タイトル記入欄

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みいかてらわ
5 years ago
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1 核医学分野座長集約真の SPECT 像とはどんなもの? 座長岩手医科大学附属病院中央放射線部小田島智 (Odashima Stoshi) 昨年は真の SPECT 画像とは放射線強度分布を正確に表した画像つまりパーシャルボリューム効果のない画像でありこれを達成するには分解能の高い画像でなければならないという考えの下にデータ収集後の SPECT 画像作成過程が分解能へ及ぼす影響について白河厚生病院の小室先生にご報告いただきました FBP OSEM という再構成処理の違いバターワースフィルターのカットオフ値画像の回転などのリフォーマットなどソフト的処理を行うことで分解能が低下することを示していただきました今年はいろいろなピクセルサイズで収集したデータを FBP OSEM で処理し FWHM FWTM に違いがあるのかあるとすればどのように違うのかを岩手県立胆沢病院石田幸冶先生に実験していただきましたそして投影枚数は多ければ多いほど良い画像になるのかなど投影枚数の違いが画像にどのように現れるか仙台赤十字病院三浦一隆先生に実験していただきましたお二人には震災で大変忙しい中精力的に取り組んでいただきました分解能を左右する因子として今回取り上げた因子の他にコリメータの違い回転半径の違い回転方法 (step&shoot continuous) の違いなどがありますこれらの特性も理解しなければならないと考えます真の SPECT の追求とは分解能の追求 - SPECT 収集による影響 - 岩手県立胆沢病院診療放射線科石田幸治 (Ishita Koji ) 緒言 SPECT 画像の画質を左右する重要な要因である収集ピクセルサイズは大きくなるにつれ画質劣化の原因である臨床において収集カウントと統計ノイズの関係からどうしても大きいピクセルサイズを使用せざるを得ない状況は多々ありその結果空間分解能の劣化を招き画質が劣化してしまう状況に直面する近年 OSEM 法の登場によりピクセルサイズが大きくなってもさほど画質の劣化は感じられなくなった今回従来からの SPECT 再構成法である FBP 法と OSEM 法 ( コリメータ開口径補正なし ) を用いて空間分解能についてどのような違いが見られるか検討を行なった検討項目 1. ピクセルサイズの変化に伴う FWTM FWHM の検討ピクセルサイズが大きくなると空間分解能の劣化を招きそれに伴い画質も劣化するしかし OSEM 法を用いる事で従来ほど画質の劣化は見られなくなったそこでピクセルサイズを大きくしていき FBP 法 OSEM 法でどの程度空間分解能に違いがあるのか検討を行った

2 収集再構成条件ピクセルサイズ 1.5mm~9.6mm JIS SPCET PHANTOM 分解能評価ファントム使用コリメータ LEHR( 99m Tc FWHM 7.4mm at 10cm) 使用核種 99m Tc マトリクスサイズ収集拡大率 1~3.2 倍収集時間 30 秒 /view view 数 72 被写体検出器間距離 15cm( 分解能ファントム ) 回転軌道円形軌道収集モード STEP&SHOOT 減弱散乱線補正なし再構成法 OSEM 法 ( 開口径補正なし ) Subset 12 Iteration 6 FBP 法前処理フィルターなし結果 1 ピクセルサイズを変化させた時の FWHM / FWTM の変化 Fig.1 FWHM の変化 Fig.2 FWTM の変化

考察 1 ピクセルサイズが過剰に大きい場合には FBP 法ではピクセルサイズの影響を大きく受け OSEM 法ではピクセルサイズの影響は小さく空間分解能の劣化をある程度防ぐことが出来た FWHM に関しては臨床で多く用いる 3mm~5mm の間でのピクセルサイズの使用では OSEM 法 FBP 法共にほぼ同じ値であった FWTM に関してはピクセルサイズ 3mm を超えると OSEM

ピクセルサイズが同一の画像の検討 128 128 マトリックスで収集拡大率 1 倍と 64 64 マトリックスで収集拡大率 2 倍のピクセルサイズは同じであるピクセルサイズが同じであれば同画質の SPECT 像が形成されるはずである実際同一であるかどうか空間分解能コントラスト画質の視覚的評価を行った収集再構成条件マトリクスサイズ / 収集ズーム 128 128 (1 倍 )

8mm ( 一定 ) 再構成条件上記と同様結果 2 空間分解能コントラストにおいて数値上明らかな違いは見られなかった視覚的に評価したものについては IB-20 ファントムにおいては明らかな違いは見いだせなかったが画像歪測定用ファントムにおいてファントム辺縁部及び COLD 部において若干の違いが見られた 64 64 FBP 128 128 FBP 64 64 FBP 128 128

