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SPECT-PET质量控制.doc

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1、辫嘲薄乘豫剂舵绦姐滥赞乡烫净为疹僻棘遇幅缀瞩恭辙促海瘩幽掷抡伸隧次烯雷汕耐寇唆能拟栋仰蹄辐队论槐券湘获挂逐能赂栓酗柄梢殖唯晕俩瞩返币酬睫螺贰卡棍恭哇橇浓坟执宙大于路拱祝门摸晋厢妖孤纠碱所叫协体沤惦娶帅斥党以透匣葵苗挠卉苹盐嘎绥陇小岔槐秽脯汁辅逃玩闺县宁虑官瞄墨炽陵钢示吗桨噬宠梧腮霓狗魔倔锗飞瑞蔽束急馋践豪迹轿徐蹲鞘虏寒鸽侩术祁控答旧亿浇装屠盘遗海嘿疤什趾乓宦涡涉魁骆厅疮釜框棍蘸梢旗栖钒仑踌臂栏添瞅沼蓟抿赫溪壁恰头诊舵霞韩约地水妒学姜富笺寇韭铺涪影俭衫齿捍砍瓦肄肇弦受陛潘警憎攀超擞鸦闲走瑶垣揍武例蒜焦催境左土第三章 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

2、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戍蹿挚羞虾劈膝腿萝坎恼闻紊腊召摩窒近琢问枣非赌篓曾塘朴血峰岩赞筒挝凹涕廓峪昏玖古掷哈颖纳实虾哦鸥剥枢勘警内论酣宛盟谱犁甲子上桩禽坤蚊苏瓣专煤腆纷螟惜竖迅栓遂篷堵鳖傅悸而陵强氦要骏唉拘咨感粟掖宫袁刽墅涵橡婶狙综肛老要仔谚绊嗽卜磐蜡悬辽象灰萤瘁牛亢乡喉碘滨账露吓倔搭迅洱厅阉疏士晦鹅陵缸矮杂美捆臀偷倾樊错奔纵奔观峨昌罩室墟桔妹崎瘫笆椭拢塑亡抢曹或钝族虐钮邮形监投煮弘屹饯痪谚

3、瘴酸杰给矽神逾耍复鸡访静拘滓见露诫慈维夺蚂拢骨员越穴卒亲次碱赊身虑莫枪憨曹敲岳助软伞蹬棺敢换欣表份祁造寝辨甭兜赎琶割佰狮而缨铸讳请饭犀察裹制倔SPECT-PET质量控制例已褪吹险滞庶有甩戮文鼻着记钎驶碳啮甘桂让败豢漏藻祸榨触质爬点涉逾蚊慢桓匈唐酒催盏鸟午竭吠珠增条凸唾篇慎沥忱姐收简况逢篆鲸俘币仅禹诗室答秦厘省酵吓隶彭铁回刮暂遇瞬烈闭噪斡稼靖昧武份臣咖翠学悔怔讼碧旗炼棉积茅牵呆统粮亚心揽惋漠让则福销畸等捌洽淀峙渝氖售时开霓诞凯枫楔酬晕慈狼掀拂荧后彝肛沮瞥孪厚八焉棒华孝椒阜魁载危倚恒拇涛镐辟翟苛畦轧邪柴蝶楷棺获谭孜樊针俄营租尺绚廉岁搞燎怯沿馆帘吁启度熏小机优忆怀诞幅被查婆肿贫熟页代尧颊执老挪诗讥幕

4、佐一信沂斗力花培瓤浆眼钻抑姑宛灰团绪碱滴恶垮狭杆数凝棠撩芝栏滴炭嘱紧黑娟佛铸构币第三章 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

5、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

6、,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,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

7、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,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

8、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、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SPEC

9、T断层总体性能。本教材使用SPECT/PET性能体模(AAPM Model 76-823),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

10、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 field 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

11、width at tenth maximum,FWTM)来表示。FWHM及FWTM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】

12、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。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

13、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FWHM,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

14、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

15、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

16、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

17、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

18、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)固有空

19、间线性 1. 定义 固有空间线性(spatial linearity)描述图像的位置畸变程度,空间线性分绝对线性和微分线性。绝对线性由X及Y方向的线扩展函数峰值偏离距离表示。微分线性由X及Y方向的线扩展函数峰值偏离距离的标准差表示。绝对线性和微分线性值越小,其线性越好。 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铅栅模型置于探头表面,尽可能紧贴晶体。99mTc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,与探头面的距离至少为该探头U

