一种新型SPECT性能检测模体的研制

李红磊 刘晓建 杨 昆 李晓鸣 姚树林 杜国生

一种新型SPECT性能检测模体的研制

李红磊①刘晓建①杨 昆②李晓鸣②姚树林③杜国生④

目的：研究设计一种几何尺寸、材料符合国家标准要求及结构优化合理的用于SPECT系统成像设备质量控制检测的新型模体。方法：调研国内外现有标准及模体资料，确定关键参量；依据γ射线辐射检测与防护特点进行优化设计，采用现有技术提高其使用性能。结果：研制出检测模体：①用于检测SPECT系统“固有空间分辨力”、“固有空间微分线性”的铅栅模(X、Y方向各一个模体)；②用于“系统空间分辨力”和“全身空间分辨力”检测的双线源模，可同时检测双探测器的“系统空间分辨力”；③可同时检测双探测器的“系统平面灵敏度”的平面源模；④低散射放射源夹持器；⑤其他连接支撑部件；⑥采集数据分析处理软件。并获得四项实用新型专利授权。结论：研制的模体使用方便、工作效率高，可降低核素99Tcm的使用量，减少操作人员受照剂量。

核医学；检测模体；分辨力；铅栅模

李红磊，男，(1983- )，本科学历，技师。中日友好医院核医学科，从事核医学技师工作。

我国卫生部放射卫生防护标准专业委员会组织编制的“单光子发射断层成像设备(SPECT)质量控制检测规范”颁布、实施在即，检测单位必须配备一套符合规范要求的检测模体。SPECT系统制造厂商的质量控制模体规格专一，外形只适用于制造厂商的设备或某种型号设备，其内部结构和材质不得而知，设备内均配有符合美国国家电气制造商协会(NEMA)标准的检测数据分析软件；未见符合国际原子能机构(IAEA)、国际电工委员会(IEC)及NEMA[1-3]标准要求的商用质量控制模体。核医学设备性能检测模体套装N-2000是我国市售的唯一产品，有许多应改进之处。为满足SPECT质量控制管理的需要，本研究研制一套符合国家标准(报批稿)和NEMA标准要求、各生产厂产品通用的新型SPECT系统性能质量控制检测模体，其数据采集、处理分析软件均符合即将颁布、实施的规范及NEMA标准要求。

1 SPECT系统性能检测模体材料

SPECT系统成像设备质量控制检测模体包含主要部件为：①铅栅模，规格为狭缝1 mm、缝间距30 mm、铅板厚3 mm；②双线源模，规格为双层有机玻璃，线间距100 mm，孔内塑料管内径＜1 mm；③平面源模，规格为模体内腔体体积Ф150×10 mm3；④低散射源夹持器，规格为黄铜罩体内置3 mm厚管状铅衬和铅衬板、有机玻璃源托和防漏胶圈。

新型模体需达到以下要求：①满足国家标准[4]和NEMA UN1-2007标准关键几何尺寸和材料、材质要求；②结构优化合理，尽可能减少由模体结构、材质的缺陷致使检测结果与设备系统固有性能的偏离；③使用方便、效率高，减少检测操作人员辐射剂量[5]。

2 SPECT系统性能检测模体研制方法

研究设计方法为：①调研国内外现有标准及模体相关资料[6]，确定关键参量；②依据γ辐射与物质相互作用原理和核辐射探测技术特点，试验、优化结构设计；③采用现有技术提高模体的使用性能；④有严格尺寸公差要求的零部件均用数控机床加工，确保其加工精度。

2.1 铅栅模体

在国家标准WS/T(报批稿)和NEMA NU 1-2007标准中仅对检测SPECT系统固有空间分辨率和空间线性的铅栅模体做出以下规定：在3 mm厚的铅板上设有1 mm狭缝，缝间距为30 mm；国家标准GB/T18989 2003规定了上述尺寸公差；X轴和(或)Y轴双向均必须检测[1]。

国内医疗机构现有SPECT系统探测器的有效视野在54 cm×40 cm左右。为满足标准中性能检测的要求，需尽量加大铅栅模体的覆盖面。由于设备实际成像时存在一定的边缘效应，铅栅模应能够适用于在用的新、旧系统，铅栅模体中的栅线长度和栅线总条数设置为：X轴方向栅线长52 cm，共13条；Y轴方向栅线长38 cm，共17条。为了确保铅板上的狭缝在加工、运输和使用中不出现明显变形，以至影响检测结果的准确，需在1 mm狭缝中嵌入1 mm厚的低密度聚乙烯片，优化选用刚性好、对γ射线低散射、少吸收的3 mm厚碳纤板作为铅缝板的支撑体，使用特种胶粘接增加螺钉强化固定(如图1所示)。

