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1計(jì)量技術(shù)為醫(yī)學(xué)放射成像提供技術(shù)保障

醫(yī)學(xué)放射成像技術(shù)中，計(jì)量發(fā)揮著非常重要的技術(shù)保障作用。常規(guī)X射線(xiàn)機(jī)、數(shù)字X射線(xiàn)機(jī)等X射線(xiàn)攝影裝置利用X射線(xiàn)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(tài)的不同，實(shí)現(xiàn)人體組織成像。X射線(xiàn)的輻射輸出的質(zhì)、輸出的重復(fù)性、輸出的線(xiàn)性，以及X射線(xiàn)管的電壓和電流等計(jì)量參數(shù)是X射線(xiàn)攝影裝置的成像質(zhì)量的重要保障。醫(yī)用診斷計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置(通常稱(chēng)作CT機(jī))，用探測(cè)器測(cè)量X射線(xiàn)通過(guò)人體臟器斷層時(shí)沿X射線(xiàn)路徑的總的衰減系數(shù)，將射線(xiàn)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)數(shù)字化后由計(jì)算機(jī)處理、計(jì)算出與人體某一層面上臟器的每個(gè)體素相關(guān)的吸收系數(shù)，進(jìn)而用不同灰度的圖像顯示人體臟器的形態(tài)和密度。CT機(jī)的主要計(jì)量參數(shù)有劑量指數(shù)、CT值及其噪聲等等。

2核醫(yī)學(xué)成像的計(jì)量特點(diǎn)和主要參數(shù)

核醫(yī)學(xué)成像的主要成像裝置有單光子發(fā)射型CT(通常稱(chēng)作SPECT)和正電子發(fā)射型CT(通常稱(chēng)作PET)。它利用人體某一器官(或組織)對(duì)特定放射性核素藥物的選擇性吸收或不吸收，儲(chǔ)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(lèi)、特定活度和半衰期的放射性核素示蹤劑。采用探測(cè)器來(lái)探測(cè)示蹤劑在人體內(nèi)的特定器官聚集、發(fā)射出的單光子(γ射線(xiàn))射線(xiàn)并轉(zhuǎn)化成電脈沖信號(hào)，記錄下這樣γ射線(xiàn)信號(hào)的大小和空間分布，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和重建圖像，得到反映人體臟器形態(tài)和組織功能特征的醫(yī)學(xué)圖像。示蹤劑聚集多的部位發(fā)射的單光子射線(xiàn)能量強(qiáng)，呈現(xiàn)較亮的圖像，通常稱(chēng)之為“熱點(diǎn)”;反之，則稱(chēng)之為“冷點(diǎn)”。核醫(yī)學(xué)成像裝置的計(jì)量參數(shù)有示蹤劑的放射性活度;裝置的最大計(jì)數(shù)率、旋轉(zhuǎn)中心漂移、固有能量分辨率、固有均勻性、空間分辨率和線(xiàn)性等;圖像的斷層熱點(diǎn)源分辨力、斷層冷點(diǎn)源分辨力，以及斷層圖像均勻性和線(xiàn)性等等。從單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像的技術(shù)特征來(lái)看，示蹤劑進(jìn)入人體發(fā)射出的射線(xiàn)對(duì)人體造成的傷害應(yīng)盡量少，尤其應(yīng)當(dāng)靈敏、準(zhǔn)確地計(jì)量這樣微量的單光子射線(xiàn)能量產(chǎn)生的微小電脈沖信號(hào)，應(yīng)當(dāng)將計(jì)量結(jié)果對(duì)應(yīng)的熱點(diǎn)、冷點(diǎn)轉(zhuǎn)換成真實(shí)、清晰的圖像。相對(duì)于其它醫(yī)學(xué)放射成像中的計(jì)量技術(shù)而言，核醫(yī)學(xué)成像計(jì)量是更微量、更準(zhǔn)確的計(jì)量技術(shù)。

3計(jì)量技術(shù)在核醫(yī)學(xué)成像中的應(yīng)用

3.1放射性核素藥物活度計(jì)量的重要性和計(jì)量技術(shù)

