不同采集矩阵与计数对SPECT静态显像的影响

王 猛 金超岭 郑玉民 颜 珏*

[文章编号] 1672-8270(2015)09-0050-04 [中图分类号] R812 [文献标识码] A

不同采集矩阵与计数对SPECT静态显像的影响

王 猛①金超岭①郑玉民①颜 珏①*

[文章编号] 1672-8270(2015)09-0050-04 [中图分类号] R812 [文献标识码] A

目的：研究不同采集矩阵与计数对单光子计算机断层(SPECT)静态显像的影响。方法：通过SPECT/PET NEMA 2001模型，研究不同采集矩阵与不同计数状态下的图像质量，对模型图像的噪声和对比度进行分析。使用线源测定不同采集矩阵的系统分辨率。结果：随着计数的增加，图像的噪声减少；低计数状态下小矩阵图像的对比度优于大矩阵图像；高计数状态下大矩阵图像的对比度优于小矩阵图像。128×128矩阵的半高宽(FWHM)为(10.52±0.86)mm，256×256矩阵的FWHM为(9.47±0.61)mm，512×512矩阵的FWHM为(8.79±0.97)mm。结论：SPECT静态显像时低计数状态下采用小矩阵可以获得相对较高质量的图像，高计数状态下采用大矩阵可以获得相对更高质量的图像；随着采集矩阵的增大，系统分辨率略有提高。

矩阵；计数；伽马照相机；静态显像

单光子计算机断层(single-photon emission computed tomography，SPECT)静态显像是临床核医学常用的一种显像方式，尤其是甲状腺静态显像在甲状腺疾病的诊疗中具有重要的应用价值[1-2]。在临床检查中，采集参数的设置决定了所得图像的质量，进而影响临床诊断的准确率[3-6]。本研究通过模型显像，探讨不同采集矩阵与计数对SPECT静态显像的影响，为临床检查中采集参数的设置提供参考。

1 模型显像设计方法

1.1 显像模型

采用SPECT/PET NEMA 2001模型，其内有直径为10mm、13mm、17mm、22mm、28mm和37mm的6个空心球体，且所有球心在同一平面上。线源采用内径为1mm，长度为300mm的毛细管，并配备一个100mm高的有机玻璃支架。

1.2 显像方法

采用西门子Symbia T2SPECT仪，配备低能高分辨准直器进行显像。①将SPECT/PET NEMA 2001模型充满99TcmO4溶液(74 MBq)，充分混匀后水平置于视野中心，且贴近探头固定不动，固定采集zoom为1.45，能峰为140 keV，窗宽为20%，以1号探头为基准，选择128×128、256×256和512×512三种矩阵，并分别采集计数为100 K、200 K、300 K、400 K、500 K、600 K、700 K、800 K、900 K、1000 K、1100 K以及1200 K的图像各12幅；②将两根线源灌入99TcmO4溶液(37 MBq)，相距50mm平行放置在有机玻璃支架上，将支架和线源放在1号探头的准直器正中，使两线源之间的中心线与探测器的X轴重合，固定采集zoom为1.0，能峰为140 keV，窗宽为20%，设置采集计数为1000 K，分别选用128×128、256×256和512×512三种矩阵采集线源图像，使两线源之间的中心线再与探测器的Y轴重合，重复以上静态显像[7]。

1.3 图像处理

所有图像统一使用西门子e.soft Version：2.1.6.5内置的重建方法进行后重建，滤波窗函数为Butterworth窗，阶数设定为4，截止频率设定为0.6。①记录每幅美国国家电气制造商协会(NEMA)模型图像的标准差(STD)和平均计数(MEAN)；②对所有图像直径为17mm的球形“冷区”进行勾画与球体直径(17mm)大小相等的圆形感兴趣区(regions of interest，ROI)，并记录各ROI的计数(CCj)；对所有图像直径为17mm的球形“冷区”周围的高活性“本底区”勾画大小、位置相同的ROI，且大小与“冷区”ROI一致，并记录各ROI的计数(CBj)[8]；③将X方向放置的线源图像垂直线源的中心做一条剖面线，并记录该线上各点的计数值。

1.4 数据处理

根据NEMA模型图像的标准差(STD)和平均计数(MEAN)，计算图像的噪声(N)为公式1：

数值越大，对探测病变的干扰也就越大，根据球形“冷区”ROI及其对应的“本底区”ROI计数，计算模型图像“冷区”的对比度(QCj)为公式2：

式中CCj=j小球ROI内的计数，CBj=j小球本底ROI内的计数，比较模型显像在不同采集矩阵及不同计数状态时图像的噪声和图像对比度的差异[9-13]。

X方向放置的两线源的剖面线上各点计数值构成双峰曲线，对各峰值曲线采用插值法分别计算出半高宽(full width at half maximum，FWHM)，并记为X1、X2，用同样的方法处理Y方向放置的线源的数据，并把得到的两个FWHM记为Y1、Y2，最后取4个FWHM的平均数，并比较不同采集矩阵的FWHM的差异。

1.5 图像分析

由3位经验丰富的核医学医师阅读所有平均计数(NEMA)模型图像，比较不同采集矩阵及不同计数状态时对“冷区”小球的分辨能力，以对“冷区”小球边界显示的清晰程度作为评价标准，以至少两位医师的一致意见为最终结果。

