耿义强 刘家金 吴世娜 孙树伟 赵 东 宋敬斌 孙亚兵 王瑞民
(解放军总医院第一医学中心核医学科，北京 100853)
随着核医学技术的发展，正电子发射型计算机断层扫描显像/电子计算机断层显像 (positron emission tomography/computed tomography，PET/CT)设备系统性能均有高度提升，其性能检测方法与标准也在更新[1]。最新的美国国家电器制造协会(National Electrical Manufactures Association, NEMA) NU 2-2018标准加入了对PET时间分辨率和PET/CT配准精度的检测指标[2-3]，为更好评价PET/CT设备性能提供了检测依据。本文主要研究NEMA NU-2 2018标准在西门子Biograph Vision PET/CT的性能检测，评价其结果。
1.1 PET/CT设备
使用西门子Biograph Vision PET/CT，PET部分由80个晶体环组成整个探测器，晶体为硅酸镥，包含60 800块晶体，每个晶体尺寸为3.2 mm×3.2 mm×20 mm，耦合SiPM光电传感器，具有78 cm横向视野和26 cm的轴向视野。
1.2 性能检测
依据NEMA NU-2 2018标准进行PET/CT性能检测。在检测之前进行PET/CT设备重启和探测器设置，并保证活度计和PET/CT设备时钟一致。
1.2.1 空间分辨率检测
在检查床上安装分辨率L形固定器，将3个泡沫支架放在固定器上的(0，1)、(0，10)和(0，20)位置上，先后将1.11MBq的18F点源放置在上述位置，使用系统NEMA 2018采集程序采集点源位于轴向视野1/2和1/8处，采集计数2.40 × 106个，使用滤波反投影重建图像，重建矩阵为440×440×159。
1.2.2 灵敏度检测
将活度为3.93 MBq的氟-18-脱氧葡萄糖(18F-fluorodeoxyglucose,18F-FDG)用注射器灌注到70 cm(3 mL)细胶管中。细胶管放入同心的5个铝套管(外径分别为6.4、9.5、12.7、15.9和19.1 mm,长度70 cm)内，把铝套管放在泡沫固定器上，置于视野中心,用系统NEMA 2018灵敏度程序行数据采集和分析，采集过程中依次取下尺寸最大的铝管，共采集5次，每次采集300s。视野中心采集完成后进行偏移至距视野中心10 cm处检测。
1.2.3 散射分数、计数丢失和随机符合检测
将填充1 300 MBq的18F-FDG的细胶管(长70 cm,内径3 mm)插入散射体模(长70 cm,直径20 cm) 下部4.5 cm处，直径6.4 mm的线源孔。将散射体模置于检查床中心，移床至扫描视野中心位置，用NEMA 2018 AC采集程序对体模进行CT和15 h PET采集，开始采集时活度为1 146.73 MBq，采用NEMA 2018散射软件自动计算散射分数和计数率特征。
1.2.4 飞行时间分辨率、计数丢失和随机符合校准精准度检测
采用NEMA 2018时间分辨率和精准度软件对散射检测采集的数据进行计算。
1.2.5 配准精度检测
将L型定位固定器和模拟患者体质量的115kg配重安装到检查床上，按照NEMA 2018标准对固定器和配重进行定位。用18F-FDG和CT造影剂，制作放射性活度为1 mCi、体积为1.35 mL的点源；
用系统NEMA 2018配准精度程序进行标记位于距床板末端5 cm和100 cm处，点源位于(0，1，1/2轴向视野)、(0，20，1/2轴向视野)和(20，0，1/2轴向视野)的数据采集，每个位置先行低剂量CT采集，后行3 min PET采集。选择采集后的数据，用NEMA 2018配准精度软件处理、分析并与系统接受值进行比较。
装饰板中，高档的产品如雀眼和珍珠木的产品卖势不错，前者标价多在80～110元之间，后者多在90～120元之间;普通装饰板中如水曲柳的产品价格每张在40～55元之间，沙贝利面饰的产品每张30～40元，红橡的饰面则在60元以上，总之进口产品要比国产产品贵出一二十元。
1.2.6 图像质量 、衰减和散射校正精度检测
图像质量检测使用NEMA标准的图像质量体模，其中有6个直径为10、13、17、22、28和37 mm的可灌注空心球体，一个直径为50 mm的低密度填充材料的圆柱体(模拟肺)。检测时，球体和体模腔内分别灌注活度为4∶1(21.2 kBq/mL∶5.3 kBq/mL) 的18F-FDG溶液，形成“热灶”和“背景区”；
在距检查床板末端30 cm处，将图像质量体模置于检查床上的泡沫固定架内。为模拟临床实际情况，将散射模型内插入110 MBq的18F-FDG溶液线源并置于泡沫固定架后，移床使图像质量体模置于视野中心。选择临床常规采集模式，在CT扫描后行237s的PET采集，图像重建采用迭代算法结合点扩散函数校正和飞行时间(time of flight，TOF)技术，用10次迭代5个子集2 mm半高宽的高斯函数后滤波，矩阵为440×440。用NEMA 2018图像质量处理软件得到每个小球的对比度恢复系数、背景变异系数及肺插件残余误差。
2.1 PET空间分辨率
在偏离视野1 cm时，PET的空间分辨率可<4 mm，详见表1。
表1 PET空间分辨率测试结果Tab.1 Result of spatial resolution mm
2.2 灵敏度
在视野中心和轴向10 cm处的灵敏度分别为16.83 kcps/MBq和16.67 kcps/MBq，中心视野处轴向灵敏度变化如图1所示。
2.3 散射分数、计数丢失和随机符合测试
检测结果显示，散射分数、总计数率、真符合计数率、随机符合计数率、散射符合计数率随放射性活度增高而升高，等效噪声计数率随放射性活度增高呈先上升后下降趋势，在放射性浓度为27.37 kBq/mL时，最大等效噪声计数率为258.26 kcps，散射分数为38.58%，详见图2。
图1 中心视野处轴向灵敏度曲线图Fig.1 The axial sensitivity at the center of the field of view NEC:noise equivalent count.