為了保證進(jìn)入人體的示蹤劑放射性核素活度準(zhǔn)確，達(dá)到對(duì)人體的傷害少而又有足夠的活度保證成像質(zhì)量的目的，醫(yī)院的核醫(yī)學(xué)科都配置醫(yī)用放射性活度測(cè)量?jī)x，簡(jiǎn)稱(chēng)工作活度計(jì)，用于定量確定放射性核素活度，作為確定核醫(yī)學(xué)成像計(jì)量參數(shù)的依據(jù)，是核醫(yī)學(xué)成像質(zhì)量保證的重要設(shè)備，是核醫(yī)學(xué)成像質(zhì)量控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。對(duì)工作活度計(jì)的計(jì)量技術(shù)應(yīng)用主要是對(duì)工作活度計(jì)進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)。工作活度計(jì)由井型高壓電離室、電流測(cè)量電路系統(tǒng)等部分組成。測(cè)量時(shí)將待測(cè)的放射性核素放入井型的電離室中，核素發(fā)出的射線(xiàn)在電離室中對(duì)氣體產(chǎn)生電離，在電場(chǎng)的作用下而產(chǎn)生電離電流經(jīng)過(guò)電子測(cè)量電路的處理，顯示出放射性核素的活度。對(duì)工作活度計(jì)校準(zhǔn)是采用標(biāo)準(zhǔn)活度計(jì)比較法校準(zhǔn)工作活度計(jì)的基本誤差。標(biāo)準(zhǔn)活度計(jì)的工作原理與工作活度計(jì)相同。校準(zhǔn)工作活度計(jì)的過(guò)程是取被檢核素放射性溶液、稀釋制成放射源后，用標(biāo)準(zhǔn)活度計(jì)測(cè)量該放射源活度值A(chǔ)S作為標(biāo)準(zhǔn)值，用工作活度計(jì)測(cè)量10次，取平均值為珘A，用式(1)計(jì)算工作活度計(jì)的基本誤差E。

3.2斷層成像計(jì)量參數(shù)和成像質(zhì)量的計(jì)量校準(zhǔn)

目前，醫(yī)院使用的核醫(yī)學(xué)成像裝置大多數(shù)是國(guó)外產(chǎn)品，普遍是按照制造商設(shè)定的自校程序檢測(cè)最大計(jì)數(shù)率、固有能量分辨率、固有均勻性、空間分辨率和線(xiàn)性，以及旋轉(zhuǎn)中心漂移等計(jì)量參數(shù)。由于制造商提供的自校程序都是固定、不可更動(dòng)的，尚難對(duì)這些計(jì)量參數(shù)進(jìn)行調(diào)整、選擇，或變更校準(zhǔn)程序。然而，對(duì)核醫(yī)學(xué)成像中直接反映人體組織變異結(jié)果、組織形態(tài)分辨能力的項(xiàng)目，如斷層熱點(diǎn)源分辨力和斷層冷點(diǎn)源分辨力，斷層圖像均勻性和線(xiàn)性等等，制造商沒(méi)有提供校準(zhǔn)設(shè)備和校準(zhǔn)服務(wù)。核醫(yī)學(xué)成像裝置沒(méi)有進(jìn)行成像質(zhì)量參數(shù)校準(zhǔn)，不利于保證應(yīng)用核醫(yī)學(xué)成像進(jìn)行診斷、治療的準(zhǔn)確性和可靠性。為此，我們對(duì)核醫(yī)學(xué)成像裝置進(jìn)行校準(zhǔn)方法研究和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，主要技術(shù)方案是以制造商自校程序?yàn)榛A(chǔ)校準(zhǔn)與成像質(zhì)量密切相關(guān)的計(jì)量參數(shù)，以校準(zhǔn)放射性同位素液體活度和應(yīng)用模體校準(zhǔn)、驗(yàn)證成像質(zhì)量。研究和實(shí)驗(yàn)得到醫(yī)學(xué)工程人員和核醫(yī)學(xué)臨床專(zhuān)家的支持，研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到重視，對(duì)促進(jìn)了核醫(yī)學(xué)成像裝置的質(zhì)量控制有較好作用。本文以校準(zhǔn)一臺(tái)單探頭的單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層儀為例，敘述研究和實(shí)驗(yàn)情況。

3.3以制造商自校程序和醫(yī)院日常質(zhì)量控制檢測(cè)為基礎(chǔ)，校準(zhǔn)與成像質(zhì)量密切相關(guān)的計(jì)量參數(shù)

校準(zhǔn)過(guò)程的環(huán)境條件是:溫度(20±3)℃，大氣壓(80～110)kPa，相對(duì)濕度≤65%，無(wú)其它放射線(xiàn)及放射核素對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生附加影響。按照該裝置自動(dòng)測(cè)量程序，旋轉(zhuǎn)中心漂移校準(zhǔn)結(jié)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(zhǔn)斷層圖像檢測(cè)用放射性同位素液體活度和成像質(zhì)量

