計量技術在核醫學成像的運用

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1計量技術為醫學放射成像提供技術保障

醫學放射成像技術中，計量發揮著非常重要的技術保障作用。常規X射線機、數字X射線機等X射線攝影裝置利用X射線穿透不同人體組織的衰減不同的特性，反映人體組織密度和形態的不同，實現人體組織成像。X射線的輻射輸出的質、輸出的重復性、輸出的線性，以及X射線管的電壓和電流等計量參數是X射線攝影裝置的成像質量的重要保障。醫用診斷計算機斷層攝影裝置(通常稱作CT機)，用探測器測量X射線通過人體臟器斷層時沿X射線路徑的總的衰減系數，將射線強度轉換成電信號，經數字化后由計算機處理、計算出與人體某一層面上臟器的每個體素相關的吸收系數，進而用不同灰度的圖像顯示人體臟器的形態和密度。CT機的主要計量參數有劑量指數、CT值及其噪聲等等。

2核醫學成像的計量特點和主要參數

核醫學成像的主要成像裝置有單光子發射型CT(通常稱作SPECT)和正電子發射型CT(通常稱作PET)。它利用人體某一器官(或組織)對特定放射性核素藥物的選擇性吸收或不吸收，儲聚或排泄等代謝功能的特性，給病人口服或靜脈注射含有特定種類、特定活度和半衰期的放射性核素示蹤劑。采用探測器來探測示蹤劑在人體內的特定器官聚集、發射出的單光子(γ射線)射線并轉化成電脈沖信號，記錄下這樣γ射線信號的大小和空間分布，進行數據處理和重建圖像，得到反映人體臟器形態和組織功能特征的醫學圖像。示蹤劑聚集多的部位發射的單光子射線能量強，呈現較亮的圖像，通常稱之為“熱點”;反之，則稱之為“冷點”。核醫學成像裝置的計量參數有示蹤劑的放射性活度;裝置的最大計數率、旋轉中心漂移、固有能量分辨率、固有均勻性、空間分辨率和線性等;圖像的斷層熱點源分辨力、斷層冷點源分辨力，以及斷層圖像均勻性和線性等等。從單光子發射計算機斷層成像的技術特征來看，示蹤劑進入人體發射出的射線對人體造成的傷害應盡量少，尤其應當靈敏、準確地計量這樣微量的單光子射線能量產生的微小電脈沖信號，應當將計量結果對應的熱點、冷點轉換成真實、清晰的圖像。相對于其它醫學放射成像中的計量技術而言，核醫學成像計量是更微量、更準確的計量技術。

3計量技術在核醫學成像中的應用

3.1放射性核素藥物活度計量的重要性和計量技術

為了保證進入人體的示蹤劑放射性核素活度準確，達到對人體的傷害少而又有足夠的活度保證成像質量的目的，醫院的核醫學科都配置醫用放射性活度測量儀，簡稱工作活度計，用于定量確定放射性核素活度，作為確定核醫學成像計量參數的依據，是核醫學成像質量保證的重要設備，是核醫學成像質量控制的一個重要環節。對工作活度計的計量技術應用主要是對工作活度計進行檢定/校準。工作活度計由井型高壓電離室、電流測量電路系統等部分組成。測量時將待測的放射性核素放入井型的電離室中，核素發出的射線在電離室中對氣體產生電離，在電場的作用下而產生電離電流經過電子測量電路的處理，顯示出放射性核素的活度。對工作活度計校準是采用標準活度計比較法校準工作活度計的基本誤差。標準活度計的工作原理與工作活度計相同。校準工作活度計的過程是取被檢核素放射性溶液、稀釋制成放射源后，用標準活度計測量該放射源活度值AS作為標準值，用工作活度計測量10次，取平均值為珘A，用式(1)計算工作活度計的基本誤差E。

