正電子發(fā)射計算機斷層儀PET性能測試

1、正電子發(fā)射計算機斷層儀（PET）性能測試（本文譯自Performance Measurements of Positron Emission TomographsNEMA）李小華譯 定義，符號和參考文獻 1.1 定義 軸向FOV（軸向視野，Axial filed-of-view,FOVaxial）平行于PET長軸的最大長度，在此范圍內(nèi)真實符合事件可以被探測。測試模型是一個由純聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）構(gòu)成的正圓柱體，外部直徑為203 3mm，壁厚3 1mm，內(nèi)長190 1mm。兩端蓋板用PMMA材料，可注入水和放置內(nèi)插件（見圖1-1）。測試模型柱體插件為三個正圓柱體模型，每個內(nèi)長190mm+

2、10/-5mm。一個為直徑50 3mm的實心體，由比重在2.13-2.19之間的材料（Polytrafluoroethylene）組成。另外兩個為外部直徑50 3mm的可灌注的空心體，壁厚3 1mm，內(nèi)長至少185mm。在測試模型內(nèi)，這三個直徑50mm的插件放置在一起，它們位于距測試模型中心軸60 3mm的半徑處，相互間隔120 10 ，并與測試模型中心軸平行。對于不用測試模型的測試，有兩種簡單的測試源：可灌注點源是所有尺寸不大于2mm的液體源。 可灌注線源由不銹鋼制作，長度至少等于軸向FOV，其它尺寸不超過 2mm。測試模型線源插件為可灌注的空心體，內(nèi)長至少185mm，其它尺寸不超過 2mm

3、。它可以放置在測試模型內(nèi)的0、45、90mm（ 3mm）的半徑位置，平行于斷層長軸。橫斷FOV（橫斷視野，Transvers filed-of-view,FOVtrans）是垂直于PET的物體成像長軸的最大圓形區(qū)域直徑， 1.2 標準符號 量的描述符號被用于標準中。符號通過它的下標字符xxx表示其在標準中所表示的基本量。所有表達為獨立變量的量被表示為Q(x)，小寫字母x是該變量的定義。軸向響應函數(shù)（Axail Response Function）通過沿斷層軸方向以小間隔增量移動點源進行測試。變異系數(shù)(CVxxx)用于均勻性測試：a.CVi 在一個切面i中所有感興趣區(qū)ROI的變異系數(shù)b.CVvo

4、l 系統(tǒng)中一個確定容積內(nèi)所有ROI的變異系數(shù)c.CVsys 系統(tǒng)中所有切面的變異系數(shù)計數(shù)(Cxxx Counts)符合事件的數(shù)量CROI 二維ROI中的事件 CTOT 事件的總數(shù)量 Ct 被計數(shù)的真實事件數(shù)量 Cs 被計數(shù)的散射事件數(shù)量 Cr 被計數(shù)的隨機事件數(shù)量 非均勻性（NUxxx）一對百分數(shù)（+x%,-y%），用下標字符表示為：UNi 切面i中設(shè)置的2-D區(qū)域的非均勻性 UNvol 系統(tǒng)的一個容積的非均勻性 UNsys 系統(tǒng)內(nèi)所有切面的非均勻性 歸一化軸向響應函數(shù)(Normalized Axial Response Function)用相對點源切面靈敏度除軸向響應函數(shù)每點的計數(shù)率得到。在

5、歸一化軸向響應函數(shù)下的區(qū)域是對立的。峰谷比率(PV)測試靈敏度作為軸向位置函數(shù)的變化。死時間百分率(PDTxxx)丟失計數(shù)作為輸入計數(shù)的百分比。PDTi,j 采集j中切面i的死時間百分比 PDTsys,j 采集j中整個系統(tǒng)的死時間百分比 放射性活度（Axxx Radioactivity）以MBq為單位的核素衰變率，即每秒鐘一百萬次衰變。mCi為可選單位，即即每秒鐘三千七百萬次衰變。 a. A0 初始時間T0的活度b. Aj 第j次采集開始時的活度Aave,j 第j次采集的平均活度 Acal 在時間Tcal的活度 At,peak 最大真實事件率時的活度 At,50% 50%死時間時的活度 At=

6、r 隨機事件率等于真實事件率時的活度 在采集起始時間T0的初始活度通過源的活度Acal按下式估算，活度Acal用活度計或井型計數(shù)器在時間Tcal測定。A0=Acalexp(Tacq-T0)ln2/T1/2)用采集起始時間T0、起始活度A0、核素半衰期T1/2和采集時間Tacq，按下式計算一次采集其間的平均活度：Aacq=A0/ln2(T1/2/Tacq)(1-exp(-Tacq /T1/2)ln2）起始活度Aj通過經(jīng)活度計或井型計數(shù)器測定的Acal、對于第j次采集開始時間Tj的衰變校正，按下式計算：Aj=Acalexp(Tcal-Tj)ln2/T1/2)放射性濃度（axxx Radioacti

7、vity concentration）以mBq/ml為單位的單位容積核素衰變率，即每秒每毫升一百萬次衰變。MCi/ml為可選單位，即即每秒每毫升三千七百萬次衰變。a. a0 初始時間T0的濃度b. aave 平均濃度 c. at,peak 最大真實事件率時的濃度at,50% 50%死時間時的濃度 at=r 隨機事件率等于真實事件率時的濃度 用放射性活度Axxx除以容積V得到在容積V內(nèi)均勻分布的放射性濃度： axxx=Axxx/V平均濃度為：aave=Aave/V核素半衰期（T1/2 Radioisotopic half-live）核素衰減一半所經(jīng)歷的時間。核素18F的T1/2為6,588秒鐘（