图1 铅栅模体实物图

2.2 双线源模体

在即将颁布、实施的检测规范中，检测“系统空间分辨力”和“全身空间分辨力”指标所要求设置的条件、参量和模体与NEMA UN 1-2007标准相近，未对散射体提出要求。双线源模体采用了长方形双层有机玻璃之间设置直径为3.2 mm长线U型孔结构，线间中心距为100 mm。在孔内插入内径≤1 mm的塑料管，注入液体源即可。牢固粘接的双层(每层厚5 mm)有机玻璃板一端悬空搁置于两个探测器之间，双线源对两个探测器的照射量率一致(如图2所示)。

图2 双线源实物图

2.3 平面源模体

在保证模体内Ф为150×10 mm3腔体、平面壁厚5 mm、圆周壁厚10 mm的规范和标准要求下，将模体设计成多边形、对称侧面注入和(或)排出口的扁平状有机玻璃盒(如图3所示)。

2.4 低散射源夹持器

NEMA UN 1-2007标准在多项检测中要求测试用源应置于专用屏蔽体内，以减少墙壁和天花板的散射及对检测人员辐射；距放射源中心5倍探测器有效视野(UFOV)最大尺寸处的照射野应≥2倍探测器有效视野。本研究设计加工了适用于放射性试剂源的组合式、防止源液渗漏的屏蔽罩，黄铜罩体内置3 mm左右厚的管状铅衬、铅盖板、有机玻璃源托和防漏胶圈，屏蔽罩可对99Tcm的γ射线(140 keV)屏蔽减弱103倍。为使操作人员能方便快速调试屏蔽源的照射野到位(即其中心轴线与探测器有效入射面在中心位基本垂直相交)，在屏蔽罩上安装一套照射野中心激光指示灯组(如图4、图5所示)。

图3 平面源模体实物图

图4 低散射源夹持器部件

图5 低散射源夹持器实物

3 SPECT系统性能检测模体研制结果

按照国家标准要求研究、设计加工了SPECT系统性能检测模体，其中包括：①用于检测SPECT系统X/ Y双向性能指标“固有空间分辨力”、“固有空间微分线性”的铅栅模体；②用于系统性能指标“系统空间分辨力”和“全身平面空间分辨力”检测的双线源模体，可同时检测双探测器“系统空间分辨力”；③可同时检测双探测器“系统平面灵敏度”的平面源模；④用于“固有空间分辨力”和“固有空间微分线性”、“能量分辨力”、“固有积分和(或)微分均匀性”及“最大计数率”检测的低散射放射源夹持器；⑤其他连接、支撑部件。全套模体共41件，成品经过测试和比对达到设计要求。铅栅模体、双线源模体、平面源模体和低散射放射源夹持器已获中国实用新型专利。

表1 计量部门对模体关键部件检测结果

3.1 计量检定测试

在小批量生产中整体组装成型前随机抽取关键部件送计量部门检验，所检尺寸合格。检定结果见表1[7]。

3.2 低散射放射源夹持器限束、屏蔽效果测试

(1)使用TLD剂量计测量约480 MBq(13 mCi)99Tcm屏蔽源下1.3 m处均匀照射野，其结果为照射量率最大值的90%等剂量率曲线圆的直径约为80 cm；用照射野中心激光指示灯可快速调节屏蔽源照射野到位。

(2)将99Tcm液体37 MBq(1 mCi)分别注入屏蔽罩内源托(屏蔽源)里和小安瓶(非屏蔽源)内。将两源置于检查室内、探测器对面墙边(厂家检查校准设备时通常位置)，距离探测器3.52 m处照射，采用6150ADb环境剂量仪分别测量距源中心1 m处和检查床上照射量率，检查屏蔽效果，结果见表2。

表2 使用屏蔽源和不使用屏蔽源时剂量仪测试对照

(3)分别采用屏蔽源和非屏蔽源在Symbia T2型SPECT/CT系统和Infinia型SPECT系统上同样参量设置采集99Tcm的γ能谱曲线图，如图6、图7所示。由于室内散射线本底降低后，γ射线能谱图中的康普顿散射坪明显变低(定性观察)，Infinia型SPECT系统以全能峰FWHM宽度%标示的固有能量分辨力提高0.1%～0.4%；

图6 Symbia T2型设备系统能量分辨力测试的γ射线谱图形

图7 Infinia型设备系统能量分辨力测试的γ射线谱图形

(4)经实际检测，3 mm厚的碳纤板对99Tcm的γ射线140 keV的吸收和45o散射剂量与3 mm厚的铝板、不锈钢板相比较，碳纤板是铝板的95%左右，碳纤板的吸收是不锈钢板的70%；选用碳纤板做铅栅的覆盖板检查室内散射线明显降低。图6中γ射线谱图中康普顿散射线明显降低，应是源屏蔽和覆盖板选材的综合效果。