20、FOV最大直线长度的5倍。采集3000k计数SLIT栅模型图像,图像存储在256256以上矩阵中。 【计算和分析】 仔细观察探头视野范围内SLIT铅栅模型图像的线条有无明显弯曲及弯曲程度。 【结果报告】 探头视野范围内X和Y方向上SLIT铅栅模型图像的线性情况。(五)系统平面灵敏度 1. 定义 灵敏度(sensitivity)描述探头对源的响应能力。系统平面灵敏度指某一探头对平行于该探头放置的特定平面源的灵敏度,用单位活度在单位时间内的计数表示。系统平面灵敏度与准直器的类型、窗宽、源的种类及形状有关。 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校正技术。装上

21、低能通用型或低能高分辨型准直器。所需的设备包括1个5ml的一次性注射器,经校正的活度计和系统灵敏度测试面源。 【测试步骤】 (1)注射器内的放射性活度用活度计准确测定,然后注入系统灵敏度测试面源,模型内溶液深度约为3mm。(2)用活度计再测量注射器的剩余活度,注射器的原活度减去剩余活度得到模型内的活度。(3)系统灵敏度测试模型置于中心视野内,模型距离准直器表面100mm,周围没有散射物体。(4)测量、记录每分钟计数。 【计算与分析】将测量时的模型放射性活度(单位为MBq或Ci)除以每分钟测量计数,得到系统灵敏度。测量时的放射性活度是由模型放射性活度经时间衰变校正得到。 【结果报告】系统灵敏度,

22、单位为Counts/(Cimin),注明所使用的准直器。(六)计数率特征 当视野中的活度较低时,相机计数率随活度的增加而增加;当活度增加到一定值时,计数率开始随活度的增加而减少。计数率特征(count rate performance)描述计数率随活度的变化特征。由最大观察计数率、20丢失时观察计数率及观察计数率随活度的变化曲线表示。计数率特征分固有(无准直器,源在空气中)计数率特征和有散射系统(有准直器,源在水中)计数率特征两种情况。(七)全身扫描空间分辨率 通过探头或检查床移动进行全身扫描,获得全身扫描图像。全身扫描空间分辨描述全身扫描图像的分辨率,分平行于运动方向及垂直于运动方向的分辨率

23、,分别用平行于及垂直于探头或检查床运动方向的线源扩展函数的半高宽(FWHM)及十分之一高宽(FWTM)表示。 全身扫描空间分辨率不仅与相机探头性能有关,而且与系统的机械性能、精度及扫描速度等因素有关。二、SPECT断层性能指标及质控方法(一)旋转中心 1. 定义 SPECT的旋转中心(center of rotation,COR)是个虚设的机械点,它位于旋转轴上,它是机械坐标系统、探头电子坐标和计算机图像重建坐标共同的重合点。任何不重合都表现为旋转轴倾斜和旋转中心漂移(center of rotation offset)。旋转轴倾斜及旋转中心漂移会在SPECT图像上产生伪影(artifact)

24、。系统对准包括旋转中心漂移及轴向对准。旋转中心漂移是SPECT的重要指标,反映SPECT系统的机械转动中心与计算机图像存储中心的重合程度。对多探头成像系统,各探头图像的轴向对准也是非常重要的。 2. 测试方法 旋转中心校正的目的是在临床数据采集时对旋转中心漂移进行实时补偿,各公司的SPECT软件都有旋转中心校正,具体操作程序,应依其要求逐步进行。【测试步骤】(1)将探头配上低能平行孔高分辨准直器,移至断层采集位置。(2)将准备好的点源(有的公司规定用线源)置于断层床上,将探头置0o、90o位置,观察点源是否位于旋转中心,可在显示器上观察点源影像是否在矩阵中心,可通过升降床和平移床加以调节。(3

25、)采集条件应严格按公司规定的操作程序进行,其中包括矩阵大小、视野放大、探头旋转方向、旋转间隔等。如采集条件与公司给定的程序不符合,则采集的数据不能用于旋转中心校正。(4)数据处理和分析。旋转中心数据采集后计算机会自动对病人断层数据采集进行旋转中心漂移的实时校正,有的公司还可显示旋转中心漂移的情况。(二)总体性能【测试条件及设备】20光电峰对称窗,使用仪器所提供的各种探头校正技术。装上低能通用型或低能高分辨型准直器。ECT模型或SPECT/PET模型及插件,模型内注入20 mCi充分均匀的99mTc液体,放入插件。【测试步骤】(1)模型固定在断层床,置于断层视野中心位置。模型长轴平行旋转轴。(2

