數(shù)字光導(dǎo)PET-CT質(zhì)量控制方法探討與結(jié)果分析*

鄒奕軒 孟慶樂 楊 瑞 徐 磊 錢鑫宇 周蕾蕾 蔣紅兵③*

正電子發(fā)射計算機斷層顯像-CT(positron emission tomography-CT，PET-CT)是核醫(yī)學(xué)重要的影像設(shè)備，隨著影像設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，PETCT的性能也在不斷提高，其在腫瘤診斷方面有著不可替代的作用[1]。臨床上確保優(yōu)良的圖像質(zhì)量水平是PET-CT精確診斷疾病的前提條件，而對儀器的質(zhì)量控制是PET-CT設(shè)備正常運轉(zhuǎn)與圖像質(zhì)量穩(wěn)定的重要保障。

質(zhì)量控制主要是指對設(shè)備的某些特定性能指標(biāo)進行的專項檢驗，以確保設(shè)備在臨床使用中的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性，當(dāng)性能指標(biāo)出現(xiàn)偏差時應(yīng)對環(huán)境及系統(tǒng)進行調(diào)試維護[2]。由于PET構(gòu)成的晶體容易受環(huán)境(溫度、濕度)影響而導(dǎo)致其性能發(fā)生改變。而聯(lián)影uMI 780搭載集成SiPM芯片，是全球首款112環(huán)數(shù)字光導(dǎo)PETCT，裝機量屈指可數(shù)，故質(zhì)量控制數(shù)據(jù)一直處于空白。為此，本研究回顧性分析2016年11月至2018年7月PET-CT設(shè)備質(zhì)量控制數(shù)據(jù)，探討其質(zhì)量控制不達標(biāo)的原因及統(tǒng)計學(xué)特征，并就如何避免環(huán)境因素及系統(tǒng)不達標(biāo)而產(chǎn)生低質(zhì)量圖像進行分析。

1 資料與方法

1.1 一般資料

分析2016年11月至2018年7月南京市第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科uMI 780型PET-CT質(zhì)量控制數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)均遵循國際通用的美國國家電氣制造商協(xié)會(National Electrical Manufacturers Association，NMEA)標(biāo)準(zhǔn)[3]。

1.2 儀器與材料

采用uMI 780型PET-CT(上海聯(lián)影醫(yī)療科技公司)設(shè)備，系統(tǒng)參數(shù)為：探測器環(huán)數(shù)112，包含101920塊硅酸釔镥(LYSO)晶體，能量窗≥420 keV，符合時間窗4.0 ns。材料包括：放射性藥物為18F-氟代脫氧葡萄糖(β-2-[18F]-Fluoro-2-deoxy-D-glucose，18F-FDG)，自制符合NEMA標(biāo)準(zhǔn)的PET均勻性校正棒源以及質(zhì)量控制專用空間分辨率模體支架。

1.3 PET的日常維護及操作規(guī)范

PET-CT屬于昂貴的精密醫(yī)用設(shè)備，對環(huán)境要求很高，尤其是溫度、濕度等。設(shè)備所處機房的條件，對儀器設(shè)備的準(zhǔn)確度及使用壽命有著重要的影響，良好的環(huán)境很大程度上能減少機器故障的發(fā)生，提高設(shè)備的使用率，延長機器的使用壽命。PET-CT最佳環(huán)境條件要求見表1[4]。

表1 PET-CT設(shè)備環(huán)境要求

對設(shè)備本身應(yīng)進行定期維護、保養(yǎng)與檢查。掃描操作前，須按檢查計劃完成所有必須的檢查任務(wù)，確保系統(tǒng)的正常運行。執(zhí)行PET的日常維護，可以保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性及完整性。其中日檢項目為機架控制面板、控制盒、環(huán)境條件以及安全通道；周檢項目為緊急制停按鈕、安全警告標(biāo)識及機架；月檢項目為防護門；季檢項目為圖像質(zhì)量；年檢項目為系統(tǒng)保養(yǎng)校正及軟件維護[5]。

1.4 無源質(zhì)量控制方法

無源質(zhì)量控制主要是針對機器外部環(huán)境的檢測，以維持適宜的工作環(huán)境，觀察指標(biāo)為機房溫濕度、電壓及計數(shù)率。

(1)球管預(yù)熱。目的是當(dāng)系統(tǒng)終止操作超過規(guī)定時間后，通過射線管調(diào)節(jié)過程，使射線管恢復(fù)正常運行溫度，從而進入工作狀態(tài)。點擊檢查界面右下方工具欄中的日常服務(wù)工具條，選擇球管預(yù)熱圖標(biāo)進入球管預(yù)熱操作，目標(biāo)熱容量默認(rèn)為15%。

