医疗设备技术的不断进步促进了核医学的发展，其中单光子发射计算机断层扫描装置（ single photon emission computed tomography，简称SPECT）是核医学重要的显像设备，主要用于全身骨显像、甲状腺、肾动态、淋巴和心肌显像等。据2020年全国核医学现状普查结果简报的结果看，SPECT装机量已突破800台，年检查总数超过250万例[1]。2021年《医用同位素中长期发展规划（2021—2035年）》要求2021—2035年实现三级综合医院核医学科全覆盖，2026—2035年在全国范围内实现“一县一科”[2]，这意味着核医学科设备数量将迎来高峰。SPECT作为功能性显像的精密装置，其性能、质量是否满足质控的要求对保证诊疗的质量和安全以及患者的健康权益尤为重要。2019年1月国家卫生健康委发布了标准《伽玛照相机、单光子发射断层成像设备（SPECT）质量控制检测规范》WS 523—2019（简称标准WS 523—2019），规范了SPECT设备质量控制的检测条件、方法及相应指标的合格限值。
综合各省各单位的检测结果，福建省职业病与化学中毒预防控制中心抽检了13台SPECT设备，固有均匀性和固有空间线性的初检合格率仅为38.5%[3]；安徽省职业病防治院对16台SPECT设备进行了质量控制检测，固有均匀性和固有空间线性的初检合格率分别为43.75%和62.5%[4]。由此看出设备不合格率主要集中在固有均匀性和固有空间线性，需要对SPECT质量控制过程提出优化检测条件的建议。本文通过实验及数据分析确定最佳的检测条件，包括固有均匀性的检测矩阵和固有空间线性的检测源距。
1 材料与方法 1.1 研究对象目前，医疗机构使用的SPECT设备涉及到的厂家及型号较多，本实验选取了8台市场上主流的设备，涉及3个厂家，型号如下。
（1）GE：Discovery NM/CT 670、Infinia与Infinia VC，共3台；
（2）Siemens：Symbia Intevo Bold、Symbia Intevo 16两台、Symbia T16，共4台；
（3）Philips：Bright View XCT，共1台。
设备具体信息如表1。
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表 1 设备信息明细 Table 1 Device information |
以上设备均为双探头SPECT，将这8台设备随机进行编号，以A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2、E1、E2、F1、F2、G1、G2、H1和H2来表示这8台设备16个探头。
1.2 检测条件（见表2）|
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表 2 固有均匀性和固有空间线性的检测条件 Table 2 Conditions for determination of intrinsic uniformity and intrinsic spatial linearity |
本次检测的设备均为医院在用设备，按照现行的国家卫生行业标准WS 525—2019中的检测方法，对研究对象的固有均匀性和固有空间线性进行状态检测。
由于标准WS 523—2019未规定固有均匀性的采集矩阵，但要求“设置的采集总计数和图像矩阵应保证采集的成像的中心像素计数至少为1.0 × 104”[5]，如果设置大矩阵则采集计数会高达几百兆，导致检测时间久不符合实际。并且采集矩阵的大小与图像质量有关：SPECT静态采集时，低计数状态下（本文采集20 M计数）采用小矩阵可以获得相对较高质量的图像[6]。故为探究检测固有均匀性的最优矩阵且便于计算，选取2个小矩阵64 × 64和256 × 256，其中矩阵64 × 64符合NEMA标准规定的像素大小6.4 mm±30%的要求[7]，矩阵256 × 256作为对比小矩阵。
为比较不同源距下对固有空间线性检测值的影响，检测2个源距：1.7 m和3 m，其中1.7 m源距符合标准WS 523—2019要求的“放射源距离探头表面中心1.5 m以上的距离”，3 m源距为NEMA标准要求的放射性点源到铅栅模体的表面的距离5倍视野（field of view，FOV）[7]，通常为2.5 m以上。
1.3.1 固有均匀性作为SPECT质控的核心指标之一，固有均匀性反映探头视野内各部位对均匀分布的放射源响应的差异[8]。
