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1、第三章 SPECT、PET性能指标及质量控制为了保证SPECT、PET仪器的正常运作，设备的质量控制(quality control，QC)是必须的。质量控制指对设备进行的一些专门测试，这些测试必须按特定的标准(例如：NEMA标准)进行。SPECT、PET的质控分为常规质控(routine tests，routine QC)、验收质控(acceptance tests，acceptance QC)及参考质控(reference tests，reference QC)。 一、常规质控 常规质控指日常定期对设备进行的性能测试，以确保设备工作在最佳状态，并能及时发现设备性能降低程度。按照测试的频度分
2、为：日质控(daily QC)、周质控(Weekly QC)、月质控(monthly QC)、年质控(yearly QC)等。上述的各性能指标有不同的测试频度。 二、验收测试 验收测试指设备安装后对设备进行的全面性能测试，以确保设备达到厂家标定的技术及操作性能。在设备安装后立即进行，以便在保修期内通知厂家或供应商设备存在的缺陷及损伤。若验收测试结果表明设备没有达到厂家标定的性能，设备不可使用，应由厂家工程、维修人员对设备进行维修调试，达到最佳效果时，才能使用。验收测试必须严格按照依据的标准(例如，NEMA标准)进行，并且应有厂家或供应商代表在场。 除上述指控外，在设备出现较大故障及大修或调试后
3、，或当机器搬迁到新址时，必须进行参考测试。以保证设备在最佳状态。另外，定期对设备进行预防性维护也是必不可少的。系统性的检查设备，可在问题萌芽时被发现，避免造成较大的问题。 三、测试标准 一些组织对SPECT、PET性能的测试制定了标准，即采用标准的模型，用标准的采集条件、方法步骤、重建方法对性能指标进行测试。 目前，SPECT和相机测试标准有NEMA(美国电器制造商协会)标准、IEC(国际电工委员会)标准、IAEA(国际原子能机构)标准等。我国于2003年和2005年也发布了SPECT和相机的系列测试标准，该标准完全采纳了IEC的标准。但实际中，NEMA标准应用最广泛。NEMA标准有多个版本，
4、较新的版本为2001年版，最新的为2007版本。第一节 放射源和模型 1点源 点源用于测试探头固有均匀性、空间分辨率、空间线性、能量分辨率，以及最大计数率。点源可由99mTc或57Co制成。点源直径一般要求在5mm以内，点源的强度应保证其产生的计数率20Kcps。 2线源 线源用于测试探头的分辨率和全身扫描分辨率。线源为57Co固体线源或99mTc可灌注线源。线源内径1mm，长度3040cm，几何线性良好，强度3774MBq(12 mCi)。3四象限铅栅模型 四象限铅栅模型用于测试探头固有分辨率。模型的几何形状如图3-1所示，模型分为四个象限，每一象限铅栅的宽度和间隔相等，分别为2、2.5、3
5、、3.5 mm，铅板厚度3mm。模型的面积应能完全覆盖探头有效视野(UFOV)。 图3-1 四象限铅栅模型 4SLIT铅栅模型 SLIT铅栅模型用于测试探头固有空间分辨率和固有空间线性。3 mm厚铅板上开有若干条宽1 mm的平行线槽，相邻两条线槽中心距离为30 mm(图3-2)。模型的面积应能在X和Y两个方向完全覆盖探头有效视野(UFOV)。5系统灵敏度测试面源 系统灵敏度测试面源用于测试系统灵敏度。直径为100mm的有机玻璃空心平面模型，使用时注入3 mm深度的99mTc液体。6断层模型 断层模型用于测试SPECT断层总体性能。本教材使用SPECT/PET性能体模(AAPM Model 76
6、-823)，如图3-2。使用时模型内注入充分均匀的99mTc液体，放入插件，其中插件部分用于测试断层分辨率、线性和对比度，均匀溶液部分用于测试断层均匀性。 图3-2 SPECT/PET性能模体（Model 76-823）第二节 SPECT性能及质量控制 SPECT是由相机探头旋转来工作的，因此SPECT系统的性能，包含了相机的性能、断层的性能及全身扫描性能。一、相机性能指标及质控方法相机性能分固有（intrinsic）性能和系统（system）性能。固有性能为卸下准直器时相机探头的性能；系统性能为安装准直器后相机探头的性能，系统性能与准直器性能有关。同一性能指标又分有效视野（useful fi
7、eld of view，UFOV）和中心视野（central field of view，CFOV）之分。UFOV由厂家设定，通常为探头尺寸的95%；CFOV为UFOV的75%。相机性能反映平面图像的质量。（一） 固有和系统空间分辨率1. 定义 空间分辨率（spatial resolution）是影响图像质量的一项重要指标，反映能分辨两点间最小距离，通常用线源扩展函数（line spread function，LSP）半高宽（full width at half maximum，FWHM）及十分之一高宽（full width at tenth maximum，FWTM）来表示。FWHM及FWT
