cè)定在沒(méi)有計(jì)數(shù)率損失的前提下，對(duì)一定活度的放射性源PET探測(cè)到的符合事件率[6]，具體步驟如下：

（1）安裝靈敏度測(cè)試工裝：兩個(gè)支架放置于PET掃描孔徑之中， PET側(cè)支架的外沿與孔徑圓筒縫齊平；5根鋁管一一放于支架之上，使得每根鋁管在PET側(cè)從支架外沿向外延伸長(zhǎng)度相同，在每根鋁管上做好標(biāo)記。

（2）準(zhǔn)備放射源：測(cè)得靈敏度測(cè)試所用的塑料軟管被注入70 cm長(zhǎng)水柱時(shí)的體積；按上述體積，18F-FDG放射源注入塑料管中（保證線(xiàn)源長(zhǎng)度略小于70 cm），記錄當(dāng)時(shí)的活度為302 μCi，時(shí)間為19:02；把線(xiàn)源插入最小直徑鋁管中，并在線(xiàn)源的塑料軟管外壁標(biāo)上記號(hào)。

（3）數(shù)據(jù)采集：將線(xiàn)源放置在視野中心的卡槽上；從最小直徑的鋁管開(kāi)始數(shù)據(jù)采集；將剩余鋁管按從小到大的順序逐次套在上次采集的鋁管外，并進(jìn)行掃描；每次更換完畢后，對(duì)水平度做相應(yīng)調(diào)整；記錄每次掃描的初始時(shí)間和掃描持續(xù)時(shí)間：將卡槽移動(dòng)至距離中心10 cm位置，重復(fù)上述3條步驟，并記錄時(shí)間。

1.4 隨機(jī)符合測(cè)試

隨機(jī)符合測(cè)定的是在較寬的活度范圍內(nèi)計(jì)數(shù)率隨放射性源活度的變化[7]，具體步驟如下：

（1）準(zhǔn)備模型：將散射水模的4個(gè)聚四氟乙烯圓柱置于掃描床，在其軸心插入塑料棒，把4個(gè)圓柱連接起來(lái)；使用塑料管，往內(nèi)注入清水，插入散射水模的小孔中，確保小孔連接通暢；并在線(xiàn)源上做標(biāo)定，使得放射源分布能夠貫穿整個(gè)水模；測(cè)得整個(gè)線(xiàn)源內(nèi)水柱達(dá)到70 cm時(shí)的體積。

（2）使用CT對(duì)其進(jìn)行定位：通過(guò)CT螺旋掃描成像，記錄水模中心坐標(biāo)值；進(jìn)一步調(diào)整水模和床高位置，直至水模中心位于FOV中心，線(xiàn)源孔位于水模中心軸的正下方。

（3）準(zhǔn)備放射源：準(zhǔn)備足夠高活度的放射源，按照步驟1測(cè)得的體積準(zhǔn)備清水，隨后把放射源稀釋于其中；將放射源注入塑料軟管中，并記錄其中的活度為14.3 mCi，時(shí)間為13:43；將塑料軟管插入散射水模中。

（4）數(shù)據(jù)采集：使用NEMA NECR協(xié)議進(jìn)行采集，設(shè)定好采集時(shí)間和停止時(shí)間；采集過(guò)程耗時(shí)約14.5 h；記錄采集初始時(shí)間為13:57，此時(shí)放射源活度已經(jīng)衰變?yōu)?3.07 mCi。

2 結(jié)果

2.1 PET空間分辨率

本款PET系統(tǒng)空間分辨率測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)表2。

2.2 PET靈敏度

PET系統(tǒng)靈敏度測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)圖1。軸向0和10 cm處?kù)`敏度分別為15.327、15.812 kcps/MBq。軸向靈敏度隨著層數(shù)增加先上升后下降。

表2 空間分辨率測(cè)試結(jié)果（mm）

圖1 偏心0 cm（a）和10 cm（b）處?kù)`敏度軸向曲線(xiàn)

2.3 PET散射符合/隨機(jī)符合/計(jì)數(shù)損失

散射分?jǐn)?shù)、總計(jì)數(shù)率、真符合計(jì)數(shù)率、隨機(jī)符合計(jì)數(shù)率、散射符合計(jì)數(shù)率均隨放射性活度增加而升高，等效噪聲計(jì)數(shù)率NECR呈先上升后下降趨勢(shì)（圖2）。NECR計(jì)數(shù)率峰值Rpeak=182.16 kcps，此時(shí)對(duì)應(yīng)的活度αpeak=17.81 kBq/cc；NECR計(jì)數(shù)率峰值對(duì)應(yīng)的散射分?jǐn)?shù)SF=37.69%，當(dāng)放射性活度較低（0.2 kBq/cc）時(shí)，散射分?jǐn)?shù)SF=36.89%；真符合計(jì)數(shù)率峰值Tpeak=563.04 kcps，對(duì)應(yīng)的活度αpeak=31.55 kBq/cc。

