正电子发射计算机断层仪(PET)性能测试

正电子发射计算机断层仪（PET）性能测试（本文译自PerformanceMeasurementsofPositronEmissionTomographs[NEMA]）李小华译1.定义，符号和参考文献1.1定义轴向FOV（轴向视野，Axialfiled-of-view,FOVaxial）平行于PET长轴的最大长度，在此范围内真实符合事件可以被探测。测试模型是一个由纯聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）构成的正圆柱体，外部直径为2033mm，壁厚31mm，内长1901mm。两端盖板用PMMA材料，可注入水和放置内插件（见图1-1）。测试模型柱体插件为三个正圆柱体模型，每个内长190mm+10/-5mm。一个为直径503mm的实心体，由比重在2.13-2.19之间的材料（Polytrafluoroethylene）组成。另外两个为外部直径503mm的可灌注的空心体，壁厚31mm，内长至少185mm。在测试模型内，这三个直径50mm的插件放置在一起，它们位于距测试模型中心轴603mm的半径处，相互间隔12010，并与测试模型中心轴平行。对于不用测试模型的测试，有两种简单的测试源：可灌注点源是所有尺寸不大于2mm的液体源。可灌注线源由不锈钢制作，长度至少等于轴向FOV，其它尺寸不超过2mm。测试模型线源插件为可灌注的空心体，内长至少185mm，其它尺寸不超过2mm。它可以放置在测试模型内的0、45、90mm（3mm）的半径位置，平行于断层长轴。横断FOV（横断视野，Transversfiled-of-view,FOVtrans）是垂直于PET的物体成像长轴的最大圆形区域直径，1.2标准符号量的描述符号被用于标准中。符号通过它的下标字符xxx表示其在标准中所表示的基本量。所有表达为独立变量的量被表示为Q(x)，小写字母x是该变量的定义。轴向响应函数（AxailResponseFunction）—通过沿断层轴方向以小间隔增量移动点源进行测试。变异系数(CVxxx)—用于均匀性测试：a.CVi在一个切面i中所有感兴趣区ROI的变异系数b.CVvol系统中一个确定容积内所有ROI的变异系数c.CVsys系统中所有切面的变异系数计数(CxxxCounts)—符合事件的数量a.a.CROI二维ROI中的事件b.CTOT事件的总数量c.Ct被计数的真实事件数量d.Cs被计数的散射事件数量e.Cr被计数的随机事件数量非均匀性（NUxxx）—一对百分数（+x%,-y%），用下标字符表示为：a.a.UNi切面i中设置的2-D区域的非均匀性b.UNvol系统的一个容积的非均匀性c.UNsys系统内所有切面的非均匀性归一化轴向响应函数(NormalizedAxialResponseFunction)—用相对点源切面灵敏度除轴向响应函数每点的计数率得到。在归一化轴向响应函数下的区域是对立的。峰谷比率(PV)—测试灵敏度作为轴向位置函数的变化。死时间百分率(PDTxxx)—丢失计数作为输入计数的百分比。a.a.PDTi,j采集j中切面i的死时间百分比b.PDTsys,j采集j中整个系统的死时间百分比c.放射性活度（AxxxRadioactivity）—以MBq为单位的核素衰变率，即每秒钟一百万次衰变。mCi为可选单位，即即每秒钟三千七百万次衰变。a.A0初始时间T0的活度b.Aj第j次采集开始时的活度d.Aave,j第j次采集的平均活度e.Acal在时间Tcal的活度f.At,peak最大真实事件率时的活度g.At,50%50%死时间时的活度h.At=r随机事件率等于真实事件率时的活度在采集起始时间T0的初始活度通过源的活度Acal按下式估算，活度Acal用活度计或井型计数器在时间Tcal测定。