8、109.8分鐘，1.830小時）。率（Rxxx Rate）符合事件率，即每秒測量的符合事件，定義為符合計數(shù)除以間隔時間Tacq:Rt=r 隨機事件率等于真實事件率時的真實事件率 濃度率（rxxx Rate per radioactivity concentration）每單位放射性濃度的符合事件率，即每秒每放射性濃度的符合事件,定義為在時間間隔Tacq內(nèi)得到的符合率除以平均濃度 aave：a. rROT 單位平均濃度aave的2DROI內(nèi)事件率b. rTOT 單位平均濃度aave的總事件率c. rt 單位平均濃度aave的真實事件率d. rs 單位平均濃度aave的散射事件率e. rr 單位平

9、均濃度aave的隨機事件率相對點源切面靈敏度(Relative Point Slice Sensitivity)對放射性點源符合事件率的測試，點源活度低于可忽略計數(shù)率丟失時的活度值。相對點源切面或軸向靈敏度為每一軸向響應函數(shù)中所有計數(shù)的總和。殘留散射分數(shù)( SFcorr Remnant scatter fraction)散射校正后重建圖像的誤差。a. SFcorr,i 切面i的殘留散射分數(shù)b. SFcorr,sys 取所有切面平均的整個系統(tǒng)的殘留散射分數(shù) 散射分數(shù)(SF Scatter fraction)斷層視野的橫向ROI中散射符合事件與散射總數(shù)和真實符合事件的比率。靈敏度（S）對放射性源符

10、合事件率的測試，源活度低于可忽略計數(shù)率丟失時的活度值。a. Si 切面i的靈敏度 b. Stot 系統(tǒng)總靈敏度正弦圖（Sinogram）橫斷圖像的2D投影空間表達，2D空間的一維表示距斷層中心的半徑距離，另一維表示投影角度。空間分辨率（FWHMxxx）2D或3D空間脈沖函數(shù)斷層空間響應的半高全寬：a. FWHMrad 橫斷平面的徑向半高全寬b. FWHMtan 橫斷平面的切向半高全寬c. FWHMax 軸向平面的切向半高全寬標準偏差（SDxxx）用于部分的均勻性測試：a. SDi 對切面I中所有ROI，測試值的標準偏差b. SDvol 對系統(tǒng)確定區(qū)域中所有ROI，測試值的標準偏差c. SDsy

11、s 對系統(tǒng)所有切面，測試值的標準偏差時間（Txxx）以秒為單位的相對時間：a. T1/2 一個半衰期的時間間隔b. Tacq,j 采集j的時間間隔c. T0 采集的開始時間d. Tcal 井型計數(shù)器的測量時間容積（V Volume）以毫升為單位的物理容積。1.3 參考出版物Karp et al., “Performance Standards in Positron Emission Tomography” J. Nucl Med 32: 2343-2350F.W.Walker, J.R.Parrington, and F.Feiner, Chart of the Nuclides , 14t

12、h edition, Knolls Atomic Power Laboratory, Revised 19892、總論2.1 目的本標準的目的是確定評價PET性能的步驟。廠家引用這種結(jié)果標準化的測試詳細敘述他們產(chǎn)品的性能水平。這些測試對于工業(yè)生產(chǎn)是有效的，也可以用于比較不同廠家的斷層儀。測試中使用的器件或方法對于大多數(shù)使用者是可行的。因此，這一標準化的測試步驟也可以被用戶用于斷層儀安裝前后的驗收測試。部分測試可用于質(zhì)量控制。對于本步驟內(nèi)容的進一步討論可見Karp等的“Performance Stndard in Positron Emission tomography”2.2 前言標準化委員會

13、努力制定該測試方法，使之能夠適用于目前所有的PET，包括：多環(huán)、連續(xù)探測器和時間飛行。對于可以預期的發(fā)展也盡可能考慮在其中。需要評價性能的斷層儀要具有適合人體的橫斷FOV，以及至少260mm的探測直徑以達到測試步驟目的。測試模型的長度為19.0cm，以滿足小于17.0cm軸向FOV所有斷層切面的性能測試。對于軸向FOV大于17.0cm的斷層儀，測試模型放置在軸的中心位置，僅可得到中心17.0cm的信息。2.3 測試單位國際單位（SI）用于PET性能測試的全部報告。慣用的單位，如mCi，可在標準單位后作為輔助值用括號標出，用于個別的性能報告。2.4 一致性所有的測試必須是在不改變?nèi)魏蝺x器參數(shù)情況

14、下進行，這些參數(shù)是有嚴格的相互依存限制的，除非在一特定的測試中有專門指定。它們包括（但不僅限于）：能窗、符合定時窗、脈沖總和時間、增加空間采樣的移動（如擺動或軸向傳遞）、重建濾波器、像素尺寸、切面厚度、軸向接收角度和軸向平均或平滑。重建濾波器、矩陣和像素尺寸由廠家推薦，并在所有NEMA測試中保持固定，除非在一特定的測試中有專門指定。在進行2-D斷層圖像重建前，大多數(shù)系統(tǒng)將原始測試組織為對應于橫斷切面的平行投影矩陣。這樣會導致在半徑距離增加時，依賴于軸向接收角度的定位錯誤，尤其是在軸向。一些系統(tǒng)通過調(diào)整隔離屏蔽可以改變軸向接收角度，而另一些通過軟件改變角度。對于采集和重建3-D測試的系統(tǒng)，假定它

15、的容積成像可以被分切為平行平面，用于數(shù)據(jù)分析。接收角度由廠家推薦，并在所有NEMA測試中保持固定?？諝庵悬c源的散射線明顯小于人體，然而會有來自鉛屏蔽的散射，它們不會被符合條件所排除。此外，對正電子事件的定位能力依賴于事件的能量，尤其是對于使用晶體-光電倍增管編碼的系統(tǒng)。因此，用于測試的能量窗必須確定，它應廠家推薦設(shè)置，并在所有NEMA斷層性能測試中保持固定。對于使用測試模型的所有測試，假定只有測試模型在FOV中。任何FOV中其它的衰減物資，例如固定材料，也許會影響測試結(jié)果。所以當使用模型進行測試時，測試模型應該懸掛在FOV中。2.4 等價性所有測試要求用18F。由于正電子范圍、活度校準等原因，

