SPECT的数据采集条件对其断层分辨率的影响实验探讨
作者：任志刚 李小华 刘枫 刘淑华
单位：任志刚 刘枫 刘淑华(广州市肿瘤医院 核医学科)；李小华(广州军区 广州总医院，广东 广州 510095)
关键词：质量控制；断层分辨率；断层摄影术；发射型计算机；单光子
中国医学物理学杂志000102 摘要：目的：探讨采集条件的选择对SPECT断层分辨率的影响。方法：采用Jaszczak模型。设定不同条件对模型进行360。采集，并对所采集的48组原始资料进行重建处理，观察重建图像。结果：配置高能准直器，128×128矩阵，200 K以上计数，重建结果可分辨出直径11 mm柱型模型及直径12 mm球形模型，其余采集方式所重建的结果均达不到此分辨效果。讨论：就矩阵大小而言，128×128矩阵采集分辨能力优于64×64矩阵。采集信息量的大小亦是影响分辨率好坏的重要因素之一，采集信息量大，分辨率则高；反之，则分辨率下降。
, http://www.100md.com
中图分类号：R814.42 文献标识码：A 文章编号：1005-202X(2000)01-0004-02
Effect of acquisition conditions on SPECT tomographic resolution
REN Zhi-gang LI Xiao-hua LIU feng
(Guangzhou Tumor Hospitol, Guangzhou 510095,China)
Abstract: Purpose This study was to investigate the effect of the selection of acquisition conditions on SPECT tomographic resolution. Method Build-in cylindrical and ball (in cold areas) Jaszczak models of different diameters were used. On the basis of the presupposed conditions, acquisitions of 360。 Were conducted; the 48 groups of original data acquired were processed for reconstruction, and then the model images reconstruct were observed and studied. Results With a high- resolution collimator of 128×128 rectangular array and a count of over 200K, the reconstruction resulted in the resolution of cylindrical models with a diameter of over 11mm and ball models with a diameter of over 12mm. Other acquisition methods failed to produce the same results. Discussion The results indicate that under the same acquisition conditions, the resolution power from a low-energy high-resolution collimator is better than that from a low-energy all purpose collimator. As for the size of the rectangular array, under the same conditions, the resolution power of a 128×128 array is better than that of a 64×64 array. The amount of information acquired is also one of the important factors that affect resolution. The larger the amount, the higher the resolution, and vice versa.
, 百拇医药
Key words: quality control; tomographic resolution; tomographic;emission computed; single photon
SPECT断层分辨率是SPECT质量控制的一个重要指标，它反映SPECT系统分辨放射性物体的能力，其好坏与否直接影响到临床诊断的准确性。而采集条件的选择是影响断层分辨率的重要因素之一。我们就此问题进行了断层分辨率测试模型实验，并对实验结果进行了分析，现报道如下。
1 材料与方法
1.1 仪器：使用Siemens DIACAM/ICON SPECT仪，配置Power Macintosh 8100/80计算机。
1.2 模型：采用直径22 cm，长22 cm的有机玻璃圆柱体模型(Jaszczak模型)，内置6组直径分别为25 mm，19 mm，16 mm，12 mm，11 mm，9 mm圆柱体及5个直径分别为31 mm，25 mm，19 mm，16 mm，12 mm圆球体阴模。
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1.3 方法：注入370 MBq 99mTc溶液，充分混匀，检查是否有空气泡及漏水，而后将制备好的模型置于断层床上，中轴与断层床长轴平行，根据设定的不同条件对模型进行360。采集，旋转半径19 cm，放大倍数1.45，窗宽为10%，采集条件分别如下：(1)矩阵大小：128×128及64×64；(2)投影面数目3°/帧，共120帧；4.5°/帧，共80帧；6°/帧，共60帧。步进式采集；(3)每帧投影采集计数：400 K，300 K，200 K，100 K；(4)准直器配置：低能通用型准直器及低能高分辨型准直器。将所采集的共48组原始资料进行重建处理，重建方式用厂家提供的软件，重建算法采用反投影滤波法，重建滤波为Butterworth滤波函数，衰减校正采用Chang法，系数0.12，重建厚度为1个像素，由重建的横断面建立冠状面及矢状面，观察重建后模型图像。
