馮澤臣 朱維杰 耿建華 劉 輝 杜國生 婁 云

隨著核醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展，單光子發(fā)射型電子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀(single-photon emission computed tomography，SPECT)的配置數(shù)量不斷增加，只有保證設(shè)備的性能要求，方可滿足臨床影像質(zhì)量。2012年，通過檢測全國十多個(gè)省市數(shù)十家醫(yī)院的40余臺SPECT固有性能測試，不合格率達(dá)到24%[1]；2017年，對某地區(qū)21臺SPECT的性能測試，不合格率達(dá)50%[2]。由此可見，設(shè)備的性能驗(yàn)收檢測、狀態(tài)檢測和常規(guī)質(zhì)量控制檢測至關(guān)重要。

放射診斷設(shè)備和放射治療設(shè)備有系列的質(zhì)量控制檢測規(guī)范，對于核醫(yī)學(xué)SPECT的質(zhì)量控制規(guī)范正在制定中，在SPECT空間分辨性能參數(shù)質(zhì)量控制檢測圖像數(shù)據(jù)分析時(shí)有不同的分析方法，美國電氣制造商協(xié)會(huì)(National Electrical Manufacturers Association，NEMA)NU1-2012建議采取拋物線法[3]。然而，一些SPECT性能分析軟件則采用高斯擬合算法[4-9]。為此，本研究通過分析拋物線算法和高斯算法的兩種數(shù)學(xué)函數(shù)算法的差異，確定合適的算法，為SPECT性能檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。

1 材料與方法

1.1 檢測儀器

采用Symbia型SPECT(德國西門子)，通用型SPECT質(zhì)量控制檢測模體符合NEMA NU1-2012檢測方法要求。

1.2 檢測方法

使用點(diǎn)源和鉛柵采集固有空間分辨力圖像，采集矩陣512×512；使用線源采集系統(tǒng)空間分辨力(采集矩陣512×512)和全身平面空間分辨力圖像(采集矩陣256×1024)。測量方法按照NEMA NU1-2012要求。使用image j對醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信(digital imaging and communications in medicine，DICOM)圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)矩陣獲取，對獲取的數(shù)據(jù)每個(gè)性能參數(shù)隨機(jī)選取10次，分別采取拋物線法和高斯擬合方法確定半高寬(full width at half maximum，F(xiàn)WHM)。

(1)拋物線法。選取數(shù)據(jù)中像素值最大的3個(gè)點(diǎn)解析出a、b、c，計(jì)算像素值的最大值為公式1：

(2)高斯法。高斯擬合按y=a+(b-a)×FWHM=2.35 d。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對拋物線法和高斯擬合方法確定的FWHM進(jìn)行配對t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 固有空間分辨力

(1)在固有空間分辨力采集的圖像中，在圖像縱向方向隨機(jī)選取10個(gè)像素點(diǎn)(如圖1所示)。

圖1 固有空間分辨力采集圖像示圖

(2)固有空間分辨力使用imagej獲取過10個(gè)像素點(diǎn)垂直于鉛柵縫隙的矩陣數(shù)據(jù)見表1。

表1 固有空間分辨力矩陣數(shù)據(jù)

2.2 系統(tǒng)空間分辨力

(1)系統(tǒng)空間分辨力采集的圖像如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)空間分辨力采集圖像示圖

(2)系統(tǒng)空間分辨力的矩陣數(shù)據(jù)見表2。

2.3 全身平面空間分辨力

(1)全身平面空間分辨力采集的圖像如圖3所示。

圖3 全身平面空間分辨力采集圖像示圖

表2 系統(tǒng)空間分辨力矩陣數(shù)據(jù)

表4 FWHM及分辨力大小(mm)

(2)全身平面空間分辨力的矩陣數(shù)據(jù)見表3。

表3 全身平面空間分辨力矩陣數(shù)據(jù)

2.4 FWHM

(1)不同數(shù)學(xué)函數(shù)算法擬合時(shí)，X軸方向?yàn)橄袼攸c(diǎn)，Y軸方向?yàn)橄袼刂担?個(gè)性能參數(shù)高斯算法擬合相關(guān)系數(shù)R2為0.974～0.999，拋物線擬合如圖4所示，高斯擬合如圖5所示。

圖4 拋物線擬合示圖

圖5 高斯擬合示圖

(2)對拋物線法和高斯法獲得的FWHM進(jìn)行配對t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)固有空間分辨力、系統(tǒng)空間分辨力和全身平面空間分辨力的P值分別為0.0001、0.057和0.075；根據(jù)DICOM信息得到每個(gè)像素點(diǎn)大小，對于512×512矩陣為1.2 mm，256×256矩陣為2.4 mm。分別按拋物線法和高斯法計(jì)算出的FWHM見表4。

3 討論

為提高數(shù)據(jù)擬合的準(zhǔn)確性，像素點(diǎn)的選取覆蓋了最大像素值的十分之一，3個(gè)性能參數(shù)高斯算法擬合相關(guān)系數(shù)R2值為0.974～0.999。系統(tǒng)空間分辨力高斯擬合R2值多數(shù)＜0.99，其原因分析應(yīng)為計(jì)數(shù)過低，應(yīng)增加采集計(jì)數(shù)，為減小采集時(shí)間可采用256×256矩陣。

對拋物線法和高斯法獲得的FWHM進(jìn)行配對t檢驗(yàn)，固有空間分辨力、系統(tǒng)空間分辨力和全身平面空間分辨力的檢驗(yàn)P值分別為0.0001、0.057和0.075，固有空間分辨力差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

崔惠軍等[10]對SPECT檢測的兩種分析軟件測試結(jié)果進(jìn)行了比較，固有空間分辨力、系統(tǒng)空間分辨力的分析結(jié)果存在差異，國內(nèi)大多分析軟件使用高斯算法，高斯算法受選取的像素點(diǎn)數(shù)量影響，對同樣采用高斯算法的軟件由于像素點(diǎn)數(shù)量選取的不同也會(huì)造成結(jié)果不同，而拋物線法計(jì)算的結(jié)果不受像素點(diǎn)數(shù)量影響，NEMA NU1-2012建議采取拋物線法，為保證數(shù)據(jù)可靠并與國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)接軌，對于SPECT空間分辨性能的分析應(yīng)采用拋物線法進(jìn)行分析。