固有均匀性分为固有积分均匀性和固有微分均匀性。固有积分均匀性（integral uniformity，IU）：不带准直器时，均匀入射的γ射线在整个探测器视野内给定的大面积上计数密度的最大变化；固有微分均匀性（differential uniformity，DU）：不带准直器时，均匀入射的γ射线在整个探测器视野内单位面积计数密度的变化[5]。在有效视野（useful field of view，UFOV）和中心视野（center of view，CFOV）内分别计算固有积分均匀性和固有微分均匀性。为统一计算视野范围，规定UFOV为探头尺寸的95%，CFOV为UFOV的75%[9]。
1.3.1.1 检测工具激光测距仪和中心定位仪。
1.3.1.2 检测程序卸掉准直器，探头调到L模式，其中一个探头旋转到180°，将源置于距探头表面中心1.7 m处，每个探头分别用矩阵64 × 64和256 × 256采集，各探头静态采集总计数应为＞30 M。
1.3.1.3 数据处理1） 将矩阵256 × 256的图像转为矩阵64 × 64，矩阵64 × 64的图像直接使用。
2） 通过9点平滑处理，9点平滑滤波为：
| $ \left(\begin{array}{ccc}\text{1}& \text{2}& \text{1}\\ \text{2}& \text{4}& \text{2}\\ \text{1}& \text{2}& \text{1}\end{array}\right) $ |
3） 固有积分均匀性的计算：在图像UFOV和CFOV内，找到像素的最大值和最小值，再根据公式1）进行计算[5]：
| $ {IU}={}^{{{{C}}_{{max}}}-{{{C}}_{{min}}}} \diagup {}_{{{{C}}_{{max}}}{ + }{{{C}}_{{min}}}}$ | (1) |
式1）中：Cmax——采集图像的视野中的最大计数；
Cmin——采集图像的视野中的最小计数。
4） 固有微分均匀性的计算：在图像UFOV和CFOV内，分别从像素行和列的起始端开始，逐个像素向前推移，每相邻5个像素为一组，找计数之差最大的那组像素，并计算二者的差值和和值，X方向和Y方向应独立进行，根据公式2）进行计算[5]。
| $ {DU}={}^{{{{C}}_{{max}}}-{{{C}}_{{min}}}} \diagup {}_{{{{C}}_{{max}}}{ + }{{{C}}_{{min}}}}$ | (2) |
式2）中：Cmax——采集图像的视野中的组内计数最大值；
Cmin——采集图像的视野中的组内计数最小值。
1.3.2 固有空间线性固有空间线性能直接反映设备的性能及图像畸变程度，是SPECT质量控制的重要内容。
固有空间线性分为固有空间微分线性和固有空间绝对线性。固有空间微分线性：不带准直器时，线源图像位置和线源实际位置间偏移的变异程度；固有空间绝对线性：不带准直器时，视野中线源实际位置和图像位置在X方向和Y方向的最大偏移[5]。在UFOV和CFOV内分别计算固有空间微分线性和固有空间绝对线性。
1.3.2.1 检测工具1） Slits铅栅（型号：Pro-NM slits，厂家：ProProject）：X和Y方向各１块，模体由宽1 mm相距30 mm的狭缝构成，厚度不＜3 mm。
2） 激光测距仪。
3） 中心定位仪。
4） 三脚架。
1.3.2.2 检测程序卸掉准直器，探头调到L模式，其中一个探头旋转到180°，将X和Y 2个方向的Slits铅栅模体分别放置在探头上，每个探头分别采集源距为1.7 m和3 m的数据。
1.3.2.3 数据处理1） 根据X和Y 2个方向采集的图像，平行于狭缝方向的取样等于或小于30 mm。
2） 在垂直于狭缝的方向拟合曲线，峰位、峰值和半高宽（FWHM），计算所有峰的半高宽及其平均值。
3） 微分线性：采用抛物线拟合，线扩展函数的峰位差的标准差。
4） 绝对线性：对所有狭缝采用最小二乘法进行拟合，线扩展函数峰位与拟合曲线的最大偏差为绝对线性。
5） 空间线性为X和Y 2个方向的平均值，需计算UFOV和CFOV 2个视野的空间线性。
2 结 果 2.1 固有均匀性固有均匀性对8台SPECT设备16个探头的固有均匀性进行性能检测，获得的DICOM图像按上述1.3.1.3进行数据处理，检测结果如图1。