2 结果
128×128矩阵，配置低能高分辨型准直器，200 K以上计数，在120帧、80帧、60帧投影中，重建结果可分辨出直径11 mm以上柱形模型，直径12 mm以上球形模型均可检出(图1)，在每帧投影100 K计数时，则三种采集方式只能分辨直径12 mm的柱形及球形模型。
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128×128矩阵，配置低能通用型准直器，每帧投影200 K以上计数，在120帧、80帧投影中，重建结果可分辨直径12 mm以上柱形及球形模型，在每帧投影200K计数，60帧投影及每帧投影100 K计数的三种采集方式中，重建结果都分辨不出直径12 mm柱形及球形模型，只能分辨出直径16 mm模型。
图1 128×128矩阵，配置低能高分辨型准直器，400 K/帧，120帧投影，重建结果可分辨出直径11mm以上柱形模型与直径12 mm以上球形模型。
64×64矩阵，配置低能高分辨型准直器，每帧投影100 K以上计数的三种采集方式均可分辨出直径12 mm以上柱形及球形模型。直径11 mm及9 mm模型则分辨不出。
64×64矩阵，配置低能通用型准直器，每帧投影300 K以上，在120帧、80帧投影时，重建结果可分辨12 mm以上柱形及球形模型，在每帧投影300 K计数，60帧投影及每帧投影200 K以下计数的三种采集方式， 重建结果分辨不出直径12 mm柱形及球形模型，只能分辨出直径16 mm模型(图2)。
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图2 图 2 64×64矩阵，配置低能通用型准直器，100 K/帧，120帧投影，重建结果分辨不出直径12 mm柱形及球形模型，只能分辨出直径16 mm模型。
3 讨论
SPECT仪断层分辨率系指断层面内的空间分辨率，是SPECT质量控制的一个重要指标，它反映SPECT系统分辨放射性的能力。
对于360。断层采集的投影角度数，已有一些文献推荐了部分公式。M.S.Rosenthal等：N≥πD/δX，其中N表示360。的投影角度数，D表示探头视野FOV的直径，δX表示SPECT的分辨率[1]；Lee A. Forstrom等：Number of Angular Views=πD/2ρ,式中D表示靶器官的直径，ρ表示采集矩阵的像素尺寸[2]。Brian Hutton认为：N=πD/(δX/2)，其中D是以探头转轴为中心包括靶器官的圆周的直径，δX表示SPECT的分辨率[3]。Bernier DR: Number of Angles =(4π×Radius of Rotation)/Imaging resolution[4]。根据上述公式的推算及临床所用计算机要求，360。断层采集的投影角度数应为120帧或128帧较为理想。
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根据实验结果显示，配置低能高分辨型准直器，采用128×128矩阵时，每帧投影采集计数200 K，投影角度数为80帧以上，则可分辨直径11 mm的阴模；而每帧投影采集计数200K,投影角度数为60帧及每投影采集计数100 K，投影角度数为60，80，120帧采集均可分辨12 mm以上阴模。64×64矩阵，各种采集方式，均可分辨12 mm以上阴模。
在配置低能通用型准直器，采用128×128矩阵时，每帧投影采集计数200 K，投影角度数为80帧以上，则可分辨直径12 mm以上阴模;而每帧投影采集计数200 K,投影角度数为60帧及每帧投影采集计数100 K，投影角度数为60，80，120帧采集只可分辨16 mm阴模，64×64矩阵每帧投影采集计数200 K，投影角度数为120帧，可分辨12 mm的阴模;而每帧投影采集计数200 K,投影角度数为80帧以下及每帧投影采集计数100 K，投影角度数为60，80，120帧三种采集方式只能分辨16 mm阴模，12 mm模型已无法分辨清楚。
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结果表明，采用低能高分辨型准直器在同等采集条件下分辨能力优于低能通用型准直器。
就矩阵大小而言，配置低能高分辨型准直器，128×128矩阵在投影采集计数200 K，投影角度数80帧时可分辨11 mm阴模，而64×64矩阵在其余同等采集条件下只能分辨出12 mm模型，且分辨清晰度较128×128矩阵差,说明128×128矩阵在总采集信息量达到要求时，其余相同采集条件下分辨能力优于64×64矩阵采集。
采集信息量的大小亦是影响分辨率好坏的重要因素之一。此次实验中可以看出，在配置低能高分辨型准直器，128×128矩阵，每帧投影采集计数200 K，80帧投影时可分辨出11 mm阴模，60帧投影及每帧投影采集计数100 K的采集则只能分辨12 mm阴模，而在配置低能通用型准直器，128×128矩阵在每帧投影采集计数200 K，60帧投影及每帧投影采集计数100 K的各种采集方式均不能分辨12 mm阴模，只能分辨出16 mm。64×64矩阵时结果大致相同。表明采集信息量大，分辨率则高；反之，则分辨率下降[5]。
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综上所述,采集条件直接影响着断层分辨率的好坏，在临床应用中关系到判别病变的准确性，直接影响着临床诊断效果。故做好采集条件的选择对SPECT断层分辨率的提高有着重要的作用。通过实验证明，要获得较高的图像分辨率，则应采用配置低能高分辨型准直器，矩阵大小应采用128×128矩阵较为理想，在投影角度数为60帧时，每帧投影采集计数应在200 K以上,则图像分辨较佳。
因此，在临床应用中除要严格质量控制外，还要掌握好采集条件的选择，以提高SPECT断层分辨率，为临床诊断提供准确的、有价值的依据。
参考文献：