16、使用其它核素，如67Ga，有些測試會導致顯著不同的結(jié)果。在測試中不推薦使用18F以外的核素。假定用于測試的活度計或井型探測器已使用國家標準和技術(shù)學會參考源或一個活度與上述參考源相關(guān)的源進行校準。3、空間分辨率（SPATIAL RESOLUSION）3.1 概論系統(tǒng)空間分辨率表示系統(tǒng)分辨兩個經(jīng)圖像重建的點的能力。系統(tǒng)空間分辨率通過在空氣中采集點源或線源，然后使用尖銳的重建濾波器重建圖像的方法進行測試。盡管這種方法并不反映一個物體成像時存在的組織散射和因有限的采集事件而要求的平滑重建濾波器的條件，但它能夠提供各種PET的最佳狀況的比較，指出最高能夠達到的性能。3.2 目的該測試目的是測定一個放射源

17、重建圖像的點擴展函數(shù)（PSF）的寬度，或一個放置在垂直于測試方向的伸延放射源重建圖像的線擴展函數(shù)（LSF）的寬度?？梢允褂命c源和線源。擴展函數(shù)的寬度由其半高寬（FWHM）表示。有兩種方法測試物體在軸向被分辨的程度。一是軸向分辨率，在一個固定點進行測試，僅適用于具有足夠良好軸向采樣（至少小于軸向剖面FWHM的3倍）的PET以產(chǎn)生有效的結(jié)果。二是軸向切面寬度（通常稱為“切面厚度”），通過一個點源沿掃描軸向小間隔遞增移動進行測試，該方法使用于各種PET。3.3 方法對所有系統(tǒng)，空間分辨率在橫斷切面的徑向和切向進行測試。另外，對于軸向采樣小于軸向響應函數(shù)FWHM3倍的系統(tǒng)，應該測試軸向分辨率。橫斷視野

18、（FOV）和圖像矩陣尺寸決定了橫斷切面的像素尺寸。為了精確地測試擴展函數(shù)的寬度，它的FWHM應該至少跨越10個像素。然而，一個典型的腦成像檢查要求260mm的FOV、128128的矩陣和6mm的空間分辨率，這樣FWHM就只跨越3個像素。因此，在重建中，應該使像素尺寸接近1/10的FWHM的期望值，并作為橫斷空間分辨率測試的一個條件。對于容積成像系統(tǒng)，橫斷和軸向體積元尺寸應接近1/10的FWHM的期望值，并作為空間分辨率測試的一個條件。對于所有系統(tǒng)，通過小間隔遞增移動一個放射源獲得響應函數(shù)對軸向切面寬度進行測試，遞增尺寸應接近1/10的FWHM的期望值。這表明一個由計算機控制的掃描床將用放射源的

19、準確定位。3.3.1 核素測試使用的核素是18F，核素的活度使其產(chǎn)生的死時間丟失率或隨機符合率不超過總事件率的5%。3.3.2 放射源分布點源和線源符合在1.1節(jié)定義的要求。3.3.2.1 橫斷分辨率懸掛在空氣中（減少散射）的線源用于測試橫斷空間分辨率。線源平行于斷層長軸，在垂直于斷層長軸的卡笛爾坐標上沿徑向依次間隔50mm放置（見圖3-1）。對于橫斷FOV小于310mm的斷層儀，線源的半徑位置為：r=10,50,100mm；橫斷FOV達到410mm的斷層儀，線源的半徑位置為：r=10,50,100，150mm；大橫斷FOV的斷層儀，線源被放置在9個半徑位置：r=10,50,100，150，2

20、00mm。每個位置得到兩個FWHM，分別為徑向和切向。3.3.2.2 軸向切面寬度懸掛在空氣中的點源響應在所有系統(tǒng)中被測試。點源在整個斷層長度范圍沿軸向做小間隔遞增移動。對于橫斷FOV小于310mm的斷層儀，點源被放置在三個位置為：r=0,50,100mm；橫斷FOV達到410mm的斷層儀，點源被放置在四個位置：r=0,50,100，150mm；大橫斷FOV的斷層儀，點源被放置在五個位置：r=0,50,100，150，200mm（見圖3-2）。點源在軸向的遞增間隔為期望軸向響應函數(shù)FWHM的1/103.3.2.3 軸向分辨率對于軸向采樣間隔小于或等于1/3軸向響應函數(shù)FWHM的斷層儀，軸向空間

21、分辨率由測試懸掛在空氣中的點源決定。點源沿徑向以50mm的間隔放置，起始位置在中心，范圍取決于橫斷FOV，如在軸向切面寬度中的描述。對于橫斷FOV小于310mm的斷層儀取三個位置：r=0,50,100mm；橫斷FOV達到410mm的斷層儀取四個位置：r=0,50,100，150mm；大橫斷FOV的斷層儀取五個位置：r=0,50,100，150，200mm。每個點源以20mm的軸向間隔成像，開始位置在掃描中心，延伸至軸向FOV邊緣內(nèi)10mm。3.3.3 數(shù)據(jù)采集對上述所有源和位置進行采集，每個響應函數(shù)至少采集50,000計數(shù)，每個源的每個切面至少采集50,000計數(shù)。除了切面寬度測試外，可以使用

22、多個放射源進行測試。3.3.4 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)要進行死時間丟失和隨機符合校正。測試使用的核素是18F，核素的活度使其產(chǎn)生的死時間丟失率或隨機符合率不超過總事件率的5%。所有的空間分辨率數(shù)據(jù)采用RAMP濾波器重建，取投影空間確定的Nyquist值為Cutoff值。軸向切面寬度不需重建。3.4 分析在橫斷圖像上，通過計數(shù)分布的峰值位置在兩個正交方向作剖面圖，得到兩個一維的響應函數(shù)。在線源響應函數(shù)上分別計算兩個方向的橫斷空間分辨率FWHM。在最靠近點源的切面上，通過計數(shù)分布的峰值位置沿軸向作容積圖像的剖面圖，得到一個一維的響應函數(shù)。在點源響應函數(shù)上計算軸向空間分辨率FWHM。記錄在每一軸向位置點源的每