圖2 PET系統(tǒng)散射符合/隨機(jī)符合/計(jì)數(shù)損失測(cè)試結(jié)果

3 討論

PET系統(tǒng)的性能指標(biāo)是決定成像質(zhì)量及設(shè)備檔次、級(jí)別的重要參數(shù)，是設(shè)備驗(yàn)收和質(zhì)量控制重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。目前針對(duì)進(jìn)口PET性能檢測(cè)的文獻(xiàn)報(bào)道較多[8-10]，但對(duì)國(guó)產(chǎn)PET性能測(cè)試報(bào)道較少，尤其是uMI 780 PET系統(tǒng)。

空間分辨率是反映PET能分辨的空間兩點(diǎn)間最近距離，分辨率數(shù)值越低代表系統(tǒng)分辨能力越強(qiáng)[11]。用點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的最大值的一半處的寬度的半高寬描述成像系統(tǒng)的空間分辨率，半高寬越大，點(diǎn)源的擴(kuò)展程度越大，分辨率越低。本次測(cè)得偏離中心位置1、10 cm處軸向、切向分辨率分別低于3.2、3.5 mm，徑向分辨率低于3.6 mm，表明此項(xiàng)指標(biāo)足以與國(guó)外廠商相媲美[12]。

靈敏度是指PET系統(tǒng)在計(jì)數(shù)損失小于5%的前提下，在單位時(shí)間內(nèi)單位活度或單位放射性濃度條件下所獲得的符合計(jì)數(shù)，主要由探測(cè)器所覆蓋的立體角和探測(cè)器效率[13]。系統(tǒng)靈敏度對(duì)數(shù)據(jù)采集至關(guān)重要，直接影響掃描的時(shí)間和所需要的示蹤劑劑量。系統(tǒng)靈敏度越高，所需采集時(shí)間越低，患者負(fù)擔(dān)越輕，注射劑量越低，患者所受輻射越低。本款PET的靈敏度高達(dá)15.812 kcps/MBq，優(yōu)于其他廠商[14-15]，主要得益于采用的數(shù)字光導(dǎo)探測(cè)器，探測(cè)性能得到大幅提升。

總符合計(jì)數(shù)率為視野中的總計(jì)數(shù)率，等于真符合計(jì)數(shù)率、隨機(jī)符合計(jì)數(shù)率與散射符合計(jì)數(shù)率之和[16]。散射分?jǐn)?shù)是散射符合計(jì)數(shù)在總符合計(jì)數(shù)中所占的百分比，表征PET系統(tǒng)對(duì)散射計(jì)數(shù)的敏感程度[17]。散射符合計(jì)數(shù)和隨機(jī)符合計(jì)數(shù)增加噪聲，降低圖像信噪比和對(duì)比度，為了評(píng)估PET圖像質(zhì)量，引入等效噪聲計(jì)數(shù)率評(píng)估圖像系統(tǒng)噪聲，指導(dǎo)注射劑量。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著視野內(nèi)放射性強(qiáng)度的增加，PET總計(jì)數(shù)率、隨機(jī)符合計(jì)數(shù)率、散射分?jǐn)?shù)增加迅速，真符合和散射符合計(jì)數(shù)率增長(zhǎng)相對(duì)緩慢，但到達(dá)一定程度后（17.81 kBq/cc），由于死時(shí)間的影響，等效噪聲計(jì)數(shù)率先于計(jì)數(shù)率達(dá)到飽和，放射源強(qiáng)度進(jìn)一步增加時(shí)，開(kāi)始下降，這是由于此時(shí)隨機(jī)符合計(jì)數(shù)率增長(zhǎng)迅速使得信噪比下降的原因，這對(duì)指導(dǎo)注射劑量具有重要價(jià)值。當(dāng)?shù)刃г肼曈?jì)數(shù)率達(dá)到峰值時(shí)，對(duì)應(yīng)的真符合計(jì)數(shù)率高達(dá)563.04 kcps,散射分?jǐn)?shù)低于38%，再次表明本款PET探測(cè)性能優(yōu)越。

綜上，本次檢測(cè)的PET系統(tǒng)性能指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，甚至優(yōu)于進(jìn)口PET系統(tǒng)，為建立和推廣國(guó)產(chǎn)PET設(shè)備驗(yàn)收、性能檢測(cè)和質(zhì)量控制提供參考。