1.6 统计学方法

采用SPSS 17.0统计学软件，对每组数据进行Q值检验，以舍去个别可疑值，对两组数据间的比较进行配对t检验，对多组数据间的比较进行方差分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

(1)采用128×128矩阵采集，低于400 K时图像的噪声随着采集计数的增加降低较明显，＞400 K后图像的噪声变化较小；采用256×256矩阵采集，＜600 K时图像的噪声随着采集计数的增加降低较明显，＞600 K后图像的噪声变化较小；采用512×512矩阵采集，＜800 K时图像的噪声随着采集计数的增加降低较明显，＞800 K后图像的噪声变化较小(见表1、如图1所示)。

表1 不同采集计数和矩阵图像的噪声

图1 不同矩阵噪声与计数的关系曲线图

(2)采集计数＜500 K时，采用128×128矩阵采集的图像的对比度依次优于256×256矩阵和512×512矩阵采集的图像，其差异有统计学意义(t=2.346，t=3.156；P＜0.05)；采集计数＞800 K时，采用512×512矩阵采集的图像的对比度依次优于256×256矩阵和128×128矩阵采集的图像，其差异有统计学意义(t=2.524，t=3.213；P＜0.05)，见表2、如图2所示。

表2 不同采集计数和矩阵冷区的对比度

图2 不同矩阵对比度与计数的关系曲线图

(3)在高计数(＞800 K)状态下，采用512×512矩阵采集的图像对“冷区”小球显示清晰，对比度良好，其整体图像质量优于其他图像，但是在低计数(＜400 K)状态下，其图像对“冷区”小球显示模糊，图像噪声明显增加，对比度下降，整体图像质量较其他图像明显变差(如图3所示)。

图3 不同采集矩阵和计数模型图

(4)采用128×128矩阵，FWHM为(10.52±0.86) mm；采用256×256矩阵，FWHM为(9.47±0.61)mm；采用512×512矩阵，FWHM为(8.79±0.97)mm(见表3)。由此可见，随着采集矩阵的增大，系统分辨率略有提高。

表3 不同矩阵的FWHM(mm)

3 讨论

在核医学SPECT静态显像的采集中存在选择矩阵大小的问题，而矩阵大小应根据探头的系统分辨率来决定。探头的系统分辨率R2=Ri2＋Rc2(Ri为固有分辨率，Rc为准直器分辨率)。由于固有分辨率高于准直器分辨率，因此系统分辨率主要是由准直器分辨率来决定。准直器分辨率和探测距离有关系，探测距离越小其分辨率越高，当探测距离为零时，低能高分辨准直器的分辨率为6.3mm，根据工程技术学领域的奈奎斯特定理[14-15]此时采集矩阵的像素值应小于准直器分辨率的一半，即3.15mm。探头的有效视野一般为400mm×400mm，因此128×128矩阵的像素值为3.125mm，64×64矩阵的像素值为6.25mm。由此可见，在SPECT静态显像的采集中如应用低能高分辨准直器，采集矩阵应＞64×64。图像采集矩阵确定后应进一步确定采集计数。根据本研究的模型试验结果，当SPECT静态显像的采集矩阵固定时，采集计数越大，每个像素的平均计数越大，统计误差就越小，量子噪声也就随之减少；当采集计数固定时，矩阵越大每个像素的平均计数就越小，统计误差越大，量子噪声也就随之增多。

4 结语

任志刚等[16]报道，在SPECT静态显像中建议使用大矩阵采集，本研究结果提示，随着矩阵从128×128上升到256×256和512×512，系统的分辨率尚未出现理论上的“随着每次矩阵的放大，分辨率会上升4倍”，而实际结果是系统分辨率略有提高。当使用大矩阵512×512采集时，只有采集足够的计数(≥800 K)才可以获得低噪声、高对比度的图像，当采集时间受限不能采集足够的计数时则需使用小矩阵，这样可以降低图像的噪声，并提高图像的对比度。

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Influence of matrix and counts on gamma camera static imaging/WANG Meng, JIN Chao-ling, ZHENG Yu-min, et al// China Medical Equipment,2015,12(9)∶50-53.

Objective∶ To investigate the influence of different acquisition matrix and counts on Gamma camera static imaging. Methods∶ 1)The image quality under different acquisition matrix and counts was studied on the SPECT/PET NEMA 2001 model, we analyzed the influence of different acquisition matrix and counts on the noise and contrast. 2)We use the linear source to determine the system resolution in different acquisition matrix. Results∶ 1)With each increase in acquisition counts, the noise will decrease; The use of small matrix and low counts can get low noise images; and the use of large matrix and high counts can get high spatial resolution images. 2)The FWHM(mm) with 128×128, 256×256, 512×512 matrix were respectively 10.52±0.86, 9.47±0.61, 8.79±0.97. Conclusion∶ In a static collection process, the use of small matrix and low counts can get high quality images and the use of large matrix and high counts can get better effectiveness of images; with each increase in the matrix, the system resolution will increase slightly.

Matrix; Counts; Gamma camera; Static imaging

王猛,男,(1986- ),本科学历，技师，中日友好医院核医学科，从事核医学设备的质量管理工作。

2015-01-10

①中日友好医院核医学科 北京 100029

*通讯作者：jinyu860417@163.com

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.09.015

[First-author’s address] Department of Nuclear Medicine, China-Japan Friendship Hospital, Beijing 100029, China.