23、一平面采集的計數(shù)，作出一維響應函數(shù)。通過該響應函數(shù)確定切面寬度FWHM。該計算在每個半徑位置的點源上重復。它們得到的是軸向響應函數(shù)。FWHM由響應函數(shù)的峰值、最大像素值1/2處相鄰像素間的線性插值確定（見圖3-3）。結(jié)果值用距離（mm）表示，像素尺寸乘以像素數(shù)目得到距離。3.5 報告在各半徑位置取所有切面計算徑向和切向分辨率FWHM的平均值，報告為系統(tǒng)分辨率。軸向切面寬度報告為每一半徑位置所有切面的每種型式（例如，偶數(shù)、奇數(shù)）的平均值。橫斷像素尺寸(mm)和軸向遞增值(mm)也應報告。對于可以進行軸向分辨率測試的系統(tǒng)，軸向分辯率報告為每一半徑位置所有切面的平均值。軸向像素尺寸（mm）也應報告。

24、可灌注放射源的尺寸應報告。4、散射測試（SCATTER MEASUREMENT）4.1 概論正電子湮滅發(fā)射的射線的散射導致錯誤的符合事件定位。設(shè)計和配置不同的PET，對散射有不同的敏感度。4.2 目的測試對于散射的相對系統(tǒng)靈敏度。對于整個斷層儀，散射用散射分數(shù)SF表示；在每一切面中，用散射分數(shù)值表示。4.3 方法測試通過單線源成像進行，線源放置在注水測試模型內(nèi)三個半徑位置。假設(shè)無散射的事件落在每個線源正弦圖圖像中心的40mm寬度內(nèi)。選擇這一寬度的理由是在這個確切的區(qū)域?qū)挾葍?nèi)散射值是相對不敏感的，以及大多數(shù)PET的線源圖像中很少非散射事件會落入20mm以外（見圖4-1）。從散射尾部和40mm寬帶

25、的兩交點所做的線段用于估計散射在該寬帶內(nèi)的量，該線段下的區(qū)域加上寬帶兩側(cè)的分布等于散射估計量。對于均勻分布放射源的散射估計是假定存在一個緩慢變化的徑向依賴。在這一假設(shè)中，斷層儀中心軸處線源的散射分數(shù)測試被用于達到22.5mm半徑的橫截面區(qū)域。距軸線45mm處線源的散射分數(shù)被用于22.5mm至67.5mm之間的環(huán)帶。同樣，距軸線90mm處線源的散射分數(shù)被用于67.5mm至100mm之間的環(huán)帶（見圖4-2）。這三個散射分數(shù)值根據(jù)各自應用的區(qū)域做加權(quán)處理，產(chǎn)生加權(quán)均值。三個環(huán)帶依次為1、8、10.75。4.3.1 核素測試使用的核素是18F，核素的活度使其產(chǎn)生的死時間丟失率或隨機符合率不超過總事件率

26、的5%。4.3.2 放射源分布測試模型注入無放射性的水作為散射介質(zhì)。測試模型內(nèi)依次在0、45、90mm半徑位置插入線源插件，線源平行于柱體模型的軸線。模型置于FOV的軸向和橫向中心。4.3.3 數(shù)據(jù)采集采集每一半徑位置線源的正弦圖數(shù)據(jù)。對于較小的軸向FOV或測試模型位置中心17.0cm內(nèi)，每一切面至少采集200,000計數(shù)。所有采集使用相同的采集時間。4.3.4 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)要進行死時間丟失和隨機符合校正，但不作散射和衰減校正。4.4 分析測試模型兩端1cm內(nèi)的所有切面的正弦圖要進行分析。如果斷層儀的軸向FOV小于17.0cm，所有切面都要被分析。每一正弦圖i內(nèi)所有位置超過測試模型中心12cm

27、外的像素計數(shù)被設(shè)為0。在正弦圖內(nèi)每一投影角度a，尋找具有最大值的像素作為線源響應的中心位置。移動各投影使含有最大計數(shù)的像素對準正弦圖的中心像素。對準后產(chǎn)生一個總投影，總投影中的像素值是每一與總投影像素具有相同徑向偏移的各角度投影像素之和：Cr,i,k=Cr-max,a,i,k式中r是一個投影的像素號碼，-max表示在該投影中具有最大值的像素位置，i表示切面，k=1，2，3，分別表示在半徑0，45，90mm位置的線源?？偼队爸邪瑑蓚€計數(shù)點CL,i,k和CR,i,k（見圖4-1），分別是正弦圖中心40mm寬帶邊緣的左右像素密度。采用線性插值法確定總投影中心像素兩側(cè)20mm處的像素密度。用這兩個像

28、素密度CL,i,k和CR,i,k的平均值乘以40mm寬帶內(nèi)的像素數(shù)目（含小數(shù)值），再加上寬帶外部像素的計數(shù)，得到k位置線源、第i切面的散射計數(shù)CS,i,k?？偼队八邢袼刂迪嗉拥玫绞录傆嫈?shù)Ctot,i,k。對于k位置線源，計算在整個數(shù)據(jù)采集時間間隔TACQ,k期間的平均放射性活度AAVE,k（見1.2節(jié)）。均勻分布放射源的每一切面散射分數(shù)SFi按下式計算：SFi=( CS,i,1/ TACQ,1)+8( CS,i,2/ TACQ,2)+10.75( CS,i,2/ TACQ,2)/( CTOT,i,1/ TACQ,1)+8( CTOT,i,2/ TACQ,2)+10.75( CTOT,i,2