(2)空氣校正。目的是穩(wěn)定圖像質(zhì)量，獲取最高的設(shè)備性能。點擊日常服務(wù)工具條進入空氣校正界面，按需要選擇管電壓(kV)、楔形(wedge)、準(zhǔn)直(collimation)、旋轉(zhuǎn)時間(revolution time)等參數(shù)的組合。

(3)數(shù)據(jù)采集。確保上兩部操作正確完成后，選擇工具箱，PET日常服務(wù)。確保有源校正選項未被選中，并開始采集，等待約10 min自動完成，完成后可查看質(zhì)量控制結(jié)果。

上述無源校正需每日做1次，當(dāng)圖像質(zhì)量下降產(chǎn)生偽影時，也需要進行無源校正。

1.5 有源質(zhì)量控制方法

有源質(zhì)量控制主要是檢測儀器由于外部環(huán)境的改變、實際工作電壓的漂移、傳感器及元器件老化等多重因素所帶來的系統(tǒng)性能的變化程度，以補償這些效應(yīng)所帶來的系統(tǒng)偏差，保障儀器優(yōu)良的低信噪比、均勻性以及空間分辨率。觀察指標(biāo)為晶體位置查找表(look-up-table，LUT)漂移、能量漂移、飛行時間(time of flight，TOF)漂移。

(1)模體準(zhǔn)備。質(zhì)量控制放射源采用18F-FDG棒源，首先向模體中注入約80%的水與(1±0.2)mCi(1 mCi=37 MBq)18F-FDG，上下反復(fù)搖勻后，在模體中注滿水，確保模體內(nèi)無氣泡后將其安裝于質(zhì)量控制專用支架上(如圖1所示)。

圖1 模體準(zhǔn)備示意圖

(2)模具定位。從軟件中選擇規(guī)定協(xié)議，設(shè)置定位片起始掃描位置為(2100.0±30)mm，掃描定位片正、側(cè)位，觀察棒源是否位于正、側(cè)位片的中心，若不在，需重新調(diào)整棒源位置。待棒源對中后，將PlanBox框移至棒源中央?yún)^(qū)域，執(zhí)行CT掃描，CT掃描結(jié)束后，執(zhí)行PET掃描，移床結(jié)束后，取消掃描，記錄下此時病床的水平位置(A)和床高(B)。

(3)模具掃描。在軟件上選擇屏幕右下角工具箱圖標(biāo)，并點擊PET日常服務(wù)按鈕，勾選有源復(fù)選框，輸入病床的水平位置A及床高B，點擊開始之后約30 min掃描完成。掃描完成后保存并查看校正結(jié)果。

表2 uMI 780型PET-CT無源質(zhì)量控制結(jié)果

表3 uMI 780型PET-CT有源質(zhì)量控制結(jié)果

(4)模具清理。拆下模具，按照相關(guān)規(guī)章制度，妥善處置放射性藥物。

有源校正的頻率應(yīng)根據(jù)機器的使用情況和狀態(tài)決定。在設(shè)備保養(yǎng)良好，溫濕度條件適宜的情況下，兩周做一次即可。

1.6 觀察指標(biāo)

記錄并統(tǒng)計2016年11月至2018年7月間機房溫度、相對濕度，設(shè)備工作電壓、計數(shù)率、LUT漂移、能量漂移與TOF漂移等質(zhì)量控制數(shù)據(jù)，并以通過率進行評價。

2 結(jié)果

2.1 PET-CT質(zhì)量控制結(jié)果

(1)無源質(zhì)量控制。uMI 780型PET-CT在2016年11月至2018年7月間，480個工作日均進行質(zhì)量控制，依據(jù)系統(tǒng)自帶的質(zhì)量控制程序和規(guī)定要求的質(zhì)量控制模型進行參數(shù)檢測，質(zhì)量控制總體通過率為94.51%，其結(jié)果見表2。

(2)有源質(zhì)量控制。在對uMI 780型PET-CT的480個工作日的質(zhì)量控制中，依據(jù)系統(tǒng)自帶的質(zhì)量控制程序和規(guī)定要求的質(zhì)量控制模型進行參數(shù)檢測，質(zhì)量控制總體通過率為97.73%，其結(jié)果見表3。