3.3.1.1校準(zhǔn)放射性同位素液體活度校準(zhǔn)和應(yīng)用模體的注意事項(xiàng)我們采用符合美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)要求的SPECT性能檢測(cè)模體，見(jiàn)圖1。模體中注滿(mǎn)經(jīng)過(guò)活度計(jì)量校準(zhǔn)的放射性同位素液體，放入檢測(cè)斷層熱點(diǎn)源分辨力、斷層冷點(diǎn)源分辨力，斷層圖像線(xiàn)性分別使用的插件，見(jiàn)圖2、圖3、圖4。完全液體的部分用于檢測(cè)斷層圖像均勻性。實(shí)際使用的示蹤劑99mTc，其活度應(yīng)經(jīng)過(guò)活度計(jì)計(jì)量，定量可在(370～740)MBq((10～20)mCi)之間，校準(zhǔn)值作為確定該裝置自動(dòng)測(cè)量程序中部分測(cè)量條件的依據(jù)。在將99mTc液體注入模體前應(yīng)先將其在其它容器中充分?jǐn)嚢杈鶆?，在將插件逐個(gè)放入模體的過(guò)程中逐步適量添加液體并充分?jǐn)嚢?，以保證模體內(nèi)表面和插件所有表面在液體注入的全過(guò)程中接觸到的液體濃度盡可能均勻、無(wú)附著氣泡。安裝好插件并注入99mTc液體后，模體的蓋板應(yīng)密封嚴(yán)密，外表面應(yīng)無(wú)影響成像的液體沾染。模體水平放置在掃描床上，中心線(xiàn)與掃描床面的中心線(xiàn)相一致。

3.3.1.2圖像掃描和重建圖像，分析成像的校準(zhǔn)結(jié)果。按照該斷層儀的圖像掃描程序，采用低能高分辨準(zhǔn)直器，設(shè)置窗寬為20%，預(yù)置計(jì)數(shù)≥500k/幀，360°/6°采集數(shù)據(jù)，每個(gè)斷層采集大于1M計(jì)數(shù)，矩陣128×128，探頭旋轉(zhuǎn)半徑25cm;層厚、探頭旋轉(zhuǎn)速度、放大倍率和濾波函數(shù)等均采用常規(guī)條件。在圖像掃描和重建圖像后的斷層成像見(jiàn)圖5～圖8，并分析成像的校準(zhǔn)結(jié)果。圖7斷層冷點(diǎn)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(jiàn)圖5)作面積不小于200mm2的ROI(感興趣區(qū))，測(cè)量像素值計(jì)數(shù)的最大值Nmax和最小值Nmin，按公式(1)計(jì)算均勻性。U=(Nmax－Nmin)(Nmax+Nmin)×100%(2)分析、計(jì)算結(jié)果為3.8%。(2)斷層熱點(diǎn)分辨力的分析調(diào)整窗寬和窗位，在熱點(diǎn)源分辨力成像(見(jiàn)圖6)上讀取可分辨的熱點(diǎn)最小直徑，分析、計(jì)算結(jié)果為11.4mm。圖8斷層圖像線(xiàn)性(3)斷層冷點(diǎn)分辨力的分析調(diào)整窗寬和窗位，在冷點(diǎn)源分辨率成像(見(jiàn)圖7)上讀取可分辨的冷點(diǎn)源最小直徑，分析、計(jì)算結(jié)果為7.3mm。(4)斷層圖像線(xiàn)性的分析調(diào)整窗寬和窗位，在線(xiàn)性成像(見(jiàn)圖8)上觀(guān)察32個(gè)正交排列的熱點(diǎn)源，在整個(gè)橫斷面上應(yīng)完全水平、垂直對(duì)準(zhǔn)并清晰顯示，該圖像無(wú)明顯偽影和失真。

4檢測(cè)方法對(duì)保證核醫(yī)學(xué)成像裝置的質(zhì)量發(fā)揮了很好的作用

我們對(duì)單探頭、雙探頭符合線(xiàn)路等多種機(jī)型、多種進(jìn)口型號(hào)的SPECT進(jìn)行了校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)工程人員和臨床專(zhuān)家認(rèn)為檢測(cè)結(jié)果直觀(guān)、客觀(guān)、針對(duì)性強(qiáng)，能正確判斷SPECT性能，對(duì)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(jì)量科學(xué)研究院