uMI 780 PET/CT NEMA性能指标测试研究
引言
随着核医学影像设备学的发展，PET/CT性能日益提升，已成为诊断恶性肿瘤的重要手段[1]。临床精确诊断疾病需要高质量的PET图像，周期性检测设备性能是持续获取高质量临床图像的重要保证。目前，核医学PET系统性能检测多参照国际通用的美国国家电气制造商协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）标准[2-3]。本研究采用NEMA NU2-2007版测试方法对南京市第一医院核医学科uM780 PET/CT（上海联影医疗科技有限公司）进行性能检测，主要测试内容包括空间分辨率、灵敏度和散射/随机/计数率等指标。
1 材料与方法
1.1 PET性能测试材料与性能指标
1.1.1 测试材料
uMI 780 PET/CT（上海联影医疗科技有限公司）系统参数为：探测器环数112，晶体为硅酸钇镥（LYSO），包含101920块晶体，尺寸为2.76 mm（环向）×2.59 mm（Z向）×18 mm（厚度）；探测器直径836 mm，轴向视野300 mm，孔径70 mm，能量窗≥420 keV，符合时间窗4.0 ns。放射性药物18F-FDG，内径0.5 mm的毛细玻璃管，空间分辨率模体支架以及等效噪声计数率（NECR）的聚四氟乙烯模体。
1.1.2 性能指标
检测标准依据联影暂报给原卫计委标准委员会的《正电子发射断层成像设备（PET）质量控制检测规范》中的性能指标参考值[4]，见表1。
表1 NEMA性能指标参考值
检测项 性能指标参考值NEMA空间分辨率 (mm) ≤3.2≤3.5≤3.2≤3.5 NEMA散射分数 (%) 38±4 NEMA等效噪声计数率 (kcps) 160±20 NEMA灵敏度 (cps/kBq) 15±2
1.2 测试方法
1.2.1 空间分辨率测试
测定空气中点源重建图像的半高宽（FWHM）和十分之一高宽（FWTM），反映PET最佳状况下能达到的最高分辨性能[5]，具体步骤如下：
（1）工装定位：检查分辨率测试工装，将工装安装于扫描床；将毛细管插在工装NEMA标准要求的三个位置上，其(X, Y)坐标位置分别是 (0, 10 mm)、(100 mm, 0)和(0,100 mm)；进行CT扫描，并在CT图像上（偏心1 cm位置点源）确定毛细管顶端的位置；根据此位置重新调整病床高度，并微调测试工装在X方向的位置，确保点源横截面位置正确，再次扫描CT，在3D查看界面记录线源顶端的床位值。
（2）制备毛细管18F-FDG点源：准备6根毛细管点样（0.5 mm内径，其中一端戳入固体胶封住管口）；准备活度浓度25 mCi/cc以上的18F-FDG，放在小器皿内并注入少量红墨水；每根点样未封的一端戳入微量的高吸水性树脂粉末（粉末在0.5 mm管子内的长度目测约0.5 mm为佳）；随后，此端放置于18F-FDG溶液内静置3 s后拿出，并清洁此管口；按上述步骤，制作出6个18F-FDG点源，测量每根18F-FDG点源活度并记录；在放大镜下观测和对比这些18F-FDG点样在0.5 mm毛细管内的形状和长度，选出最好（短且形状好，活度适中）3根点样；用热熔胶封住所选点样的18F-FDG点源处，防止18F-FDG溶液挥发。
（3）1/2 AFOV位置点源数据采集：将制作好的三根点源，按照NEMA标准要求的位置，插入测试工装上；将底座移动至PET位，并将病床位置移至之前记录的床码位置；设定时间15 min进行数据采集。
（4） 1/4 AFOV位置点源数据采集：根据系统的轴向FOV长度（300 mm），其1/4 FOV长度为75 mm；将病床从1/2 AFOV位置移至1/4 AFOV位置；设定时间15 min进行数据采集。
（5）数据处理：把之前1/2 AFOV和1/4 AFOV采集的所有数据拷贝至测试移动工作站；利用测试处理工具分析数据和汇总测试结果。
1.3 灵敏度测试
测定在没有计数率损失的前提下，对一定活度的放射性源PET探测到的符合事件率[6]，具体步骤如下：
（1）安装灵敏度测试工装：两个支架放置于PET扫描孔径之中， PET侧支架的外沿与孔径圆筒缝齐平；5根铝管一一放于支架之上，使得每根铝管在PET侧从支架外沿向外延伸长度相同，在每根铝管上做好标记。
（2）准备放射源：测得灵敏度测试所用的塑料软管被注入70 cm长水柱时的体积；按上述体积，18F-FDG放射源注入塑料管中（保证线源长度略小于70 cm），记录当时的活度为302 μCi，时间为19:02；把线源插入最小直径铝管中，并在线源的塑料软管外壁标上记号。
（3）数据采集：将线源放置在视野中心的卡槽上；从最小直径的铝管开始数据采集；将剩余铝管按从小到大的顺序逐次套在上次采集的铝管外，并进行扫描；每次更换完毕后，对水平度做相应调整；记录每次扫描的初始时间和扫描持续时间：将卡槽移动至距离中心10 cm位置，重复上述3条步骤，并记录时间。
1.4 随机符合测试