[1]M.S.Rosenthal, J. Cullom, W. Hawkins, et al: Quantitative SPECT Imaging: a review and recommendations by the focus committee of the Society of Nuclear Medicine Computer and Instrumentation Council[J]. J Nucl Med, 1995,36:1489-1513.
, http://www.100md.com
[2]Lee A. Forstrom, William L. Dunn, Michael K. O`Connor et al: Technical Pitfalls in Image Acquisition, Processing, and Display[M]. Seminars in Nuclear Medicine, Vol XXVI, No4 (October), 1996,278-294.
[3]Hutton B: Angular Sampling Is Necessary for Clinical SPECT[J].J Nucl Med, 1995,36:1514.
[4]Bernier DR, Christian PE, Langan JK: Nuclear medicine technology and techniques, 3rd.st.Louis: Mosby Yearbook, 1994,97-106.
[5]任志刚，李永钊，李小华,等. SPECT断层分辨率测试模型实验探讨[J]，中华核医学杂志，1998,18(3)：191.
[6]陈盛祖，有关SPECT成像质量若干因素的探讨[J]，国外医学放射医学核医学分册，1990,14：216-220.
收稿日期：1999-04-05, 百拇医药
单位：任志刚 刘枫 刘淑华(广州市肿瘤医院 核医学科)；李小华(广州军区 广州总医院，广东 广州 510095)
关键词：质量控制；断层分辨率；断层摄影术；发射型计算机；单光子
中国医学物理学杂志000102 摘要：目的：探讨采集条件的选择对SPECT断层分辨率的影响。方法：采用Jaszczak模型。设定不同条件对模型进行360。采集，并对所采集的48组原始资料进行重建处理，观察重建图像。结果：配置高能准直器，128×128矩阵，200 K以上计数，重建结果可分辨出直径11 mm柱型模型及直径12 mm球形模型，其余采集方式所重建的结果均达不到此分辨效果。讨论：就矩阵大小而言，128×128矩阵采集分辨能力优于64×64矩阵。采集信息量的大小亦是影响分辨率好坏的重要因素之一，采集信息量大，分辨率则高；反之，则分辨率下降。
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中图分类号：R814.42 文献标识码：A 文章编号：1005-202X(2000)01-0004-02
Effect of acquisition conditions on SPECT tomographic resolution
REN Zhi-gang LI Xiao-hua LIU feng
(Guangzhou Tumor Hospitol, Guangzhou 510095,China)
Abstract: Purpose This study was to investigate the effect of the selection of acquisition conditions on SPECT tomographic resolution. Method Build-in cylindrical and ball (in cold areas) Jaszczak models of different diameters were used. On the basis of the presupposed conditions, acquisitions of 360。 Were conducted; the 48 groups of original data acquired were processed for reconstruction, and then the model images reconstruct were observed and studied. Results With a high- resolution collimator of 128×128 rectangular array and a count of over 200K, the reconstruction resulted in the resolution of cylindrical models with a diameter of over 11mm and ball models with a diameter of over 12mm. Other acquisition methods failed to produce the same results. Discussion The results indicate that under the same acquisition conditions, the resolution power from a low-energy high-resolution collimator is better than that from a low-energy all purpose collimator. As for the size of the rectangular array, under the same conditions, the resolution power of a 128×128 array is better than that of a 64×64 array. The amount of information acquired is also one of the important factors that affect resolution. The larger the amount, the higher the resolution, and vice versa.