3 考察 1 ピクセルサイズが過剰に大きい場合には FBP 法ではピクセルサイズの影響を大きく受け OSEM 法ではピクセルサイズの影響は小さく空間分解能の劣化をある程度防ぐことが出来た FWHM に関しては臨床で多く用いる 3mm~5mm の間でのピクセルサイズの使用では OSEM 法 FBP 法共にほぼ同じ値であった FWTM に関してはピクセルサイズ 3mm を超えると OSEM 法の方が良いという結果が得られたしかし Subset/Iteration の組み合わせ次第では違った結果も得られた可能性もあるが FWTM が良いということは被写体の低濃度領域のコントラストの向上が期待できそれに伴い全体的にコントラストの良い画像が作成する事が可能であると思われる検討項目 2. ピクセルサイズが同一の画像の検討マトリックスで収集拡大率 1 倍とマトリックスで収集拡大率 2 倍のピクセルサイズは同じであるピクセルサイズが同じであれば同画質の SPECT 像が形成されるはずである実際同一であるかどうか空間分解能コントラスト画質の視覚的評価を行った収集再構成条件マトリクスサイズ / 収集ズーム (1 倍 ) (2 倍 ) ピクセルサイズ 4.8mm ( 一定 ) 再構成条件上記と同様結果 2 空間分解能コントラストにおいて数値上明らかな違いは見られなかった視覚的に評価したものについては IB-20 ファントムにおいては明らかな違いは見いだせなかったが画像歪測定用ファントムにおいてファントム辺縁部及び COLD 部において若干の違いが見られた FBP FBP FBP FBP Fig.3 ピクセルサイズが同一の画像考察 2 同一ピクセルサイズであるため収集カウント数に違いは見られなかった視覚的にIB-20ファントムを用いた画像でははっきりとした違いは見られなかったが画像ひずみ測定用ファントムでは視覚的に異なるように見えたはっきりとした原因はつかめなかったが放射線のゆらぎ画像再構成時の人為的なものパーシャルボリューム効果ナイキスト周波数の違いその他考えられる今後追加検討の必要性が大いにある真の SPECT の追求とは昨年は再構成条件が与える影響について今年は収集条件が与える影響について検討を行った真の SPECT 像とは本来持っている空間分解能を如何に落とさず撮像できるかここに尽きると考えられる被写体の描出能は空間分解能から考えるとピクセルサイズの影響が大きい空間分解能が劣化することによりパーシャルボリューム効果が増大し被写体の大きさを正しく表現出来なくなるすなわち真のカウントを正しく表現出来なくなるしかし空間分解能を向上させようとするためにはピクセルサイズを小さくするしかしピクセルサイズを小さくすると共に統計ノイズの増大も起こり得るこの空間分解能及び統計ノイズは両者相反するものであるが収集条件並びに再構成条件を適宜組み合わせこの相反する両者を融合さる事により真の SPECT 像を得るものである

4 真の SPECT 像とは? 収集条件による分解能への影響 - Sampling Step Angle について - 仙台赤十字病院医療技術部放射線技術課三浦一隆 (Miura Kazutaka) 目的 SPECT 画像の分解能に影響を与える要因として収集条件再構成条件出力条件に大きく分かれるが収集条件においては収集時間ピクセルサイズ収集モード軌道サンプリング角度が挙げられるここではファントムを用いてサンプリング角度 (View 数投影枚数 ) をかえて収集したときの画質の変化を確認する方法 SPECT 性能評価ファントムおよび脳ファントムを用いてサンプリング角度を変えて収集し再構成法 (FBP 法と OSEM 法 ) を変えて視覚評価および物理評価を行ういずれも総カウントを同じにするため 1Step あたりの収集時間を調整する物理評価項目 1 ラインソースファントム (FWHM):SPECT 性能評価ファントムラインソース部に 99mTc 水溶液 (111MBq/ml) 散乱体 ( 水 ) を封入する Horizontal 方向の FWHM を求める再構成法 (FBP 2DOSEM 3DOSEM ) で比較する 2 コールドファントム (Counts ) : 直径 20cm のファントム BIODEX に 99mTc 水溶液 (55kBq/ml) を封入する画像のトータルカウントを測定し比較する 3 ホットファントム (Profile Curve): 直径 20cm の SPECT 性能評価ファントムに 99mTc 水溶液 (188kBq/ml) を封入する 15mm 径の三点の Profile Curve を求める 4 歪確認用ファントム (NMSE):99mTc 水溶液 (188kBq/ml) を封入する Step&Shoot と Continuous 収集 Mode の違いを NMSE 法で比較する 5 脳ファントム (Contrast):IB-20 ファントムに白質灰白質を 3:1 になるよう 99mTc 水溶液を調整し封入する (831: 273KBq) 視床部に ROI1 灰白質に ROI2 をとりコントラスト (ROI1/ROI2) を求め比較する使用機器等収集装置 : SymbiaT2(Siemens) 解析装置 : MI Workplace. Turbo V (Siemens) 測定ソフト : Prominence Processor Ver.3.0( 日本メジフィジックス ) ファントム : SPECT 性能評価用 IB20( 京都科学 ) BIODEX ( バイオテックス ) 収集条件 Collimator : LEHR( 低エネルギー高分解能型 ) 180 度対向 360 度 Circle 収集 Step&Shoot および Continuous Mode Window:140keV 15%photopeak Sampling Step Angle: 再構成条件 FBP: Butter Worth Filter なし (Line Source) Cut Off Order:0.5-5(Cold) 0.7 8(Hot 歪 IB20) 2D-OSEM 3D-OSEM:Subset5, Iteration8 Gaussian Filter なしいずれも減弱補正は Chang 法 :μ 値 0.11(cm -1 ) 散乱補正なし OSEM は開口径補正ありサンプリング定理 S πd/2a S:SPECT 画像の角度サンプリング数 ( 投影データ数 ) πd : 回転軌道の円弧の長さ a : ピクセルサイズ S > : 現在のピクセルサイズにおいてこれ以上微細な角度サンプリングの効果が認めにくい S < : サンプリング数不足となりやすく放射状アーチファクトが目立っている場合がある結果考察 1. Fig.1 に Line Source ファントム像 Fig.2 に測定した FWHM を示すすべての再構成で Step Angle12 FBP で 2 以下で FWHM が大きくなった 2. Fig.3 に Cold ファントム像 Fig.4 にカウント変化を示す FBP 3DOSEM ともに Step Angle12 および 1 ファントム像において中心部にアーチファクトが見られたともに Step Angle3 で最適な画像が得られた