图2 符合计数率性能检测结果示意图Fig.2 The test result of coincidence count rate performance NEC:noise equivalent count.
2.4 飞行时间分辨率、计数丢失和随机符合校准精准度
在放射性浓度为27.37 kBq/mL时，等效噪声计数率达到最大，依据NEMA NU-2 2018检测要求，在相同放射性浓度时，计算出的计数丢失和随机符合校准最大误差为3.9%，飞行时间分辨率为209.82 ps。
2.5 配准精度
表2 PET与CT配准精度Tab.2 PET-CT co-registration accuracy
2.6 图像质量 、衰减和散射校正精度
图像质量模型检测结果显示，小球的对比度恢复系数为88.9%～96.20%，背景变异系数为2.05%～6.80%，平均肺插件残余误差为2.43%，详见表3，10 mm小球对比度恢复系数达到了88.90%。
表3 PET图像质量检测结果Tab.3 PET image quality test %
本文依据最新的NEMA NU 2-2018检测标准对西门子Biograph Vision PET/CT进行检测，发现NEMA NU 2-2018相对之前的NEMA检测标准[4]，在PET/CT设备检测中加入了PET飞行时间分辨率和PET/CT配准精度的指标，且在空间分辨率及图像质量检测部分也作了修改，使检测内容更符合临床实际情况，具有更好的重复性。
PET飞行时间分辨率指系统探测光子对到达探测器的时间差[5]。正电子湮灭辐射一定发生在响应线上，但无法确定湮灭辐射的确切位置[6]，所以在图像重建时每条响应线上对应的事件等权重的分配到该响应线经过的所有路径。但是光子从入射到探测器晶体转换为最后的脉冲信号被记录，经历了多种的不确定因素，所以两个光子并不能同时被记录，常有时间差。各个光子的时间差是不相同的，但总体上服从某种分布，其分布的半高宽即为飞行时间分辨率。本文采用的NEMA NU 2-2018检测标准检测PET固有的飞行时间分辨率，不涉及图像重建过程，通过对散射分数检测数据的分析，获得西门子Biograph Vision PET 209.82 ps的飞行时间分辨率。
PET/CT的优势是将PET的功能代谢图像和CT的解剖结构图像精准地结合起来。虽然现在PET和CT是同机扫描，但是图像融合的精度仍然受到人体器官的位移、扫描床移动所产生的误差影响，所以PET/CT的配准精度对重建图像时的衰减校正和解剖结构的精准定位非常重要[7-8]。本文依据NEMA NU 2-2018标准方法在距床板末端5 cm和100 cm处模拟临床实际情况检测Biograph Vision PET/CT配准精度，得到其性能指标，希望能指导设备的临床应用。
对于空间分辨率的检测,其检测差异主要是由于点源的尺寸和位置所导致[9-10]，18F-FDG点源的制备具有一定的难度，因此在NEMA NU 2-2018中推荐使用22Na点源进行空间分辨率的测量，本实验仍然使用的是尺寸达到要求的18F-FDG点源。相对既往NEMA标准，本文采用的NEMA NU 2-2018标准点源位置为距离FOV中心1、10和20 cm[11]，方向均为Y轴，其检测内容更能体现设备性能。
关于图像质量检测，NEMA NU 2-2018标准将IQ模型中6个球体填充为18F热成像区，原因是考虑在正常的生物组织中并不会出现28、37 mm的冷成像区[12-14]。并且删除了热区和背景放射性活度8∶1的要求，只保留了4∶1的要求。主要是考虑到PET技术的高速发展，高代谢疾病区域均可早期被发现，很少出现活度比为8∶1的情况，而活度比4∶1更能反映设备的高性能和临床实际情况[15]。
因此，NEMA NU 2-2018标准更符合临床实际情况，检测结果更能反映设备性能，从而能更好地指导设备的临床应用。
利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突。
作者贡献声明耿义强：设计研究方案，采集、分析数据，撰写论文；
刘家金：提出研究思路，审定论文；
吴世娜、孙树伟、宋敬斌：采集、分析数据；
赵东、孙亚兵：调查、整理资料；
王瑞民：总体把关，审定论文。