mCT-Flow PET/CT性能测试及与mCT-S64-4R和16HR的比较

潘禾戎 ，姚 杰，戚 鸣 ，茅娟莉，姚之丰 ，宋少莉 , ，章英剑 , ，张建平 , , 7

1. 复旦大学附属肿瘤医院核医学科，复旦大学上海医学院肿瘤学系，上海 200032；

2. 复旦大学生物医学影像研究中心，上海 200032；

3. 上海分子影像探针工程技术研究中心，上海 200032；

4. 上海市疾病预防控制中心，上海 200336；

5. 海军军医大学附属长海医院核医学科，上海 200433；

6. 上海市质子重离子医院核医学科，上海 201315；

7. 复旦大学核物理与离子束应用教育部重点实验室，上海 200433

正电子发射计算机体层显像仪（positron emission tomography and computed tomography，PET/CT）在中国装机数量逐年增多，各大主要生产厂商均推出了具有最新技术的PET/CT。设备的性能测试非常重要，有多项研究［1-7］测试了各厂家设备的性能。本文基于上海市疾病预防控制中心对复旦大学附属肿瘤医院核医学科新安装的德国Siemens公司的mCT-Flow PET/CT的性能测试结果，与早先测试过的德国Siemens公司Biograph系列的mCT-S64-4R（简称mCT）及16HR的测试结果进行了比较研究。mCT-Flow PET部分测试标准主要参照《放射性核素成像设备性能与试验规则第1部分：正电子发射断层成像装置》（GB/T 18988.1—2013）［8］，该标准与美国国家电气制造商协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）NU2-2007类似；CT部分测试标准参照《X射线计算机断层摄影装置质量保证检测规范》（GB 17589—2011）［9］。

1 资料和方法

1.1 仪器、模型和放射性核素

mCT-Flow PET/CT系统的机架孔径为78 cm。PET轴向视野为22.1 cm，探头由4个探测器环组成，每个环则由48个探测模块组成，而每个模块又由13×13排列的硅酸镥晶体（4 mm×4 mm×20 mm）组成，最终构成了109个图像层（层厚为2.027 mm）。双光子探测的符合时间窗为4.1 ns，能量窗为435～650 keV。CT为64层CT系统（Siemens SOMATOM Definition AS+），球管型号为straton mx，探测器为32排64层。本研究使用标准的NEMA测试模型及配件，包括聚四氟乙烯散射分数模体、内径为1 mm的毛细玻璃管、聚乙烯胶管和厂方提供的专用支架。放射性核素为18F溶液。CT标准测试模型包括Catphan 500模体、直径为16 cm的头部模体和直径为32 cm的体部模体。水的CT值使用标准水模。

1.2 方法

1.2.1 空间分辨率测试

用毛细管制成放射性浓度为12.02 MBq、长度为1 mm的18F点源，置于（X，Y）坐标，此（X，Y）分别为（0 cm，1 cm）、（0 cm，10 cm）和（10 cm，0 cm）。后将其分别置于轴向1/2 FOV和3/4 FOV处，测量上述3个位置及3个方向的半高宽（full width at half maximum，FWHM）。设定采集计数后开始采集，采集结束后自动重建并处理数据。

1.2.2 散射分数、真符合计数率、散射符合计数率、随机符合计数率及噪声等效计数率（noise equivalent count rate，NECR）测试

测试使用聚四氟乙烯圆柱体标准模体，其直径为203 mm、长度为700 mm。距圆柱体中心45 mm处，沿模型长轴有一直径为6.4 mm的圆柱，柱内可插入一根聚乙烯胶管（内径为3.2 mm、外径为4.8 mm、长度为800 mm），于胶管内注入1 009.30 MBq的18F溶液。使用NEMA NECR 协议采集，采集时间设为15 h。

1.2.3 系统灵敏度测试

使用长70 cm、总屏蔽厚度为1.25 cm的5层铝套管与细胶管组成的模体。将其分别置于有效FOV中心和偏离中心10 cm处，待放射性浓度分别为7.75和5.97 MBq时开始测量。系统灵敏度测定在没有计数率损失的前提下，设备对一定浓度的正电子核素放射源所探测到的符合事件率。

1.2.4 CT性能测试

CT的测试项目包括定位光精度、噪声、图像均匀性、重建层厚偏差、高对比分辨率、低对比可探测能力、CT值线性、诊断床定位精度、CT剂量指数和水的CT值。其中，前7项使用Catphan 500 模体。CT剂量指数使用直径为16 cm的头部模体和直径为32 cm的体部模体。水的CT值使用标准水模。所用仪器性能评价软件基于NEMA NU2-2007。

2 结 果

2.1 空间分辨率

3台设备空间分辨率见表1。

表1 mCT-Flow、mCT 和16HR在距FOV中心1和10 cm处的FWHM

2.2 散射分数、真符合计数率、散射符合计数率、随机符合计数率及NECR

mCT-Flow的散射分数为35%。真实计数率与散射计数率随源浓度变化的曲线见图1。总计数率和随机符合计数率见图2。当放射性浓度逐渐升高时，真符合计数率成正比升高，当浓度达到12 kBq/mL时，真符合计数率不再与浓度升高成正比。同样，随着源放射性浓度的升高，散射符合计数率在12 kBq/mL以下时基本成正比增加，而后增加速率逐渐下降。总符合计数率与源的平均浓度在很宽的范围内（0～45 kBq/mL）均成正比，而随机符合计数率随源浓度的增加其速率增加逐渐加快。NECR曲线见图3。当平均浓度达到0.021 MBq/mL及k=1时，NECR峰值为117 kcps，当平均浓度达到0.027 MBq/mL及k=0时，NECR峰值为165 kcps。