A0=Acalexp((Tacq-T0)ln2/T1/2)用采集起始时间T0、起始活度A0、核素半衰期T1/2和采集时间Tacq，按下式计算一次采集其间的平均活度：Aacq=A0/ln2(T1/2/Tacq)(1-exp((-Tacq/T1/2)ln2）起始活度Aj通过经活度计或井型计数器测定的Acal、对于第j次采集开始时间Tj的衰变校正，按下式计算：Aj=Acalexp((Tcal-Tj)ln2/T1/2)放射性浓度（axxxRadioactivityconcentration）—以mBq/ml为单位的单位容积核素衰变率，即每秒每毫升一百万次衰变。MCi/ml为可选单位，即即每秒每毫升三千七百万次衰变。a.a0初始时间T0的浓度b.b.aave平均浓度c.at,peak最大真实事件率时的浓度a.a.at,50%50%死时间时的浓度b.at=r随机事件率等于真实事件率时的浓度c.用放射性活度Axxx除以容积V得到在容积V内均匀分布的放射性浓度：axxx=Axxx/V平均浓度为：aave=Aave/V核素半衰期（T1/2Radioisotopichalf-live）—核素衰减一半所经历的时间。核素18F的T1/2为6,588秒钟（109.8分钟，1.830小时）。率（RxxxRate）—符合事件率，即每秒测量的符合事件，定义为符合计数除以间隔时间Tacq:d.Rt=r随机事件率等于真实事件率时的真实事件率浓度率（rxxxRateperradioactivityconcentration）—每单位放射性浓度的符合事件率，即每秒每放射性浓度的符合事件,定义为在时间间隔Tacq内得到的符合率除以平均浓度aave：a.rROT单位平均浓度aave的2DROI内事件率b.rTOT单位平均浓度aave的总事件率c.rt单位平均浓度aave的真实事件率d.rs单位平均浓度aave的散射事件率e.rr单位平均浓度aave的随机事件率相对点源切面灵敏度—(RelativePointSliceSensitivity)—对放射性点源符合事件率的测试，点源活度低于可忽略计数率丢失时的活度值。相对点源切面或轴向灵敏度为每一轴向响应函数中所有计数的总和。残留散射分数(SFcorrRemnantscatterfraction)—散射校正后重建图像的误差。a.SFcorr,i切面i的残留散射分数b.SFcorr,sys取所有切面平均的整个系统的残留散射分数散射分数(SFScatterfraction)—断层视野的横向ROI中散射符合事件与散射总数和真实符合事件的比率。灵敏度（S）—对放射性源符合事件率的测试，源活度低于可忽略计数率丢失时的活度值。a.Si切面i的灵敏度b.Stot系统总灵敏度正弦图（Sinogram）—横断图像的2D投影空间表达，2D空间的一维表示距断层中心的半径距离，另一维表示投影角度。空间分辨率（FWHMxxx）—2D或3D空间脉冲函数断层空间响应的半高全宽：a.FWHMrad横断平面的径向半高全宽b.FWHMtan横断平面的切向半高全宽c.FWHMax轴向平面的切向半高全宽标准偏差（SDxxx）—用于部分的均匀性测试：a.SDi对切面I中所有ROI，测试值的标准偏差b.SDvol对系统确定区域中所有ROI，测试值的标准偏差c.SDsys对系统所有切面，测试值的标准偏差时间（Txxx）—以秒为单位的相对时间：a.T1/2一个半衰期的时间间隔b.Tacq,j采集j的时间间隔c.T0采集的开始时间d.Tcal井型计数器的测量时间容积（VVolume）—以毫升为单位的物理容积。1.3参考出版物Karpetal.,“PerformanceStandardsinPositronEmissionTomography”J.NuclMed32:2343-2350F.W.Walker,J.R.Parrington,andF.Feiner,ChartoftheNuclides,14thedition,KnollsAtomicPowerLaboratory,Revised19892、总论2.1目的本标准的目的是确定评价PET性能的步骤。