29、/ TACQ,2)式中下標1、2、3分別表示位置在0、45、90mm半徑的線源。4.5 報告對每一切面的測試進行分析，得到SFi列表。取SFi平均值得到均勻放射源的系統(tǒng)散射分數(shù)SF。5、靈敏度測試（sensitivity measurement）5.1 概論靈敏度定義為在忽略計數(shù)率丟失的放射源活度水平下，符合事件的探測率。一些斷層儀的靈敏度隨軸向位置變化，相對靈敏度剖面測試能定量測試這種非均勻性。5.2 目的定義兩種測試步驟。第一種的目的是在任何探頭靈敏度變化校正之前，測試PET每一個圖像平面的平均靈敏度。第二種是測定軸向靈敏度均勻性。測試在低計數(shù)率下進行，以略去隨機和死時間校正。測試不涉及重

30、建中的噪聲散發(fā)，也不涉及來自重建算法的圖像噪聲影響。所以靈敏度測試不能預測重建圖像噪聲。5.3 方法含有已知放射性活度的已知容量水放置在PET的FOV中。測試計數(shù)率，計算系統(tǒng)靈敏度。測試依賴于井型計數(shù)器或活度計的分析精度。要保證這類計數(shù)儀器的絕對校正精度小于10%rms是困難的。如果要求較高的絕對精度，應該考慮正電子發(fā)射的絕對參考標準。相對靈敏度剖面測試使用第3節(jié)的軸向切面寬度測試。測試要作散射分數(shù)校正，以得到真實符合靈敏度，單位為每毫升每衰減計數(shù)（counts per decay-per-ml）。5.3.1 核素測試使用的核素是18F，核素的活度使其產(chǎn)生的死時間丟失率或隨機符合率不超過總事件

31、率的2%。通過測定注入模型的放射性總量（在活度計測量）和模型的容積確定模型內(nèi)的初始活度，也可用經(jīng)校準的井型計數(shù)器測量取自模型的樣本確定初始活度。盡量縮短測定與靈敏度測試之間的時間。5.3.2 放射源分布用于靈敏度測試和相對靈敏度剖面測試的放射源分布描述如下。5.3.2.1 靈敏度測試測試模型灌滿水，無氣泡，加入已知活度的核素。模型置于FOV的軸向和橫斷面中心位置。5.3.2.2 相對靈敏度剖面測試點源懸掛在空氣中，沿斷層儀的整個軸向長度做小間隔遞增移動，測試點源的響應。點源位于斷層儀橫斷面中心，軸向遞增移動間隔為軸向響應函數(shù)FWHM期望值的1/10。測試在所有系統(tǒng)中進行。5.3.3 數(shù)據(jù)采集5

32、.3.3.1 靈敏度測試對于較小的軸向FOV或測試模型位置中心17.0cm內(nèi)的切面，每一切面至少采集200,000計數(shù)。數(shù)據(jù)收集為正弦圖，不需重建。5.3.3.2 相對靈敏度剖面測試每個剖面至少采集50,000計數(shù)，使用第3節(jié)介紹的軸向切面寬度測試方法。5.3.4 數(shù)據(jù)處理對正弦圖做隨機校正和死時間校正，但不做探頭歸一化、衰減校正或散射校正。每個符合事件被記錄為一個僅一次通過斷層FOV的事件計數(shù)。求和每一軸向位置采集的計數(shù)得到一維響應函數(shù)，從而確定軸向響應函數(shù)。5.4 分析5.4.1 靈敏度測試對模型的放射性活度進行衰減校正，確定數(shù)據(jù)采集時間段內(nèi)的平均活度aave（見1.2節(jié)）。在每一切面12

33、0mm半徑內(nèi)，通過求和正弦圖內(nèi)所有像素值得到總計數(shù)Ci,TOT,120mm。用下式得到無散射事件的切面靈敏度Si:Si=( Ci,TOT,120mm/Tacq)(1-SFi)/aAVE)軸向FOV內(nèi)斷層所有切面的Si之總和為總體系統(tǒng)靈敏度STOT。5.4.2 相對靈敏度剖面測試通過求和每個響應函數(shù)的計數(shù)，計算相對點源切面靈敏度。應對每一切面的軸向響應函數(shù)作切面靈敏度變化的歸一化處理，既在每步采集的計數(shù)除以相對點源靈敏度。歸一化后的軸向響應函數(shù)繪制為以mm為單位的距離函數(shù)，并顯示為曲線圖。無需進行用以校正斷層采樣不足的切面厚度的內(nèi)插或反卷積處理。分析歸一化的軸向響應函數(shù)，以確定當點源靠近每一切面

34、中心時剖面的最大值（峰）。每一切面記錄一個最大值。一對交叉切面剖面的像素值記錄為最小值（谷）。對于每個最?。ń徊妫┲礽，峰與谷的比率按下式計算：PVi=(Maximumi+Maximumi+1)/2Minimumi計算平均值PVave。5.5 報告5.5.1 靈敏度對每一切面，在整個軸向FOV列表Si，并報告STOT。5.5.2 相對靈敏度剖面對所有切面繪制歸一化軸向響應函數(shù)，報告相對點源切面靈敏度，以及每一谷i的峰谷比率PVi和平均峰谷比率PVave。6計數(shù)丟失和隨機測試（COUNT LOSSES AND RANDOMS MEASUREMENTS）6.1 概論計數(shù)丟失和隨機率測試表征一臺PE

35、T測試高活度源的精度和重復性。6.2 目的測試在若干放射性活度水平，由于（1）系統(tǒng)死時間，和（2）隨機事件發(fā)生造成的事件丟失。6.3 方法開始測試時，一個活度相對強的源被放置在PET的FOV中。隨著源活度的衰減，隨機事件率的下降比真實事件率的下降迅速，并最終可以被忽略。隨著源活度衰減，系統(tǒng)處理符合事件的效率得到改善，計數(shù)丟失最終可被忽略。在隨機率和計數(shù)丟失可被忽略條件下對真實符合計數(shù)率的測試，可用于估計在高活度水平下的計數(shù)丟失，對系統(tǒng)響應進行校正。該方法的精度受到校正測試中計數(shù)率丟失和隨機率的限制。6.3.1 核素用于這項測試的放射性核素為18F。放射性的活度要足夠大，能夠引起真實計數(shù)率達到5