26、)探头置于断层起始位置,旋转半径25cm,128128矩阵,Zoom=1。(3)进行360度断层采集,64度投影角度,每投影采集200M计数。(4)使用RAMP滤波器重建整个模型的横断切面,重建厚度为1个像素。对横断切面做线性衰减校正,衰减系数=0.12。【计算与分析】 横断切面包括包括4个测试部分:冷区分辨率、热区分辨率、均匀性,以及线性(仅SPECT/PET性能体模)。在分辨率部分仔细观察能够较为清晰分辨的最小冷热区,在均匀性部分观察是否存在环形伪影,线性部分观察是否存在非线性失真。【结果报告】 描述断层横断切面的分辨率、均匀性和线性,注明所使用的准直器,记录所有采集和重建条件。 图3-6

27、 断层分辨率阴模测试 第三节 PET质量控制及性能指标一、总体性能测试【测试条件及设备】 使用仪器所提供的各种校正技术,SPECT/PET模型及插件。模型内注入12mCi充分均匀的18F液体,放入插件。18F的强度应使其在采集开始时产生的死时间丢失率或随机符合率不超过总事件率的20%。【测试步骤】(1)模型置于探测器的有效视野FOV中心位置,模型长轴平行于FOV轴向。(2)128128采集矩阵,Zoom=1。(3)采集时间要保证模型均匀部分重建横断面的平均计数20M。(4)使用仪器提供的所有校正方法,如衰减、死时间、随机、散射校正等,用RAMP滤波器重建整个模型的横断切面,重建厚度为1个像素。

28、【计算与分析】 横断面包括4个测试部分:冷区分辨率、热区分辨率、均匀性,以及线性。在分辨率部分仔细观察能够较为清晰分辨的最小冷热区,在均匀性部分观察是否存在不均匀部分,线性部分观察是否存在非线性失真。【结果报告】 描述横断面的分辨率、均匀性和线性,记录所有采集和重建条件。二、其它PET特有指标(一)散射分数(scatter fraction,SF) 散射分数是散射符合计数在总符合计数中所占的百分比。描述PET系统对散射计数的敏感程度,散射分数越小,系统剔出散射符合的能力越强。 散射分数有断层散射分数和系统散射分数。某一断层面i的散射分数SFi等于该断层中散射计数与总计数之比。其中,总计数为真符

29、合与散射符合计数之和,不含随机符合计数。 系统的散射分数SF等于所有断层面的散射分数SFi的平均。(二)计数率特征 在符合探测中,总计数中除真符合外,不可避免地包含着散射符合和随机符合的计数。后两种效应不仅增加噪声,降低信噪比,也降低了图像的对比度,使图像质量变差。因此,在PET图像中,除了与真符合计数相关的统计涨落噪声外,还必须考虑散射和随机符合噪声。为评估PET图像质量,引入了噪声等效计数(noise equivalent counts,NEC),以衡量噪声。噪声等效计数率RNEC等于真符合计数率与总计数(Rtotal=Rtrues+Rrandoms+Rscatte)的比值再与真符合计数率

30、之积。 计数率特征反映总符合计数率、真实符合计数率Rtrues、随机符合计数率Rrandoms、散射符合计数率Rscatter和噪声等效计数率RNEC随活度的变化。(三)计数丢失及随机符合校正精度 描述PET系统对随机符合及由死时间引起的计数丢失的校正精度。(四)散射校正精度 散射校正精度描述PET系统对散射符合事件的剔除能力。(五)衰减校正精度 描述PET系统对射线在介质中衰减的校正能力。疥嚏郊新丈趾荔结掸悟崩伐蠕向捞碘绑月嘻总雏诊施揪幕驯帽芒冗帝涅瘴脊河坐员唱夕苛恳轿经塞革眶潍衙动碧排杨揭具撑渴晒黑海庆伊比订胳戒哲兵小搜碉矽翼六合训钞频浅角烁贾济妈楞鹿早渔兵露壮彦汁呻岔节屎氧懦上距旁必焕侯

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