随机符合测定的是在较宽的活度范围内计数率随放射性源活度的变化[7]，具体步骤如下：
（1）准备模型：将散射水模的4个聚四氟乙烯圆柱置于扫描床，在其轴心插入塑料棒，把4个圆柱连接起来；使用塑料管，往内注入清水，插入散射水模的小孔中，确保小孔连接通畅；并在线源上做标定，使得放射源分布能够贯穿整个水模；测得整个线源内水柱达到70 cm时的体积。
（2）使用CT对其进行定位：通过CT螺旋扫描成像，记录水模中心坐标值；进一步调整水模和床高位置，直至水模中心位于FOV中心，线源孔位于水模中心轴的正下方。
（3）准备放射源：准备足够高活度的放射源，按照步骤1测得的体积准备清水，随后把放射源稀释于其中；将放射源注入塑料软管中，并记录其中的活度为14.3 mCi，时间为13:43；将塑料软管插入散射水模中。
（4）数据采集：使用NEMA NECR协议进行采集，设定好采集时间和停止时间；采集过程耗时约14.5 h；记录采集初始时间为13:57，此时放射源活度已经衰变为13.07 mCi。
2 结果
2.1 PET空间分辨率
本款PET系统空间分辨率测试结果，见表2。
2.2 PET灵敏度
PET系统灵敏度测试结果，见图1。轴向0和10 cm处灵敏度分别为15.327、15.812 kcps/MBq。轴向灵敏度随着层数增加先上升后下降。
表2 空间分辨率测试结果（mm）
注：表中FWHM表示半高宽，FWTM为十分之一高宽。
横断切向 轴向 横断径向FWHM FWTM FWHM FWTMFWHM FWTM 1 cm 3.11 5.89 3.17 6.67 - -10 cm 3.33 6.45 3.31 6.68 3.55 6.52偏离视野中心位置
图1 偏心0 cm（a）和10 cm（b）处灵敏度轴向曲线
注：Slice表示层面。
2.3 PET散射符合/随机符合/计数损失
散射分数、总计数率、真符合计数率、随机符合计数率、散射符合计数率均随放射性活度增加而升高，等效噪声计数率NECR呈先上升后下降趋势（图2）。NECR计数率峰值Rpeak=182.16 kcps，此时对应的活度αpeak=17.81 kBq/cc；NECR计数率峰值对应的散射分数SF=37.69%，当放射性活度较低（0.2 kBq/cc）时，散射分数SF=36.89%；真符合计数率峰值Tpeak=563.04 kcps，对应的活度αpeak=31.55 kBq/cc。
图2 PET系统散射符合/随机符合/计数损失测试结果
注：a. 不同放射性活度对应的散射分度；b. 不同放射活度对应的计数率；c. 不同放射活度对应的等效噪声计数率。
3 讨论
PET系统的性能指标是决定成像质量及设备档次、级别的重要参数，是设备验收和质量控制重点关注的内容。目前针对进口PET性能检测的文献报道较多[8-10]，但对国产PET性能测试报道较少，尤其是uMI 780 PET系统。
空间分辨率是反映PET能分辨的空间两点间最近距离，分辨率数值越低代表系统分辨能力越强[11]。用点扩散函数的最大值的一半处的宽度的半高宽描述成像系统的空间分辨率，半高宽越大，点源的扩展程度越大，分辨率越低。本次测得偏离中心位置1、10 cm处轴向、切向分辨率分别低于3.2、3.5 mm，径向分辨率低于3.6 mm，表明此项指标足以与国外厂商相媲美[12]。
灵敏度是指PET系统在计数损失小于5%的前提下，在单位时间内单位活度或单位放射性浓度条件下所获得的符合计数，主要由探测器所覆盖的立体角和探测器效率[13]。系统灵敏度对数据采集至关重要，直接影响扫描的时间和所需要的示踪剂剂量。系统灵敏度越高，所需采集时间越低，患者负担越轻，注射剂量越低，患者所受辐射越低。本款PET的灵敏度高达15.812 kcps/MBq，优于其他厂商[14-15]，主要得益于采用的数字光导探测器，探测性能得到大幅提升。
总符合计数率为视野中的总计数率，等于真符合计数率、随机符合计数率与散射符合计数率之和[16]。散射分数是散射符合计数在总符合计数中所占的百分比，表征PET系统对散射计数的敏感程度[17]。散射符合计数和随机符合计数增加噪声，降低图像信噪比和对比度，为了评估PET图像质量，引入等效噪声计数率评估图像系统噪声，指导注射剂量。本研究发现，随着视野内放射性强度的增加，PET总计数率、随机符合计数率、散射分数增加迅速，真符合和散射符合计数率增长相对缓慢，但到达一定程度后（17.81 kBq/cc），由于死时间的影响，等效噪声计数率先于计数率达到饱和，放射源强度进一步增加时，开始下降，这是由于此时随机符合计数率增长迅速使得信噪比下降的原因，这对指导注射剂量具有重要价值。当等效噪声计数率达到峰值时，对应的真符合计数率高达563.04 kcps,散射分数低于38%，再次表明本款PET探测性能优越。
综上，本次检测的PET系统性能指标均符合国家标准，甚至优于进口PET系统，为建立和推广国产PET设备验收、性能检测和质量控制提供参考。
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