36、0%的死時間丟失值，并使下述兩項率值的其中一項可被測試： a. Rt,peak 峰值真實計數(shù)率 b. Rt=r 隨機計數(shù)率等于真實計數(shù)率時的真實計數(shù)率注入模型的放射性活度（用校準的活度計測量）和模型的內(nèi)部容積確定了，也可從模型中抽出的樣品（用校準的井型探測器測量）確定模型的放射性初始濃度。 6.3.2 放射源分布 測試模型內(nèi)灌滿水，排除氣泡，加入已測定的核素。模型置于橫向和軸向FOV中央。6.3.3 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集間隔要小于核素半衰期的一半，并直到真實事件的計數(shù)丟失率少于總計數(shù)的1%和隨機率少于真實計數(shù)率的1%。各次的采集持續(xù)時間Tacq,j少于半衰期的1/10。在足夠高的計數(shù)率下至少測試三

37、次，并有足夠長的采集持續(xù)時間，這對于提供合理的統(tǒng)計數(shù)據(jù)避免分析誤差是重要的。因此，期望廠家為他們的斷層儀推薦一個規(guī)程，包括開始放射性濃度、采集次數(shù)和采集持續(xù)時間。6.3.4 數(shù)據(jù)處理對于軸向FOV小于或等于17.0cm的斷層儀，每一切面i的每次采集j產(chǎn)生正弦圖。對于軸向FOV大于17.0cm的斷層儀，正弦圖在中心17.0cm內(nèi)產(chǎn)生。測試中不進行探頭靈敏度、探頭移動（例如擺動）、隨機、散射、死時間或衰減的校正。6.4 分析計算每一采集j的平均活度Aave,j和平均放射濃度aave,j（見1.2節(jié)）。6.4.1 死時間測試在全部視野中，求和每個正弦圖的計數(shù)。根據(jù)斷層儀的設(shè)計，這一步驟產(chǎn)生Ct+s+

38、r,i,j或Ct+s,i,j，即在第j次采集的第i個切面的計數(shù)。從Ct+s+r,I,j中減去隨機計數(shù)Cr,i,j得到Ct+s,i,j。根據(jù)廠家的推薦，Cr,i,j可以通過標準的處理技術(shù)獲得，例如測試單符合和延遲符合。用下式計算真實及散射計數(shù)率Rt+s,i,j：Rt+s,i,j=（Ct+s,i,j/Tacq,j）對每一切面i，計算RExtr,I,j，如果已經(jīng)沒有死時間丟失RExtr,I,j應已在采集j被測試。為了減少統(tǒng)計漲落影響，RExtr,I,j按下式計算：RExtr,I,j=（Aave,j/3） ( Rt+s,i,k/ Aave,k)K= 1表示最低活度的采集。對于每一采集j的每一切面i，死

39、時間百分率PDTi,j按下式計算：PDTi,j=100-100(Rt+s,i,j /RExtr,I,j)%在每一切面i，線性插值用于確定死時間百分率PDTi,j=50%時的放射性濃度。6.4.2 真實事件率測試在每一切面劃一個寬度240mm，跨越所有角度的矩形感興趣區(qū)ROIi，中心對準正弦圖的徑向軸。求和每一正弦圖ROI的計數(shù)。依據(jù)斷層儀設(shè)計的不同，這一過程將產(chǎn)生CROI,i+s+r,i,j或CROI,t+s,i,j，即第j次采集的第i切面的計數(shù)。從CROI,i+s+r,i,j減去隨機計數(shù)CROI,r,i,j 得到CROI,i+s,i,j。真實計數(shù)率RROI,t,i,j按下試計算：RROI,t

40、,i,j= (CROI,i+s,i,j/Tacq,j)(1-SFi)SFI為第4節(jié)所介紹的散射分數(shù)。隨機計數(shù)率為：= CROI,r,i,j/ Tacq,j對于沒有死時間丟失的采集j，計算每一切面I的RROI,Extr,i,j。為了減少統(tǒng)計誤差，RROI,Extr,i,j按下試得到：=(Aave,j/3) RROI,t,i,k/ Aave,kk=1為最低活度的采集。在每一切面i，用線性插值計算當真實計算率等于隨機計數(shù)率時的計數(shù)率和濃度。按下試計算系統(tǒng)真實計數(shù)率RROI,t,sys,j：RROI,t,sys,j= RROI,t,i,jI是軸向FOV內(nèi)的切面數(shù)目，F(xiàn)OV等于或小于17.0cm。按下試

41、計算系統(tǒng)隨機計數(shù)率RROI,r,sys,j：RROI,r,sys,j= RROI,r,i,jI是軸向FOV內(nèi)的切面數(shù)目，F(xiàn)OV等于或小于17.0cm。用線性插值計算當系統(tǒng)真實計算率等于隨機計數(shù)率時的計數(shù)率和濃度。計算系統(tǒng)RROI,Extr,sys,j：RROI,Extr,sys,j= RROI,Extr,i,jI是軸向FOV內(nèi)的切面數(shù)目，F(xiàn)OV等于或小于17.0cm。6.5 報告6.5.1 死時間測試對于每一切面i，列出死時間率PDTi等于50%的濃度。畫出濃度對于死時間率的函數(shù)，報告系統(tǒng)死時間率PDTsys等于50%的濃度。6.5.2 真實事件率測試對于每一切面i，列出下述兩組參數(shù)中較小的一