厂家引用这种结果标准化的测试详细叙述他们产品的性能水平。这些测试对于工业生产是有效的，也可以用于比较不同厂家的断层仪。测试中使用的器件或方法对于大多数使用者是可行的。因此，这一标准化的测试步骤也可以被用户用于断层仪安装前后的验收测试。部分测试可用于质量控制。对于本步骤内容的进一步讨论可见Karp等的“PerformanceStndardinPositronEmissiontomography”2.2前言标准化委员会努力制定该测试方法，使之能够适用于目前所有的PET，包括：多环、连续探测器和时间飞行。对于可以预期的发展也尽可能考虑在其中。需要评价性能的断层仪要具有适合人体的横断FOV，以及至少260mm的探测直径以达到测试步骤目的。测试模型的长度为19.0cm，以满足小于17.0cm轴向FOV所有断层切面的性能测试。对于轴向FOV大于17.0cm的断层仪，测试模型放置在轴的中心位置，仅可得到中心17.0cm的信息。2.3测试单位国际单位（SI）用于PET性能测试的全部报告。惯用的单位，如mCi，可在标准单位后作为辅助值用括号标出，用于个别的性能报告。2.4一致性所有的测试必须是在不改变任何仪器参数情况下进行，这些参数是有严格的相互依存限制的，除非在一特定的测试中有专门指定。它们包括（但不仅限于）：能窗、符合定时窗、脉冲总和时间、增加空间采样的移动（如摆动或轴向传递）、重建滤波器、像素尺寸、切面厚度、轴向接收角度和轴向平均或平滑。重建滤波器、矩阵和像素尺寸由厂家推荐，并在所有NEMA测试中保持固定，除非在一特定的测试中有专门指定。在进行2-D断层图像重建前，大多数系统将原始测试组织为对应于横断切面的平行投影矩阵。这样会导致在半径距离增加时，依赖于轴向接收角度的定位错误，尤其是在轴向。一些系统通过调整隔离屏蔽可以改变轴向接收角度，而另一些通过软件改变角度。对于采集和重建3-D测试的系统，假定它的容积成像可以被分切为平行平面，用于数据分析。接收角度由厂家推荐，并在所有NEMA测试中保持固定。空气中点源的散射线明显小于人体，然而会有来自铅屏蔽的散射，它们不会被符合条件所排除。此外，对正电子事件的定位能力依赖于事件的能量，尤其是对于使用晶体-光电倍增管编码的系统。因此，用于测试的能量窗必须确定，它应厂家推荐设置，并在所有NEMA断层性能测试中保持固定。对于使用测试模型的所有测试，假定只有测试模型在FOV中。任何FOV中其它的衰减物资，例如固定材料，也许会影响测试结果。所以当使用模型进行测试时，测试模型应该悬挂在FOV中。2.4等价性所有测试要求用18F。由于正电子范围、活度校准等原因，使用其它核素，如67Ga，有些测试会导致显著不同的结果。在测试中不推荐使用18F以外的核素。假定用于测试的活度计或井型探测器已使用国家标准和技术学会参考源或一个活度与上述参考源相关的源进行校准。3、空间分辨率（SPATIALRESOLUSION）3.1概论系统空间分辨率表示系统分辨两个经图像重建的点的能力。系统空间分辨率通过在空气中采集点源或线源，然后使用尖锐的重建滤波器重建图像的方法进行测试。尽管这种方法并不反映一个物体成像时存在的组织散射和因有限的采集事件而要求的平滑重建滤波器的条件，但它能够提供各种PET的最佳状况的比较，指出最高能够达到的性能。3.2目的该测试目的是测定一个放射源重建图像的点扩展函数（PSF）的宽度，或一个放置在垂直于测试方向的伸延放射源重建图像的线扩展函数（LSF）的宽度。可以使用点源和线源。扩展函数的宽度由其半高宽（FWHM）表示。有两种方法测试物体在轴向被分辨的程度。一是轴向分辨率，在一个固定点进行测试，仅适用于具有足够良好轴向采样（至少小于轴向剖面FWHM的3倍）的PET以产生有效的结果。二是轴向切面宽度（通常称为“切面厚度”），通过一个点源沿扫描轴向小间隔递增移动进行测试，该方法使用于各种PET。3.3方法对所有系统，空间分辨率在横断切面的径向和切向进行测试。另外，对于轴向采样小于轴向响应函数FWHM3倍的系统，应该测试轴向分