随着医疗技术的飞速发展，核医学设备(主要包括PET和SPECT)技术的不断进步，比如深度检出(DOI)、飞行时间(TOF)以及探测晶体等技术的快速发展，这些给核医学设备带来质的飞跃^[1]。近几年，国内市场上核医学设备方面有显著的变化，首先出现了国产设备并已装机，其次设备型号更新也很快，各个生产厂家都推出了最新型号的设备，这些新型号的设备性能均大幅提升，增强了核医学临床诊断水平。尤其对于PET来说，每个厂家的设备性能指标合格限值是不一样的，并且同一个厂家不同型号设备性能指标合格限值也是不一样的，对从事PET设备性能测试人员提出了更大的挑战^[2]。

1 材料与方法 1.1 研究对象

测量的14台PET，这14台设备型号分别是通用电气(GE)生产的Discovery ST、飞利浦公司生产的GEMINI GXL、GEMINI TF、GEMINI Dual以及西门子公司生产Biograph 16、Biograph 64/4R、Biograph mCT，基本包含了目前市场上主流的PET。

1.2 检测需求及模体

放射性核药物¹⁸F(离子态或合成)、毛细管(内径小于等于1 mm)、系统空间分辨力模体支架、系统灵敏度模体(5层铝管)、散射分数模体和噪声等效计数率(noise equivalent count rate，NECR)模体。

1.3 测量指标与方法

PET性能检测根据《美国电气制造商协会(National Electrical Manufacturers Association，NEMA) 》标准、《放射性核素成像设备性能和试验规则第1部分:正电子发射断层成像装置(GB/T 18988.1-2013) 》以及厂家规范，测量空间分辨力、灵敏度、散射分数和噪声等效计数率等指标^[3-4]; CT性能检测依据《X射线计算机断层摄影装置质量保证检测规范(GB 17589-2011) 》，本文重点描述PET性能部分，CT性能部分不做描述。目前，PET/CT的主要制造商的生产场地都在美国，其报告的参数、数据处理软件以及测试模体都以美国电气制造商协会的NEMA标准作为设计依据，因此PET性能测试需要使用生产厂家自带的设备采集及处理程序，测试需要遵从厂家的采集要求^[5]。

1.3.1 空间分辨力

测试点源为置于毛细玻璃管内的、比活度较高的18F，毛细管的内径小于等于1 mm，放射性点源不大于1 mm。空间分辨力需要测试6个位置，分别是以横断面的中心为坐标中心，在PET的视野中的横断面(0，1)，(0，10)，(10，0)位置，这三个位置分别在轴向视野的中心(1/2位置)和距离轴向视野中心的1/4位置处采集，共6个点的位置。每个位置点源的采集计数采用设备生产厂家推荐的值，这6个点的位置可以用多个点源同时进行测量，也可以用一个点源分开来测试，具体参考不同设备生产厂家的要求，比如西门子和飞利浦采用的是一个点源6个位置逐一测试，GE采用的是3个点源测试分别FOV1/2和1/4位置。

1.3.2 系统灵敏度

放射性核素为¹⁸F。线源管中放入的放射性药物的长度是70 cm，装入药物以后需要把两端密封起来以防止泄露，根据灵敏度测试的要求，需要准确知道注入模体中的放射性药物的具体活度和测量时的时间。把灵敏度模型(5层铝管)放置在多功能支架上，调整水平使其至于横断面视野的中心，轴向位置可以借助于CT图像扫描使其位于轴向中心。具体的数据采集时间以厂家设置的值为准，要保证一定数量的真符合计数。测量时只需要记录起始的时间和活度，而测量过程中的活度和时间，计算机会根据¹⁸F的半衰期自动计算。每一层的数据采集中每秒计数率可用该层采集到的计数除以采集持续时间来确定。根据不同的生产厂家，使用铝管的顺序不同，每根铝管的测试方法和采集时间都是一样的。为评价不同径向位置的灵敏度，应在径向偏离横向FOV中心10 cm处重复上述测量。对于采集5层铝管的顺序，按照设备生产商的建议即可，比如西门子是一层一层往外拔，GE是一层一层往上加，而飞利浦两者皆可以。

1.3.3 散射测量、噪声等效计数率

该测试模体分成4个聚乙烯的圆柱，总长度为70 cm，其中使用线源管中放入的放射性药物的长度也是70 cm，装入药物以后需要把两端密封起来以防止泄露。把4个分体模体组装成一个完整的散射模体后，放置于检查床上，调整水平，使模体位于PET的FOV中心并且保证线源的位置在6点钟方向。模型中心位置可以借助CT图像扫描来定位。采集的时间和每帧的采集计数参考NEMA标准，并且要按照每个生产厂家推荐的值进行测试，采集方式为全环断层采集。关于NEMA标准中要求的计数丢失和随机符合计数率的要求，每个厂家都已经估算和在测试软件中设定完整，不需要测试人员再进行评估。具体使用的¹⁸F活度按照设备生产商的推荐值。