42、組：真實率RROI,t,i 等于隨機率RROI,r,i時的真實率RROI,t,i。 真實率RROI,t,i 等于峰值或飽和時的真實率RROI,t,peak,i。 對于系統(tǒng)，畫出下述三個作為放射源濃度aave,j的量： a. RROI,t,sys,j 系統(tǒng)真實率b. RROI,r,sys,j 系統(tǒng)隨機率c. RROI,Extr,sys,j 外延系統(tǒng)真實率對于系統(tǒng)，也要報告下述兩組參數(shù)中較小的一組：真實率RROI,t,sys等于隨機率RROI,r,sys時的真實率RROI,t,sys。 真實率RROI,t,sys 等于峰值或飽和時的真實率RROI,t,peak,sys。 同時列出對應的活性濃度。7

43、均勻性測試（UNIFORMITY MEASUREMENTS）7.1 概論系統(tǒng)均勻性描述在FOV內(nèi)，測量不依賴于位置的能力。PET視野FOV內(nèi)，對均勻分布核素的均勻性響應偏差形成偽影，它限制定量分析放射性物質(zhì)分布的能力。這些偏差的測試指出非均勻性的程度，小的值表示均勻性較好。7.2 目的該測試的目的是提供在一定的成像平面和體積中探測到的測量的平均偏差，以及最大偏差。7.3 方法一個內(nèi)裝有均勻分布核素的、伸延在斷層軸向視野的和限定直徑的正圓柱模型的斷層圖是均勻性響應的有效測試方法。測試分析前必須進行自衰減校正。至少有兩種衰減校正方法：通過一個或多個外部源的穿透測量；通過圓柱體數(shù)學描述，由已知介質(zhì)衰

44、減率導出衰減校正的估計。計算的衰減方法不受外部非均勻性的影響，在測試中選用在方法能獲得更高的PET固有均勻性精度。7.3.1 核素測試使用的核素是18F，核素的活度使其在采集開始時產(chǎn)生的死時間丟失率或隨機符合率不超過總事件率的20%。7.7.2 放射源分布測試模型注滿水，排出空氣，加入經(jīng)測定活度的放射性核素。模型放置在FOV軸向中心位置偏離中心軸25mm處。7.3.3 數(shù)據(jù)采集模型采集時間要保證每一平面的平均計數(shù)不小于20M。7.3.4 數(shù)據(jù)處理對于軸向FOV小于17.0cm的斷層儀，所有切面要被重建。如果軸向FOV大于17.0cm，僅重建落入中心17.0cm范圍內(nèi)的切面。應用所有校正（歸一化

45、、切面靈敏度、死時間、隨機和散射），除非儀器不提供。使用計算的衰減校正方法。衰減系數(shù)應與其它測試相同，并按下述方法報告其數(shù)值。采用標準矩陣和像素尺寸，以及截止頻率為Nyquist頻率的ramp濾波器進行重建，Nyquist頻率在投影空間確定。 7.4 分析相對靈敏度測試方法：在模型圖像中心做直徑175mm的圓，圓內(nèi)用正交直線劃分為邊長大約10mm的方形區(qū)域，區(qū)域互不覆蓋。在每個方形區(qū)域中，邊長小于或等于10mm，區(qū)域內(nèi)的像素數(shù)目應為整數(shù)。僅測試完整的方形區(qū)域，忽略圍繞邊緣的不完整方形區(qū)域（見圖7-1）。7.4.1 切面均勻性在每一重建切面計算切面內(nèi)均勻性：最大和最小百分比非均勻性NUi：+10

46、0(Max(Ck)-Ave(Ck)/ Ave(Ck)%-100(Ave(Ck)-Min(Ck)/ Ave(Ck)%在每一切面i對于方形區(qū)域k:Max(Ck)=最大計數(shù)，Ave(Ck)=平均計數(shù)，Min(Ck)=最小計數(shù)。在每一切面i計算標準偏差SDi和變異系數(shù)CVi：SDi=(1/(k-1) (Ck- Ave(Ck)2)1/2CVi=(100SDi/ Ave(Ck)%在k是切面i中方形區(qū)域的號碼。7.4.2 體積均勻性計算斷層儀整個FOV（體積）的均勻性：體積的最大和最小百分比非均勻性NUvol：+100(Max(Cj)-Ave(Cj)/ Ave(Cj)%NUvol=-100(Ave(Cj)-

47、Min(Cj)/ Ave(Cj)%在任一重建切面對于方形區(qū)域j:Max(Cj)=最大計數(shù)，Ave(Cj)=平均計數(shù)，Min(Cj)=最小計數(shù)。在每一體積計算標準偏差SDi和變異系數(shù)CVi：SDvol=(1/(j-1) (Cj- Ave(Cj)2)1/2CVvol=(100SDvol/ Ave(Cvol)%在j是方形區(qū)域的號碼。7.4.3 系統(tǒng)均勻性計算交互（所有切面）均勻性：最大和最小百分比非均勻性NUsys：+100(Max(Ci)-Ave(Ci)/ Ave(Ci)%NUsys=-100(-Min(Ci)/ Ave(Ci)%對任一重建切面i:Max(Ci)=在切面i中所有方形區(qū)域平均計數(shù)的最

48、大值，既Max(Ave(Ck)，Ave(Ci)=在切面i中所有方形區(qū)域k平均計數(shù)的平均值，既Ave(Ave(Ck)，Min(Ck)=在切面i中所有方形區(qū)域平均計數(shù)的最小值，既Min(Ave(Ck)。計算系統(tǒng)標準偏差SDi和變異系數(shù)CVi：SDsys=(1/(i-1) (Ci- Ave(Ci)2)1/2=(100SDsys/ Ave(Ci)%在I為重建切面的號碼。7.5 報告列出在測試中使用的校正，指出哪種可能的校正被應用。報告每一切面的切面非均勻性NUi和切面變異系數(shù)CVi，體積非均勻性NUvol和體積變異系數(shù)CVvol，系統(tǒng)非均勻性NUsys和體積變異系數(shù)CVsys。8、精度：散射校正（AC