图1 真实计数率和散射计数率比较

图3 峰值NECR比较

2.3 系统灵敏度及CT性能

如图4所示，源在探头有效FOV中心处时，mCT-Flow的灵敏度为9.24 cps/kBq，源在偏离中心10 cm处的灵敏度为9.14 cps/kBq。CT性能如表2所示，各项指标均在标准范围内。

表2 CT性能测试结果

图4 灵敏度比较

3 讨 论

随着飞行时间（time of flight，TOF）及点扩展函数技术（point spread function，PSF）的推出，PET/CT的信噪比及空间分辨率进一步提高，获得的图像越来越清晰，使用的放射性药物浓度也进一步减少［12-14］。德国Siemens公司率先推出了Flow技术，使得PET/CT采集不受床位的限制，甚至可实现全身4D动态采集。但其主要技术指标在特定环境下的性能尚不清楚，本文对复旦大学附属肿瘤医院核医学科新装的1台mCTFlow进行了性能测试，并与我们先前在完全相近条件、相同处理、同一标准下测试过的2台同厂商的其他机型进行了对比。

空间分辨率表征PET系统分辨2个相邻点源的能力，用点源扩展函数FWHM表示。测试结果如表1所示，mCT-Flow 在距FOV中心1 cm处的横断面分辨率（4.51 mm）略低于mCT（4.30 mm）和16HR（4.10 mm），而在轴向则略高于后者（分别为4.41、4.60和4.70 mm）。10 cm处，在径向和轴向上的分辨率均略低于mCT和16HR（分别为5.14、4.90、5.00 mm和5.99、5.90、5.40 mm），而在切向上mCT-Flow则略高（分别为4.60、4.70和4.70 mm）。

计数率特征可反映出在较宽浓度范围内，计数率随着源浓度的变化而变化的特征。具体可通过测量总符合计数率、真实符合计数率、随机符合计数率、散射符合计数率和NECR随源浓度的变化特征反映。从测试结果可知，随着放射源浓度的增加，总符合计数率在比较宽范围内与源浓度成正比，相较于16HR，mCT-Flow和mCT的线性更好（图2），说明可探测正电子核素种类、浓度范围更广。3台设备的真符合计数率和散射符合计数率在低浓度区与源浓度成正比，而在高浓度区，计数率的增加速率逐渐下降，随机符合计数率则随着源浓度的增加其增加速率逐渐加快（图1）。NECR定义为在无散射和随机符合计数条件下，达到同样的信噪比所需真符合计数，可用于衡量噪声、评估PET图像质量，可认为NECR相等的两幅图像的信噪比相等。从本测试（图3）可知，mCT-Flow的NECR在源浓度为0.021 MBq/mL且k为1时或源浓度为0.027 MBq/mL而k=0时达到饱和，此时再提高源浓度，图像的信噪比不会提高反而会下降。该结果与mCT相近而数值高于HR16，提高了约125%［10］。可以推断，对于50 kg的人体，如果其放射性分布可视为均匀分布，则注射的药量最高剂量应低于1 050 MBq （28.37 mCi），此时NECR达到饱和（k=1）。因此，如进行C-11正电子药物显像，其药量不应因半衰期很短而给予太高。NECR的大幅提高可实现大剂量注射，从而明显改善大体积患者的图像质量。此外，我们发现在测量范围（0～44 kBq/mL）内，即使NECR达到饱和，mCT-Flow PET的真实计数率和总计数率仍保持上升趋势（图1、2），并没有达到饱和［15-16］。

散射分数是散射符合计数在总符合计数中所占百分比，用来表征PET系统对散射符合计数的灵敏程度，散射分数越高，则系统剔除散射符合计数的能力就越弱。由本文的测试结果可知，mCT-Flow的散射分数为35%与16 HR（34%）相近［11］，略低于mCT（37%）［10］，表明其剔除散射符合计数的能力较强。

在一定的统计误差（总计数）条件下，灵敏度决定了PET显像剂的使用剂量及扫描时间和方式。从图4A可看出，mCT-Flow 3D采集时，其轴向FOV灵敏度计数率分布呈三角形（图4B），设备边缘处灵敏度较低，中心处较高，同其他设备3D采集时一样极不均匀，提示在多床位采集时，床位之间需重叠采集范围较大，以达到床位边缘与中心均匀性相等。而16HR灵敏度计数率分布呈梯形（图4C），中间层面的均匀性相同。因此，为达到各层面均匀，mCT-Flow目前默认的重叠采集区域达到50%，16HR重叠则为25%。此外，从测试结果可知，mCT-Flow灵敏度在FOV中心处为9.24 kcps/kBq，结果与Rausch等［17］测试结果（9.6 kcps/MBq）相近，与mCT相比［10］，灵敏度低约7.7%（0 cm处）和11.8%（10 cm处），这可能是设备之间差异所造成。与16HR相比［11］，灵敏度分别提高了51.9%和49.6%。设备灵敏度的提高可能与PET探测环数的增加有关，由原来的39环增加到现在的52环，相应轴向FOV增加了5.4 cm，从而使得符合探测线角度增大2.9°。灵敏度的提高，可缩短采集时间和减少药物注射量。总之，mCT-Flow与mCT性能相近，但mCT-Flow增加了连续进床的新功能，两者性能均优于早期的HR16。