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图 1 不同矩阵下各探头固有均匀性的检测值 Figure 1 Intrinsic uniformity of probes measured with different matrices |
如图1所示C2探头在UFOV两矩阵的相对偏差过大，从图像信息看是因为像素值的最大点靠近视野的边缘，在计算时UFOV包含了边缘上的最大点，而CFOV未包含这一点，导致两个矩阵的数据差值过大，故应排除C2探头的数据。
按公式3）计算2个矩阵检测值的相对偏差，计算结果如表3。
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表 3 不同矩阵下固有均匀性检测值的相对偏差（%） Table 3 Relative deviation of intrinsic uniformity measured with different matrices |
| $ {RD}={}^{{{{d}}_{{256}}}-{{{d}}_{{64}}}} \diagup {}_{{{{d}}_{{256}}}{ + }{{{d}}_{{64}}}}$ | (3) |
式3）中：RD——矩阵64 × 64和256 × 256检测值的相对偏差；
d64——矩阵64 × 64的检测值；
d256——矩阵256 × 256的检测值。
如图1、表3所示，两矩阵测得的固有均匀性指标的结果如下。
（1）固有积分均匀性UFOV：从探头个数来看，超过66%的探头表现为64 × 64矩阵的检测值更低，各探头在2个矩阵的差值范围在−0.87%～0.60%之间，相对误差范围在−5.65%～11.76%。
（2）固有积分均匀性CFOV：超过66%的探头表现为64 × 64矩阵的检测值更低，各探头在2个矩阵的差值范围在−0.24%～0.35%，相对误差范围在−10.00%～15.89%。
（3）固有微分均匀性UFOV：超过53%的探头表现为64 × 64矩阵的检测值更低，G1探头在2个矩阵的检测值无差异，各探头在2个矩阵的差值范围在−0.82%～0.46%，相对误差范围在−9.43%～6.90%。
（4）固有微分均匀性CFOV：超过53%的探头表现为64 × 64矩阵的检测值更低，各探头在2个矩阵的差值范围在−0.29%～0.29%，相对误差范围在−9.21%～7.79%。
2.2 固有空间线性对7台SPECT设备（设备G的源距无法达到3 m）的固有空间线性进行性能检测，应将获得的DICOM图像按上述1.3.2.3进行数据处理，但大部分设备在不同源距下成像的信息不一致，故不能直接处理，如图2。
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图 2 1.7 m和3 m源距的固有空间线性DICOM图像 Figure 2 DICOM images of intrinsic spatial linearity measured with 1.7 and 3 m source distances |
如图2（左）所示，1.7 m源距的图像显示出16条完整的铅缝和2条不完整的铅缝（Slits模体有18条），而图2（右）3 m源距的图像显示了18条完整的铅缝。这是由于在规定的计数和矩阵内，源距离探头表面太近，通过模体的光子入射角度会变大，并且模体本身的厚度会挡住部分光子进入，以致图像成像的位置相对于源距大的图像更靠近中心。
如果直接计算，两源距的图像信息显然不一致。以图2为例，3 m源距比1.7 m源距的图像多2条铅缝，也就是说3 m源距的图像更能包含探头边缘的信息。所以在将2个源距图像信息进行分析时，应保证同一铅缝数，在图2中以1.7 m源距图像中16条完整的铅缝为基准，对应3 m源距的图像也应手动选取图像中间的16条铅缝，以保证计算的图像有比较性。
但如果两源距的图像能呈现相同数量的铅缝，就不需要手动选取图像的铅逢，直接计算即可。
检测计算结果如图3。
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图 3 不同源距下各探头固有空间线性的检测值 Figure 3 Intrinsic spatial linearity of probe measured with different source distances |
由图3可知，部分探头在不同源距下固有空间线性的检测值存在差异，将2个源距的检测值按公式④计算相对偏差，计算结果如表4。