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Key words: quality control; tomographic resolution; tomographic;emission computed; single photon
SPECT断层分辨率是SPECT质量控制的一个重要指标，它反映SPECT系统分辨放射性物体的能力，其好坏与否直接影响到临床诊断的准确性。而采集条件的选择是影响断层分辨率的重要因素之一。我们就此问题进行了断层分辨率测试模型实验，并对实验结果进行了分析，现报道如下。
1 材料与方法
1.1 仪器：使用Siemens DIACAM/ICON SPECT仪，配置Power Macintosh 8100/80计算机。
1.2 模型：采用直径22 cm，长22 cm的有机玻璃圆柱体模型(Jaszczak模型)，内置6组直径分别为25 mm，19 mm，16 mm，12 mm，11 mm，9 mm圆柱体及5个直径分别为31 mm，25 mm，19 mm，16 mm，12 mm圆球体阴模。
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1.3 方法：注入370 MBq 99mTc溶液，充分混匀，检查是否有空气泡及漏水，而后将制备好的模型置于断层床上，中轴与断层床长轴平行，根据设定的不同条件对模型进行360。采集，旋转半径19 cm，放大倍数1.45，窗宽为10%，采集条件分别如下：(1)矩阵大小：128×128及64×64；(2)投影面数目3°/帧，共120帧；4.5°/帧，共80帧；6°/帧，共60帧。步进式采集；(3)每帧投影采集计数：400 K，300 K，200 K，100 K；(4)准直器配置：低能通用型准直器及低能高分辨型准直器。将所采集的共48组原始资料进行重建处理，重建方式用厂家提供的软件，重建算法采用反投影滤波法，重建滤波为Butterworth滤波函数，衰减校正采用Chang法，系数0.12，重建厚度为1个像素，由重建的横断面建立冠状面及矢状面，观察重建后模型图像。
2 结果
128×128矩阵，配置低能高分辨型准直器，200 K以上计数，在120帧、80帧、60帧投影中，重建结果可分辨出直径11 mm以上柱形模型，直径12 mm以上球形模型均可检出(图1)，在每帧投影100 K计数时，则三种采集方式只能分辨直径12 mm的柱形及球形模型。
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128×128矩阵，配置低能通用型准直器，每帧投影200 K以上计数，在120帧、80帧投影中，重建结果可分辨直径12 mm以上柱形及球形模型，在每帧投影200K计数，60帧投影及每帧投影100 K计数的三种采集方式中，重建结果都分辨不出直径12 mm柱形及球形模型，只能分辨出直径16 mm模型。
图1 128×128矩阵，配置低能高分辨型准直器，400 K/帧，120帧投影，重建结果可分辨出直径11mm以上柱形模型与直径12 mm以上球形模型。
64×64矩阵，配置低能高分辨型准直器，每帧投影100 K以上计数的三种采集方式均可分辨出直径12 mm以上柱形及球形模型。直径11 mm及9 mm模型则分辨不出。
64×64矩阵，配置低能通用型准直器，每帧投影300 K以上，在120帧、80帧投影时，重建结果可分辨12 mm以上柱形及球形模型，在每帧投影300 K计数，60帧投影及每帧投影200 K以下计数的三种采集方式， 重建结果分辨不出直径12 mm柱形及球形模型，只能分辨出直径16 mm模型(图2)。
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图2 图 2 64×64矩阵，配置低能通用型准直器，100 K/帧，120帧投影，重建结果分辨不出直径12 mm柱形及球形模型，只能分辨出直径16 mm模型。
3 讨论
SPECT仪断层分辨率系指断层面内的空间分辨率，是SPECT质量控制的一个重要指标，它反映SPECT系统分辨放射性的能力。
对于360。断层采集的投影角度数，已有一些文献推荐了部分公式。M.S.Rosenthal等：N≥πD/δX，其中N表示360。的投影角度数，D表示探头视野FOV的直径，δX表示SPECT的分辨率[1]；Lee A. Forstrom等：Number of Angular Views=πD/2ρ,式中D表示靶器官的直径，ρ表示采集矩阵的像素尺寸[2]。Brian Hutton认为：N=πD/(δX/2)，其中D是以探头转轴为中心包括靶器官的圆周的直径，δX表示SPECT的分辨率[3]。Bernier DR: Number of Angles =(4π×Radius of Rotation)/Imaging resolution[4]。根据上述公式的推算及临床所用计算机要求，360。断层采集的投影角度数应为120帧或128帧较为理想。