2 结果 2.1 空间分辨力

依据NEMA标准，PET的空间分辨力需要测量1 cm和10 cm处的指标，并且分为横断面和轴向空间分辨力，结果如图 1和图 2，1 cm处横断面: (4.91 ± 0.75) mm，最大值6.24 mm，最小值4.10 mm。轴向: (5.02 ± 0.78) mm，最大值7.00 mm，最小值4.12 mm; 10 cm处横断面: (5.54 ± 0.80) mm，最大值6.88 mm，最小值4.65 mm。轴向: (5.77 ± 0.40)最大值6.56 mm，最小值5.33 mm。从结果中可以看出空间分辨力的测试值波动比较大，这是由于影响空间分辨力的因素较多，比如晶体的尺寸，PET扫描孔径的大小和正负电子符合特性。

2.2 灵敏度

依据NEMA标准，PET灵敏度测试需要测试0 cm和10 cm位置的性能，根据厂家规范，测试结果计算出0 cm和10 cm处的平均值，结果统计如图 3。影响灵敏度性能指标的主要因素是晶体类型，由于3、4、8、9号设备是使用年限比较久的，其采用的是BGO晶体，所以其测试结果较差，而目前市场上最新的PET主要采用的是LSO和LYSO晶体，这种类型的晶体性能较好，其性能结果也比较好。

2.3 散射分数和噪声等效计数率(NECR)

这2个指标的测量是从高活度的¹⁸F逐渐衰减到低活度值的一个测量，测量时间较长，一般在13 h以上，具体时间参考生产厂家指导规范。散射分数结果如图 4，噪声等效计数率(NECR)结果如图 5。由于在PET的所有符合中真正有意义的是真符合，所以散射符合和随机符合对于PET成像来说是噪声。这两个指标能够体现出PET的整体性能。

3 讨论

空间分辨力表征PET系统分辨图像重建后的2个相邻点源的能力，用点源扩展函数的半高宽(FWHM)表示。影响PET系统空间分辨力的因素主要有3个:正电子的飞行距离，在发生湮灭前正电子由于自身动能会飞行一定距离，放射性核素衰变产生中微子和正电子后，正电子由于有能量，会在和电子发生湮灭前，行驶一定的长度，PET探测到的一对511 keV双光子的位置不是发射正电子的核素的位置，并且由于能量的连续性，产生中微子和正电子的能量是随机的，正电子的能量在能谱上是连续分布的，所以正电子的行驶长度在距离的坐标上也是连续分布的，这样会对空间分辨力造成一定的影响; 电子的运动，介质中的自由电子同样具有一定的能量这样，当正负电子湮灭的时候，正负电子偶的总动量不为零，依据动量守恒原理，两个发生湮灭光子的运动方向不可能成180度角，有一定的偏差，这样由于PET的探测孔径不一样，同样对空间分辨力的影响也很大; 探测技术的限制，专用型PET探头是多排环型排列的，每个晶体环上会再切割成不同的小晶体块，每一个晶体块和对应的晶体块会探测到一对伽玛光子，对正电子发生湮灭的位置进行定位，晶体块的大小决定着入射光子的定位精度，所以被切割的晶体越小定位越准，空间分辨力也越好^[6]。

灵敏度是指PET设备在单位活度下的放射性药物单位时间内能够探测到的真符合事件的数量，正电子和电子发生湮灭需要大量的包含自由电子的材料，这是选择铝管作为灵敏度性能测试模体的主要因素，这样18F产生的正电子才能够全部和电子发生湮灭^[7]。但是同时铝管会造成511keV的伽玛光子衰减，为了获取无衰减干扰时测量的灵敏度，四周均匀的线源的材料需要是均匀且已知衰减系数的，这样才能推到得出PET的系统灵敏度^[8]。所以在灵敏度测试中采用的是五层铝管。由于PET采用的晶体从早期的NaI到BGO，再到LSO和LYSO，晶体的类型对灵敏度的影响很大。

散射分数是散射符合计数在总计数(真符合、随机符合和散射符合之和)中所占的比例，是指PET设备系统对散射符合计数的敏感程度。散射分数越小，表明系统剔除散射符合的性能越强。计数率特征反映总符合计数率、真实符合计数率、随机符合计数率、散射符合计数率和噪声等效计数率NECR随活度的变化，NECR等于真符合计数率与总计数的比值与真符合计数率之积。这2个指标着重表述的是符合计数的特性，与PET的临床图像质量密切相关。

放射性核素成像设备PET技术的发展，晶体从NaI到BGO再到LSO，发光效率、光产额和时间分辨力等都有了很大的突破; 飞行时间(TOF)以及点源扩展函数(PSF)的应用使核医学设备的性能获得了极大的改善^[9]。多模式融合，核医学设备与CT、MRI，现在还出现了PET与重离子加速器相结合在临床上的使用^[10]。TOF(time of flight)以及PSF(point spread function)技术的应用，我们需要研究“时间分辨力”和使用PSF后的“空间分辨力”技术指标。多模式融合，需要解决“图像融合精度”测量的问题。建立PET采集分析的独立系统，目前我们还是依赖厂家的采集分析系统，并且每个厂家的测试流程和采集程序都不一样，有必要按照NEMA标准进行统一。这是今后PET设备性能测试着重关注的要点。