49、CURACY: SCATTER CORRECTION）8.1 概論第4節(jié)描述的散射分數(shù)測試指出PET散射符合的靈敏度。散射校正方法試圖消除散射。在散射校正后重建圖像的殘留散射表示了消除散射的精度。在切面不同的軸向位置，殘留散射不同。8.2 目的該測試的目的是測試PET軟件采用的散射校正方法的精度。8.3 方法8.3.1 核素測試使用的核素是18F，核素的活度使其產(chǎn)生的死時間丟失率或隨機符合率不超過總事件率的5%。4.3.2 放射源分布測試模型放置在FOV軸向中心位置偏離中心軸25mm處。50mm的插件放置在模型中軸60 3mm半徑的240 位置，如圖8-1所示。中空的圓柱體插件注入無放射性水，

50、排除空氣。已測定活度的放射性核素加入模型內(nèi)，并充分攪勻。8.3.3 數(shù)據(jù)采集在一個單獨的發(fā)射采集其間，每一切面至少采集2M事件。8.3.4 數(shù)據(jù)處理對于軸向FOV小于17.0cm的斷層儀，所有切面要被重建。如果軸向FOV大于17.0cm，僅重建落入中心17.0cm范圍內(nèi)的切面。應用死時間、隨機和散射校正，除非儀器不提供。采用標準矩陣和像素尺寸，以及截止頻率為Nyquist頻率的ramp濾波器進行重建，Nyquist頻率在投影空間確定。使用計算的衰減校正方法。衰減系數(shù)應與其它測試相同，并按下述方法報告其數(shù)值。8.4 分析在每一重建切面定義12個ROI，ROI直徑為30 3mm，每個ROI包含相同

51、的像素數(shù)。其中一個ROI放置在無放射插件圖像中心。其它11個ROI的位置見圖8-1，它們的邊緣距離模型圖像的周邊和插件圖像的周邊至少20mm。測試每一切面i的每一個ROI的計數(shù)。對于每一切面i，散射校正后的殘留散射分數(shù) SFcorr,i按下式計算： SFcorr,i=100（Ccyl,i/Cave,i）%式中Ccyl,i是切面i圓柱體插件圖像ROI的計數(shù)，Cave,i是切面i其它11個ROI計數(shù)平均值。取 SFcorr,i的平均值得到系統(tǒng)的殘留 SFcorr。8.5 報告列表標出可用于測試的校正。使用的衰減校正系數(shù)也要報告。列表報告每一切面的 SFcorr,i和系統(tǒng)殘留散射分數(shù)值 SFcorr

52、。9、精度：計數(shù)率校正（ACCURACY：COUNT RATE CORRECTION）9.1 概論PET通常有能力補償死時間丟失和隨機時間，以便在各種不同的條件下，進行放射源活度分布的定量測量。這些校正的精度通過斷層儀報告計數(shù)時的偏移反映出來，特別是在臨床成像中遇到的高計數(shù)率。下述的測試使用簡單的核素分布，顯然不能反映各種成像條件。然而，那樣的測試需要較多時間和操作高活度的放射性。9.2 目的該測試的目的是測定成像中死時間丟失和隨機事件計數(shù)的校正精度。9.3 方法節(jié)中采集的用于測試隨機率和死時間丟失的測試模型數(shù)據(jù)可用于測試死時間和隨機符合校正后的計數(shù)率凈誤差。校正后真實計數(shù)率與從低計數(shù)率延伸得

53、到的計數(shù)率之間的比較。假設(shè)在低計數(shù)率時來自死時間和隨機的偏差可以忽略。使用所有校正。9.3.1 核素測試使用的核素是18F，放射性的活度要足以使導致真實事件率達到50%的死時間丟失。選擇下列一項進行測試：Rt,peak真實計數(shù)率的峰值 Rt=r 隨機計數(shù)率等于真實計數(shù)率時的真實計數(shù)率 依據(jù)注入模型的放射性活度（用經(jīng)校準的活度計測定）和模型的內(nèi)部容積確定模型內(nèi)核素的初始濃度，也可用經(jīng)校準的井型探測儀測量取自模型的樣品。 9.3.2 放射源分布 測試模型灌滿水，排出空氣，加入放射性核素。模型置于FOV中心。9.3.3 數(shù)據(jù)采集測試的采集時間間隔應小于1/2半衰期，直到真實事件的計數(shù)丟失率小于總計數(shù)

54、1.0 %和隨機率小于真實率的1.0%。每次單獨的采集時間Tacq,j小于半衰期的1/4。最后三次采集必須是在足夠高的計數(shù)率和足夠長的采集時間，以保證合適的統(tǒng)計量避免分析不精確。廠家應該為他們的儀器提供測試規(guī)程，包括初始活性濃度、采集次數(shù)和持續(xù)時間。9.3.4 數(shù)據(jù)處理對于軸向FOV小于17.0cm的斷層儀，所有切面要被重建。如果軸向FOV大于17.0cm，僅重建落入中心17.0cm范圍內(nèi)的切面。應用所有校正。采用標準矩陣和像素尺寸，以及截止頻率為Nyquist頻率的ramp濾波器重建圖像，Nyquist頻率在投影空間確定。9.4 分析對每一重建圖像i進行分析，對每一采集j計算源的平均活性濃度Aave,j（見1.2節(jié)）在每一切面的模型重建圖像中心做直徑180mm的圓形ROI。測試每一切面i和采集j的真實計數(shù)CROI,i,j。按下式計算真實計數(shù)率RROI,i,j：RROI,i,j= CROI,i,j/Tacq,j對每一切面i計算延伸真實計數(shù)率RExtr,i,j，它已從沒有死時間丟失的采集j獲得。為了減少統(tǒng)計影響，RExtr,i,j按下式計算：RExtr,i,j=（Aave,j/3） ( RROI,i,k/ A