張宗耀　郭 風　任俊靈　吳大勇　汪 蕾　何作祥　許百靈　方 緯*

新型半導體心臟專用SPECT的常規(guī)質量控制方法*

張宗耀①郭 風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：建立新型半導體心臟專用NM Discovery 530c和Spectrum D單光子發(fā)射型電子計算機斷層顯像儀(SPECT)的每日常規(guī)質量控制方法。方法：對NM Discovery 530c的質量控制放射源采用740 MBq57Co面源，主要質量控制參數(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%，中心壞點像素單元數(shù)≤30，超過7個壞點的探頭數(shù)≤3。對Spectrum D-SPECT質量控制放射源采用370 MBq57Co線源，主要參數(shù)指標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)進行10 d的質量控制檢測。每日分別采集10例99Tcm-MIBI心肌灌注顯像，并評價其圖像質量。結果：NM Discovery 530c和Spectrum D-SPECT的各項質量控制指標測試結果均在可接受范圍內，圖像優(yōu)良率均為100%。結論：新型半導體心臟專用SPECT常規(guī)質量控制測試指標達到要求，心肌顯像圖像質量可以得到有效的保證。

碲-鋅-鎘探測器；質量控制；心肌灌注顯像；單光子發(fā)射型電子計算機斷層顯像儀

[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，隨著心臟核醫(yī)學設備的迅速發(fā)展，新型半導體心臟專用單光子發(fā)射型計算機斷層顯像儀(single positron emission computed tomography，SPECT)問世[1-3]。該設備采用碲-鋅-鎘(cadmium zinc telluride，CZT)晶體結構，與常規(guī)的碘化鈉晶體SPECT相比，其探測靈敏度、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，臨床應用的CZT SPECT主要有NM Discovery 530c和Spectrum D-SPECT兩種機型[7-10]。CZT SPECT日常質量控制(quality control，QC)較常規(guī)碘化鈉晶體SPECT有所不同。為此，本研究對GE NM Discovery 530c和Spectrum D-SPECT兩種機型的質量控制方法進行探討。

1　材料與方法

1.1設備與材料

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

1.2NM Discovery 530c質量控制方法

(1)質量控制放射源采用740 MBq57Co面源以及質量控制專用三角支架。每日開機后完成壓力感受器的按壓測試。打開系統(tǒng)設置界面選擇QC選項，并進入QC選項下Daily QC界面設置質量控制條件。其中在Triplet Selection界面下1、2、3、4的4項全部勾選；在Energy session界面下選擇57Co QC；在Stop conditions界面下設置終止計數(shù)為17800 kcts。

(2)確保質量控制條件正確后點擊Apply按鍵，進入日質控采集界面，進入機房按下機架操作手柄上的set鍵，探頭會旋轉至173o質量控制預設位置，當機架停止后將質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，并使探頭無法運動。質量控制專用三角支架放置時帶有數(shù)字的一側朝向外側，同時將支架上2個螺母型凸起對準探頭兩側的插孔完全插入。

(3)支架放置完畢后將質量控制所用的57Co面源從源庫中取出，分別對3個區(qū)域9個單元(T1-T9)進行質量控制采集。將57Co面源放置在三角支架上2個數(shù)字標記①之間，面源上的方向箭頭指向外側，點擊Start按鍵開始對第1區(qū)域探頭(T1-T4)進行質量控制采集，采集完成后點擊Next按鍵查看第1區(qū)域的質量控制結果。分別將面源放置在2個數(shù)字標記②和2個數(shù)字標記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3個區(qū)域均采集完畢后點擊Image Quality Processing按鍵，對數(shù)據(jù)進行處理和分析，并顯示最終的日質量控制報告是否通過質量控制。質量控制結束后將57Co面源放回源庫(如圖2所示)。

圖2　GE NM Discovery 530c質量控制報告界面圖

(5)NM Discovery 530c提供的主要質量控制參數(shù)有各探測區(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、中心壞點像素單元數(shù)以及各探測區(qū)域的均勻性圖像等。質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%，中心壞點像素單元數(shù)≤30，＞7個壞點的探頭數(shù)≤3。

1.3Spectrum D-SPECT質量控制方法

(1)質量控制放射源采用370 MBq57Co線源。質量控制前將57Co源從源庫取出，核對放射源的種類、活度、出廠時間及編號等信息。登陸Spectrum D-SPECT采集系統(tǒng)，在維修選項下選擇每日QC選項，系統(tǒng)會顯示每日質量控制測試界面，測試界面中會顯示包括校準源類型(57Co)、校準源編號(同儲源箱上標簽)、校準源活度和源校準時間。

(2)將Spectrum D-SPECT機架置于初始位置，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并垂直于地面，探頭向內推至離掃描架最近，并旋轉至前面板垂直于地面的位置。將質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。將質量控制線源從儲源箱中取出固定在質量控制夾具的源底座上，觀察源是否與夾具臂垂直。確保質控源安裝成功后，點擊采集系統(tǒng)右下方的Proceed按鈕開始質量控制采集。質量控制采集程序啟動后，線源圖像會呈現(xiàn)在采集系統(tǒng)界面上，屏幕右側可以看到9個探頭各自的每秒計數(shù)率，屏幕左側可以看到平均計數(shù)率、總計數(shù)、位置進度、進程時間以及預計采集時間等信息。