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表 4 不同源距下固有空间线性检测值的相对偏差（%） Table 4 Relative deviation of intrinsic spatial linearity measured with different source distances |
| $ {RD}={}^{{{{d}}_{{3 m}}}-{{{d}}_{{1.7 m}}}} \diagup {}_{{{{d}}_{{3m}}}{ + }{{{d}}_{{1.7 m}}}}$ | (4) |
式4）中：RD——1.7 m源距和3 m源距检测值的相对偏差；
D1.7m——1.7 m源距的检测值；
D3m——3 m源距的检测值。
如图3、表4所示，两源距在各线性指标的表现如下。
（1）固有空间微分线性UFOV：超过71%的探头表现为3 m源距检测值更低，各探头检测值的相对偏差范围在−12.50%～8.11%，A1和D1 2个探头在两源距的检测值无差别。
（2）固有空间微分线性CFOV：有50%的探头两源距的检测值无差别，超过28%的探头在3 m源距检测值更低，各探头检测值的相对偏差范围在−4.00%～7.69%。
（3）固有空间绝对线性UFOV：超过42%的探头表现为3 m源距检测值更低，各探头检测值的相对偏差范围在−23.08%～12.50%，A1和B1 2个探头在两源距的检测值无差别。
（4）固有空间绝对线性CFOV：超过71%的探头表现为3 m源距检测值更低，各探头检测值的相对偏差范围在−31.65%～14.29%，A1和D2 2个探头在两源距的检测值无差别。
3 讨 论本文实验对象虽为市场上的主流厂家型号，但未覆盖大部分设备种类，尤其是国产设备，需要在今后的工作中增加设备类型的研究，使实验数据更完善。
依据本次实验的结果，矩阵64 × 64可以作为固有均匀性的检测条件，3 m源距更适合检测固有空间线性，但这一结论仍然需要进一步讨论。
3.1 固有均匀性自标准WS 523—2019发布以来，规范了各行业对SPECT设备质量控制的要求，但该标准对固有均匀性的采集矩阵未有统一的要求。安徽省职业病防治院对SPECT设备质量控制检测时使用了64 × 64矩阵[4]，山东省医学科学院放射医学研究所和四川省疾病预防控制中心在对该指标进行检测时都运用了256 × 256矩阵[8, 10]，内蒙古医科大学附属医院核医学科用1024 × 1024矩阵做周质控[11]。用不同的矩阵评价同一指标是否可靠，需要依赖实验数据进行比较。
标准WS 523—2019固有均匀性的合格限值分别为5.5%、4.5%、3.5%和3.0%，而两矩阵检测值的差值分别为−0.87%～0.60%、−0.24%～0.35%、−0.82%～0.46%和−0.29%～0.29%，可以认为2个矩阵的差异并不大。但根据本次实验结果，超过50%的探头在用64 × 64矩阵对固有均匀性进行检测时，该矩阵的检测值更低，因此建议将64 × 64矩阵作为该指标的采集矩阵。
3.2 固有空间线性NEMA标准要求放射性点源到铅栅模体的表面的距离5倍FOV以上，而WS 523—2019标准只要求了1.5 m以上的源距。标准WS 523—2019在验收检测时要求固有空间线性的合格限值按照出厂合格值进行评价，但厂家合格限值是通过NEMA标准检测的要求获得的，这会造成2种检测方法的结果差异较大而导致设备检测评价不理想[12]，故评价2种源距的检测值的差异是非常有必要的。
随设备使用年限的增长，探头边缘的光电倍增管和晶体出现问题的概率较高，对于1.7 m源距的图像，3 m源距的图像包含的边缘信息更多，更能反应整个探头固有空间线性的状况。但为了比较两源距的固有空间线性指标，人为裁掉边缘的铅缝，这有可能把图像质量差的信息裁掉，保留了靠中心的数据，可能会使探头的固有空间线性检测值降低。所以要衡量整个探头固有空间线性的性能质量，在对1.7 m源距进行检测时，应尽可能保证能显示和3 m源距图像相同数量的铅缝。
实验结果显示2个源距检测值的相对偏差并不大，尤其是固有空间微分线性CFOV中50%的探头无差别。但从实验数据看固有空间线性在3 m源距的检测值更低的探头比例较多，但部分机房由于面积限制无法达到5倍FOV以上，如果源距设置为1.5 m以上，应适当放宽合格限值。
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