3.2斷層成像計量參數和成像質量的計量校準

目前，醫院使用的核醫學成像裝置大多數是國外產品，普遍是按照制造商設定的自校程序檢測最大計數率、固有能量分辨率、固有均勻性、空間分辨率和線性，以及旋轉中心漂移等計量參數。由于制造商提供的自校程序都是固定、不可更動的，尚難對這些計量參數進行調整、選擇，或變更校準程序。然而，對核醫學成像中直接反映人體組織變異結果、組織形態分辨能力的項目，如斷層熱點源分辨力和斷層冷點源分辨力，斷層圖像均勻性和線性等等，制造商沒有提供校準設備和校準服務。核醫學成像裝置沒有進行成像質量參數校準，不利于保證應用核醫學成像進行診斷、治療的準確性和可靠性。為此，我們對核醫學成像裝置進行校準方法研究和校準實驗，主要技術方案是以制造商自校程序為基礎校準與成像質量密切相關的計量參數，以校準放射性同位素液體活度和應用模體校準、驗證成像質量。研究和實驗得到醫學工程人員和核醫學臨床專家的支持，研究和實驗結果得到重視，對促進了核醫學成像裝置的質量控制有較好作用。本文以校準一臺單探頭的單光子發射計算機斷層儀為例，敘述研究和實驗情況。

3.3以制造商自校程序和醫院日常質量控制檢測為基礎，校準與成像質量密切相關的計量參數

校準過程的環境條件是:溫度(20±3)℃，大氣壓(80～110)kPa，相對濕度≤65%，無其它放射線及放射核素對測量結果產生附加影響。按照該裝置自動測量程序，旋轉中心漂移校準結果是為1.2mm，固有積分均勻性為2.0%，固有能量分辨率為8.9%;符合該斷層儀的正常使用條件。

3.3.1校準斷層圖像檢測用放射性同位素液體活度和成像質量

3.3.1.1校準放射性同位素液體活度校準和應用模體的注意事項我們采用符合美國國家電氣制造商協會(NEMA)要求的SPECT性能檢測模體，見圖1。模體中注滿經過活度計量校準的放射性同位素液體，放入檢測斷層熱點源分辨力、斷層冷點源分辨力，斷層圖像線性分別使用的插件，見圖2、圖3、圖4。完全液體的部分用于檢測斷層圖像均勻性。實際使用的示蹤劑99mTc，其活度應經過活度計計量，定量可在(370～740)MBq((10～20)mCi)之間，校準值作為確定該裝置自動測量程序中部分測量條件的依據。在將99mTc液體注入模體前應先將其在其它容器中充分攪拌均勻，在將插件逐個放入模體的過程中逐步適量添加液體并充分攪拌，以保證模體內表面和插件所有表面在液體注入的全過程中接觸到的液體濃度盡可能均勻、無附著氣泡。安裝好插件并注入99mTc液體后，模體的蓋板應密封嚴密，外表面應無影響成像的液體沾染。模體水平放置在掃描床上，中心線與掃描床面的中心線相一致。

3.3.1.2圖像掃描和重建圖像，分析成像的校準結果。按照該斷層儀的圖像掃描程序，采用低能高分辨準直器，設置窗寬為20%，預置計數≥500k/幀，360°/6°采集數據，每個斷層采集大于1M計數，矩陣128×128，探頭旋轉半徑25cm;層厚、探頭旋轉速度、放大倍率和濾波函數等均采用常規條件。在圖像掃描和重建圖像后的斷層成像見圖5～圖8，并分析成像的校準結果。圖7斷層冷點分辨力(1)斷層成像均勻性的分析在模體均勻性層面成像(見圖5)作面積不小于200mm2的ROI(感興趣區)，測量像素值計數的最大值Nmax和最小值Nmin，按公式(1)計算均勻性。U=(Nmax－Nmin)(Nmax+Nmin)×100%(2)分析、計算結果為3.8%。(2)斷層熱點分辨力的分析調整窗寬和窗位，在熱點源分辨力成像(見圖6)上讀取可分辨的熱點最小直徑，分析、計算結果為11.4mm。圖8斷層圖像線性(3)斷層冷點分辨力的分析調整窗寬和窗位，在冷點源分辨率成像(見圖7)上讀取可分辨的冷點源最小直徑，分析、計算結果為7.3mm。(4)斷層圖像線性的分析調整窗寬和窗位，在線性成像(見圖8)上觀察32個正交排列的熱點源，在整個橫斷面上應完全水平、垂直對準并清晰顯示，該圖像無明顯偽影和失真。

4檢測方法對保證核醫學成像裝置的質量發揮了很好的作用

我們對單探頭、雙探頭符合線路等多種機型、多種進口型號的SPECT進行了校準實驗，醫學工程人員和臨床專家認為檢測結果直觀、客觀、針對性強，能正確判斷SPECT性能，對于保障SPECT性能起到很好的作用，有利于疾病的正確診斷。

本文作者:李杰工作單位:福建省計量科學研究院