(3)采集結束后屏幕左側會顯示“Acquisition Complete”表示采集完成，繼續(xù)點擊屏幕右下角的Proceed按鈕，開始進行質量控制數(shù)據(jù)的自動分析。自動分析結束后繼續(xù)點擊Proceed按鈕，系統(tǒng)將會顯示質量控制結果：①質量控制結果提示燈顯示綠色，表示質量控制通過；②顯示橙色表示需重復進行質量控制，如果仍為橙色，則需聯(lián)系廠商；③顯示紅色則表示日質量控制失敗需聯(lián)系廠商進行故障檢測。質量控制結束后，點擊save保存日質量控制結果，拆除質控源送回源庫(如圖3所示)。

圖3　Spectrum D-SPECT質量控制報告界面圖

(4)Spectrum D-SPECT質控程序提供的質量控制參數(shù)包括總計數(shù)、采集時間、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)域均勻性的測量，先確定每個探頭的最大像素單元計數(shù)(max)和最小像素單元計數(shù)(min)，各個探頭的積分均勻性=(max－min)÷(max＋min)，9個探頭的積分均勻性中的最小值即為最終的積分均勻性測量結果；②整體均勻性的測量，每個探頭各行像素單元中，確定連續(xù)3個像素單元(X軸)間的任意2個像素單元間的最大差值Xmax和最小差值Xmin，計算X軸的均勻性=(Xmax－Xmin)÷(Xmax＋Xmin)；每個探頭各列像素單元中，確定每列連續(xù)3個像素單元(Y軸)間的任意2個像素單元之間的最大差值Ymax和最小差值Ymin，計算Y軸的均勻性＝(Ymax－Ymin)÷(Ymax＋Ymin)，9個單元探頭中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個單元探頭內置發(fā)動機的旋轉圈數(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9個單元探頭的均勻性對比圖中分別是否存在噪聲。觀察總計數(shù)、采集時間、靈敏度以及能量分辨率，確認能峰是否在能窗范圍紅線之內。

表1　NM Discovery 530c質量控制結果(連續(xù)10 d)

2　結果

NM Discovery 530c和Spectrum D-SPECT均按照上述質量控制方法，進行連續(xù)10 d的質量控制檢測。每日分別采集10例患者，由核醫(yī)學醫(yī)師評價圖像質量，若心肌圖像清晰、本底明顯低于心肌攝取則判定為圖像質量優(yōu)良，計算圖像優(yōu)良率。

(1)NM Discovery 530c的質量控制結果按3個區(qū)域的9個探頭排除8個空位后的19個探頭連續(xù)10 d均數(shù)分別顯示，其主要指標檢測結果見表1。

(2)Spectrum D-SPECT顯示總的質量控制結果，主要指標檢測結果(連續(xù)10 d均數(shù))分別為：采集時間(157.3s±1.5)s，總計數(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的探頭設計為使用CZT閃爍半導體與多針孔準直器，19個探頭面向面源，為固定位置，因此質量控制要求比傳統(tǒng)雙探頭SPECT相機更為簡單[11-14]。最重要的測試指標包括：能峰、FWHM、均勻性與中心壞點數(shù)。能峰檢測是通過檢測57Co的能峰位置，在使用對稱能窗進行顯像時，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。

均勻性檢測的目的是檢測放射性計數(shù)分布的均勻程度，必須達到可接受范圍方能保證圖像信息的正確性。均勻性測試方法主要是通過將57Co面源置于19個探頭的中心位置，進行放射性計數(shù)分布的檢測和均勻性計算，所使用的方法學與傳統(tǒng)雙探頭SPECT也基本類似。

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

(1)探頭壞點是指無法檢測到任何光子信號的像素單元，主要是由于CZT材料使用一段時間后所產生的缺陷造成。當探頭的壞點增多時，會對圖像的準確性產生明顯的影響，探頭壞點數(shù)在可接受范圍內是保證圖像質量的關鍵。傳統(tǒng)雙探頭SPECT的質量控制不包含探頭壞點的檢測。

(2)Spectrum D-SPECT探頭設計采用CZT閃爍半導體與平行孔準直器，9個探頭同時以心線源為中心進行多次慢速旋轉采集。由于各個探頭體積小、重量輕，轉動時不受重力影響而較為穩(wěn)定，因此質量控制要求比傳統(tǒng)雙探頭SPECT也更為簡單[14-18]。質量控制的重點測試項目包括均勻性、能峰、有效視野和匹配度。

(3)均勻性檢測目的是檢測放射性計數(shù)分布的均勻程度，必須達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的方法學與傳統(tǒng)雙探頭SPECT基本相同，能量分辨率可以由能峰peak和FWHM計算得到。匹配度是Spectrum D-SPECT的專有參數(shù)，與發(fā)動機性能有關，決定重建圖像的正確性。

4　結語

嚴格實施常規(guī)的日質量控制，能夠有效地保證NM Discovery 530c和Spectrum D-SPECT兩種半導體心臟專用SPECT的性能。研究結果表明，當質控測試指標達到參考值標準或可接受范圍，圖像質量就可以得到有效的保證。

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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- ),本科學歷，技師。中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院核醫(yī)學科，從事心血管核醫(yī)學工作。

1672-8270(2016)11-0024-04

R812

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.11.008

國家科技支撐計劃(2011BAI11B00)“心血管疾病及其危險因素監(jiān)測、預防和治療關鍵技術研究”

①中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院核醫(yī)學科 北京 100037

②美國密蘇里-哥倫比亞大學 美國 哥倫比亞 65211

nuclearfw@126.com

2016-09-25