2.2 機房濕度趨勢

儀器性能穩(wěn)定性良好，故障率低，運轉(zhuǎn)和使用正常，圖像質(zhì)量優(yōu)良，操作準(zhǔn)確可靠，并未見老化跡象。質(zhì)量控制不通過時，均已重新校正方可使用。在不通過的質(zhì)量控制報告中，由濕度原因不通過的占到63%。機房濕度變化趨勢如圖2所示。

圖2 2016年11月至2018年7月機房濕度趨勢圖

本研究中所有報告中PET-CT各項性能指標(biāo)參數(shù)的檢測均遵循國際通用的NMEA標(biāo)準(zhǔn)。

3 討論

為了準(zhǔn)確顯示放射性藥物在人體內(nèi)分布的成像特點，儀器的性能指標(biāo)要求非常準(zhǔn)確，指標(biāo)在正常值范圍外將有可能產(chǎn)生偽影從而得出錯誤的影像判斷，因此儀器的穩(wěn)定性與圖像質(zhì)量在根本上決定了影像報告的準(zhǔn)確性[6]。而質(zhì)量控制為影像醫(yī)生保障了圖像報告的準(zhǔn)確性，同時也保護了操作員和患者的安全[7-8]。對儀器本身而言是發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和監(jiān)控設(shè)備的工作情況的重要方式。

從無源質(zhì)量控制數(shù)據(jù)中能發(fā)現(xiàn)機房的溫度、電壓與計數(shù)率等檢測項均較為穩(wěn)定，但機房濕度波動性較大，總體而言濕度較低。質(zhì)量控制參數(shù)變化往往意味著外部環(huán)境及系統(tǒng)內(nèi)部的波動[9]。如空間分辨率、靈敏度和散射/隨機/計數(shù)率等指標(biāo)下降可考慮探測器老化，高壓變化及溫濕度急劇變化等原因，且必須進行校正方可使用[10]。當(dāng)計數(shù)率低時，由于無源質(zhì)量控制的計數(shù)率是來自探測器晶體的微弱放射性，受系統(tǒng)溫濕度影響較大，如果偏低，應(yīng)檢查系統(tǒng)濕度。如果質(zhì)量控制的結(jié)果與理想情況有較大出入，則應(yīng)考慮硬件的因素[11-12]。

PET-CT機房濕度因素易被忽略，當(dāng)機房空氣濕度低時，易產(chǎn)生靜電，使得空氣中塵埃易吸附于元器件表面，同時半導(dǎo)體器件易發(fā)生擊穿等事故從而損壞儀器[13]；而秋冬兩季氣候干燥，加之溫濕度表校正不及時等情況，機房濕度小于適宜的濕度范圍，故應(yīng)合理的配置加濕器等設(shè)備[14]。此外，對于機器出現(xiàn)問題的參數(shù)異常情況，應(yīng)結(jié)合多種因素判斷，在此特別進行各質(zhì)量控制參數(shù)的相關(guān)性進行分析，分析結(jié)果中最高計數(shù)率與溫度及電壓之間的相關(guān)系數(shù)分別為-0.61和-0.65，LUT漂移與能量漂移之間的相關(guān)系數(shù)較大為0.86。因此，在工作中面對不同參數(shù)變化時應(yīng)分析其對應(yīng)關(guān)系，與平時質(zhì)量控制數(shù)據(jù)進行比較，以方便設(shè)備的檢修和維護[15-17]。

在一般情況下，對PET-CT儀器進行合理的使用，以及定期規(guī)范的保養(yǎng)和檢查，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)微小波動時，即可使用運行系統(tǒng)自帶的校正程序的方法進行校正。

4 結(jié)語

PET-CT質(zhì)量控制參數(shù)的檢測方法很多，數(shù)據(jù)繁復(fù)而精密，需將質(zhì)量控制方法規(guī)范統(tǒng)一，以更加科學(xué)客觀的評價儀器狀況，掌握儀器性能。按照國家標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管部門要求嚴(yán)格把控儀器的質(zhì)量控制，保障儀器的完整性、穩(wěn)定性和良好的工作狀態(tài)，更好的為患者提供準(zhǔn)確的檢查報告[18-19]。同時，以日常質(zhì)量控制數(shù)據(jù)幫助工程師掌握PET-CT儀器規(guī)律，把控其性能變化。