8、M越小，分辨率越高。固有空间分辨率与晶体、光电倍增管的性能及能窗等采集条件有关，通常固有FWHM在5mm左右；而系统空间分辨率由固有分辨率及准直器的分辨率决定，分有散射和无散射两种情况。 图3-3 分辨率测试示意图2. 测试方法【测试条件及设备】 20光电峰对称窗，使用仪器所提供的探头能量、线性和均匀性校正技术。探头卸下准直器，装上UFOV铅环，SLIT铅栅模型(仪器提供固有分辨率测试软件)或四象限铅栅模型置于探头表面，尽可能紧贴晶体。点源，计数率不超过20Kcps。测试要分别在探头的X和Y方向进行。【测试步骤】 将点源置于探头中心正前方，与探头表面的距离至少为该探头UFOV最大直线长度的5倍
9、。采集3000K计数四象限铅栅模型图像，图像存储在256256以上矩阵中。使用SLIT模型时，采集计数和存储矩阵按测试软件要求设置。【计算和分析】 使用被测试相机提供的固有空间分辨率测试软件。如果被测试仪器没有提供均匀性测试软件，按下列步骤进行：(1)仔细观察四象限铅栅模型图像，分别在UFOV和CFOV确定基本清晰可见的铅栅间隔BUFOV和BCFOV，单位为mm。使用经验公式FWHM=1.75B，将BUFOV和BCFOV转换为FWHM。(2)按所使用的矩阵像素尺寸(mm/pixel)将FWHM单位换算为mm。【结果报告】 X和Y方向上，CFOV的固有空间率FWHM，UFOV的固有空间分辨率FW
10、HM，单位mm。 图3-4 四象限铅栅分辨率测试（二） 固有泛源均匀性1. 定义 固有泛源均匀性描述相机探头对一均匀泛源（flood source）的响应。均匀性分积分均匀性（integral uniformity ，Ui ）和微分均匀性（differential uniformity，Ud）。积分均匀性(Ui)由均匀入射的射线在探头视野(UFOV或CFOV)中产生的最大像素计数(Max)与最小像素计数(Min)按下列公式确定。微分均匀性描述由视野中X方向及Y方向相邻5个像素中最大像素计数与最小像素计数按上述公式确定。2. 测试方法 【测试条件及设备】 20光电峰对称窗，使用仪器所提供的探头能
11、量、线性和均匀性校正技术。将探头的准直器卸下，装上UFOV铅环。点源，计数率不超过20Kcps。【测试步骤】 将点源置于探头中心正前方，与探头表面的距离至少为该探头UFOV最大直线长度的5倍(除非系统所提供的均匀性测试软件带有距离校正)。采集16M计数泛源图像，图像存储在6464矩阵中(或按系统提供的均匀性测试软件指定的矩阵尺寸)。【计算和分析】 使用被测试照相机提供的均匀性测试软件；如果被测试仪器没有提供均匀性测试软件，按下列步骤进行： (1)确定CFOV和UFOV范围：在泛源图像上，以计数为1/2视野中心像素计数的边沿像素作出图像半高边界线，对于半高位置相邻的像素可用线性插值法，确定平均半
12、径Rave。则，UFOV=0.95Rave，CFOV=0.75Rave。 (2)平滑泛源图像：按下列加权因子在UFOV内对泛源图像9点平滑一次。UFOV范围以外像素的加权因子为0。用平滑后的值除以非0加权因子之和作归一化处理。 1 2 1 2 4 2 1 2 1(3)积分均匀性：分别在UFOV和CFOV内找出最大像素计数值(Max)和最小像素计数值(Min)，计算： 积分均匀性=(Max-Min)/(Max+Min)100 (4)微分均匀性：分别在UFOV和CFOV内，以X方向的每一行或Y方向的每一列上5个相邻像素为一组，找出最高像素计数值(high)和最低像素计数值(low)，计算： 微分均
13、匀性=(High-Low)/(High+Low)100计算从图像边沿的一端开始，对第1组(5个像素)计算后，向后移动一个像素，对第2组(同样为5个像素)进行计算，再移动到下一个像素进行计算，直至行末端或列末端。以上过程循环往复，计算泛源图像的所有行和列，最后取最大值作为微分均匀性结果。【结果报告】CFOV的积分均匀性和微分均匀性，UFOV的积分均匀性和微分均匀性。（三）固有能量分辨率1. 定义 固有能量分辨率（intrinsic energy resolution）描述探头对射线能量的辨别能力。用光电峰的半高宽与峰值处能量的百分比表示。通常固有能量分辨率在10%左右。2. 测试方法 【测试条件
14、及设备】20光电峰对称窗，使用仪器所提供的探头能量、线性和均匀性校正技术。探头卸下准直器，装上UFOV铅环。99mTc点源，计数率不超过20Kcps。57Co点源作为参考源，强度与99mTc点源相近。要求被测试的照相机或SPECT具有多道分析器，能够存储核素能谱。 【测试步骤】 将点源置于探头中心正前方，与探头面的距离至少为该探头UFOV最大直线长度的5倍。分别存储99mTc和57Co的能谱，能谱光电峰所在的通道至少有10K计数。参考源57Co用于标定多道分析器的道宽(keV/道)，根据99mTc和57Co的光电峰位置换算出道宽。对于带有能量分辨率测试软件的仪器，测试步骤按该软件要求进行。 【计算和分析】使用被测试照相机提供的能量分辨率测试软件；如果被测试仪器没有提供能量分辨率测试软件，按下列步骤进行： (1)分别在99mTc和57Co能谱上确定光电峰位置，则： 道宽(keV/道)=(140.5-122.1)(keV)/99mTc与57Co光电峰距离(道) (2)使用线性插值法，计算99mTc能谱光电峰的半高宽FWHM，并转换为单位keV。 (3)计算能量分辨率： 能量分辨率=FWHM(keV)/140.5(keV)100 【结果报告】探头视野范围内的能量分辨率。图3-5 99mTc能峰测试（四）