(5)由于双线源模体和平面源模体的双面结构对称、放射性试剂注入和(或)排出快捷、安全，检测使用方便，双探测器系统等参量同时检测比使用非对称结构模体检测可提高功效，并减少调试操作者受辐照时间，从而降低工作人员吸收剂量；

本套模体的数据处理分析软件严格按照NEMA标准算法设计，操作界面清晰，对话简洁流畅；能够同时按NEMA标准和国家规范(报批稿)计算处理所采集的检测数据。

4 讨论

近年来，随着我国核医学大型医疗设备SPECT的飞速发展，迫切需要一种既能适应不同厂家生产的设备检测要求，又能在实际检测时减少人员辐射剂量的检测设备。新型模体的研制已达到设计要求指标，符合即将颁布、实施的国家标准规范及NEMA标准要求。用于实际检测时较其他型号产品，可明显提高工作效率，降低99Tcm试剂的用量，减少操作人员的辐射剂量。然而，以下问题仍值得探讨：①系统固有空间分辨力的测量时，第三方检测使用这种“通用型”铅栅的放置位置不可能与各设备出产厂的专用铅栅一样，虽然所有厂家的多种型号设备的测试结果与厂家指标相吻合，但从测试原理分析，3 mm厚的铅栅缝有准直作用，如何控制铅栅位置(与探测器表面的距离)对检测结果的影响应有明确界定；②为了便于安装、搬运，“通用型”铅栅上必须配备提手，提手上的散射线对靠近铅栅线测量结果的影响不可忽视，采用低散射材质提手或配备活动提手可降低影响或消除影响；③模体结构进一步优化，从而减少测试用放射性药物剂量和缩短操作时间，降低检测操作人员的辐射剂量。改善模块结构还有降低剂量的余地。实际检测时铅栅的放置位置应有规范界定。

[1]IAEA.IAEA-TECDOC-602 Quality control of nuclear medicine instruments 1991[S].IAEA，1991.

[2]IEC.IEC 60789：1992，Radionuclide imaging device-Characteristics and test conditions Anger gamma cameras[S].IEC，1992.

[3]NEMA.Standards Publication NU 1-2007 Performance Measurements of Gamma Cameras[M].NEMA，2007：6-22.

[4]国家药品监督管理局.GB/T18989-2003放射性核素成像设备性能和试验规则 伽玛照相机[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2003-03-05.

[5]ICRP.Limits for intakes of radionuclides by workers，Part 1[R].ICRP Publication 30，Annals of the ICRP，1979，2：3-4.

[6]孙志辉，杨冬，徐桓，等.低辐射型核医学成像设备性能测试体模的研制[J].医疗卫生装备，2013，34(2)：15-17.

[7]中国计量科学研究院.DYJl2014-0215测试报告[R].中国计量科学研究院，2014-01-20.

Research and design a new model phantom for SPECT quality control testing

LI Honglei, LIU Xiao-jian, YANG Kun, et al// China Medical Equipment,2014,11(5):37-40.

Objective:To research and design a new model for SPECT quality control testing, which is consistent with the national standards of geometry and materials, and has a lot of advantages, including the optimized and reasonable structure, convenient to use, high efficiency, and little exposure dose for testing personnel.Methods:To investigate current international and domestic standard protocols for the purpose of confirming the key parameter; to optimize the design based on the characteristics of γ radiation detection and prevention, and improve the capability of the available technologies.Results:The process of research and design includes: 1. Lead Grid model, applied to test the “inherent spatial resolution” and “inherent spatial differential linearity” of the SPECT system, with one die body endowed with bidirectional application as X/Y; 2. Dual Linear Source model, used to test “the system spatial resolution (mm)” and “the whole body spatial resolution (mm)”, as well as the “the system spatial resolution (mm)” of double detectors; 3. Plane Source model, applied to the simultaneous test of “system plane sensitivity” of the double detectors; 4. Holder of Radioactive Source with low scattering. 5. Others for connecting and supporting. 6. Data acquisition and analysis software. This new model has obtained 4 patent licenses.Conclusion:This new model is easy to use, highly effective. It could lessen the dosage of 99Tcm, reduce the radiation injury of personnel. In the future, we need improve the structure of model to reduce radiation dose further, and make a positioning standard for lead grid model during quality control detectingin China, and this work also lay the foundation for the further work in the quality control of the dental panoramic machine.

Nuclear medicine; Resolution; Lead grid model

1672-8270(2014)05-0037-04

R812

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.05.014

2014-02-12

①中日友好医院核医学科 北京 100029 ③解放军总医院核医学科 北京 100853

②北京贝特莱博瑞技术检测有限公司 北京 100013 ④北京市疾病预防控制中心防护所 北京 100013

[First-author’s address]China-Japan Friendship Hospital, Beijing 100029, China.