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根据实验结果显示，配置低能高分辨型准直器，采用128×128矩阵时，每帧投影采集计数200 K，投影角度数为80帧以上，则可分辨直径11 mm的阴模；而每帧投影采集计数200K,投影角度数为60帧及每投影采集计数100 K，投影角度数为60，80，120帧采集均可分辨12 mm以上阴模。64×64矩阵，各种采集方式，均可分辨12 mm以上阴模。
在配置低能通用型准直器，采用128×128矩阵时，每帧投影采集计数200 K，投影角度数为80帧以上，则可分辨直径12 mm以上阴模;而每帧投影采集计数200 K,投影角度数为60帧及每帧投影采集计数100 K，投影角度数为60，80，120帧采集只可分辨16 mm阴模，64×64矩阵每帧投影采集计数200 K，投影角度数为120帧，可分辨12 mm的阴模;而每帧投影采集计数200 K,投影角度数为80帧以下及每帧投影采集计数100 K，投影角度数为60，80，120帧三种采集方式只能分辨16 mm阴模，12 mm模型已无法分辨清楚。
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结果表明，采用低能高分辨型准直器在同等采集条件下分辨能力优于低能通用型准直器。
就矩阵大小而言，配置低能高分辨型准直器，128×128矩阵在投影采集计数200 K，投影角度数80帧时可分辨11 mm阴模，而64×64矩阵在其余同等采集条件下只能分辨出12 mm模型，且分辨清晰度较128×128矩阵差,说明128×128矩阵在总采集信息量达到要求时，其余相同采集条件下分辨能力优于64×64矩阵采集。
采集信息量的大小亦是影响分辨率好坏的重要因素之一。此次实验中可以看出，在配置低能高分辨型准直器，128×128矩阵，每帧投影采集计数200 K，80帧投影时可分辨出11 mm阴模，60帧投影及每帧投影采集计数100 K的采集则只能分辨12 mm阴模，而在配置低能通用型准直器，128×128矩阵在每帧投影采集计数200 K，60帧投影及每帧投影采集计数100 K的各种采集方式均不能分辨12 mm阴模，只能分辨出16 mm。64×64矩阵时结果大致相同。表明采集信息量大，分辨率则高；反之，则分辨率下降[5]。
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综上所述,采集条件直接影响着断层分辨率的好坏，在临床应用中关系到判别病变的准确性，直接影响着临床诊断效果。故做好采集条件的选择对SPECT断层分辨率的提高有着重要的作用。通过实验证明，要获得较高的图像分辨率，则应采用配置低能高分辨型准直器，矩阵大小应采用128×128矩阵较为理想，在投影角度数为60帧时，每帧投影采集计数应在200 K以上,则图像分辨较佳。
因此，在临床应用中除要严格质量控制外，还要掌握好采集条件的选择，以提高SPECT断层分辨率，为临床诊断提供准确的、有价值的依据。
参考文献：
[1]M.S.Rosenthal, J. Cullom, W. Hawkins, et al: Quantitative SPECT Imaging: a review and recommendations by the focus committee of the Society of Nuclear Medicine Computer and Instrumentation Council[J]. J Nucl Med, 1995,36:1489-1513.
, http://www.100md.com
[2]Lee A. Forstrom, William L. Dunn, Michael K. O`Connor et al: Technical Pitfalls in Image Acquisition, Processing, and Display[M]. Seminars in Nuclear Medicine, Vol XXVI, No4 (October), 1996,278-294.
[3]Hutton B: Angular Sampling Is Necessary for Clinical SPECT[J].J Nucl Med, 1995,36:1514.
[4]Bernier DR, Christian PE, Langan JK: Nuclear medicine technology and techniques, 3rd.st.Louis: Mosby Yearbook, 1994,97-106.
[5]任志刚，李永钊，李小华,等. SPECT断层分辨率测试模型实验探讨[J]，中华核医学杂志，1998,18(3)：191.
[6]陈盛祖，有关SPECT成像质量若干因素的探讨[J]，国外医学放射医学核医学分册，1990,14：216-220.
收稿日期：1999-04-05, 百拇医药