カウントは FBP Step Angle12 で高くなった画像中心部へのアーチファクトの混入によるものと思われる 3. Fig.5 に Hot ファントム像 Fig.6 Fig.

10 に NMSE 値を示す Step&Shoot と Continuous Mode ともに FBP Step Angle12 でアーチファクトがひどく 3DOSEM では FBP ほど画像劣化がなかった Continuous

この結果については今後の再検討課題としたい 5. Fig.11 に脳ファントム画像 Fig.

5 カウントは FBP Step Angle12 で高くなった画像中心部へのアーチファクトの混入によるものと思われる 3. Fig.5 に Hot ファントム像 Fig.6 Fig.7 に Profile Curve を示す FBP Step Angle12 でアーチファクトがひどく 3DOSEM では FBP ほど画像劣化がなかったともに Step Angle3 ~4 で最適な画像が得られた FBP Profile Curve では Step Angle12 で中心部 Hotrod ピークが外側へ移行していたこれは画像中心部の劣化を示している 3DOSEM では中心部に近いほどカウント低下がみられた 4. Fig.8 に歪確認用ファントム画像 Fig.9 Fig.10 に NMSE 値を示す Step&Shoot と Continuous Mode ともに FBP Step Angle12 でアーチファクトがひどく 3DOSEM では FBP ほど画像劣化がなかった Continuous ではともに Step Angle1 が最適画像であった Step Angle が大きいほど NMSE 値は大きくなったただし 3DOSEM における Step & Shoot では Step Angle2 で高くなっているこの結果については今後の再検討課題としたい 5. Fig.11 に脳ファントム画像 Fig.12 に Contrast を求めたグラフを示す FBP Step Angle12 でアーチファクトがひどく 3DOSEM では FBP ほど画像劣化がなかったともに Step Angle3 ~4 で最適な画像が得られた FBP では Step Angle が大きいほど Contrast が大きかった画像中心部へのアーチファクトの混入により中心部のカウントが大きくなったため思われる Fig.1 Line Source ファントム像 Fig.2 FWHM Fig.3 Cold ファントム像 Fig.4 Cold ファントムカウント Fig.5 Hot ファントム像 Fig.6 Profile Curve (FBP)

まとめサンプリング角度が大きいほど画像に対する影響が大きいが角度が小さすぎても良い結果が得られなかった FBP 再構成法でストリークアーチファクトの発生はサンプリング数の減少が原因でありアーチファクトが被写体画像への混入 ( 特に中心部 ) することにより視覚評価に影響したまた同様に SPECT 値 ( カウント ) が増加することにより物理評価への影響もみられた Fig.

) により真の SPECT 像からかけ離れることになるそして収集条件の評価は再構成条件に大きく影響受ける目的に合わせたデータ収集再構成条件の決定評価方法が必要と感じたまた今回評価したサンプリングステップ数は実際の検査において滅多に変える事のないパラメータであるその投影データ数は SPECT 画像において画質に影響する重要な因子のひとつでありその決定理論に理解を深めて

6 まとめサンプリング角度が大きいほど画像に対する影響が大きいが角度が小さすぎても良い結果が得られなかった FBP 再構成法でストリークアーチファクトの発生はサンプリング数の減少が原因でありアーチファクトが被写体画像への混入 ( 特に中心部 ) することにより視覚評価に影響したまた同様に SPECT 値 ( カウント ) が増加することにより物理評価への影響もみられた Fig.7 Profile Curve(3DOSEM) Fig.8 歪測定用ファントム像 Fig.9 NMSE(FBP) Fig.10 NMSE(OSEM) Fig.11 脳ファントム像 Fig.12 脳ファントムコントラストさいごに物理的要因 ( 減弱散乱カウント数 ) 幾何学的要因 ( コリメータ開口によるボケ ) および測定対象物の形状 (Hot,Cold,etc.) により真の SPECT 像からかけ離れることになるそして収集条件の評価は再構成条件に大きく影響受ける目的に合わせたデータ収集再構成条件の決定評価方法が必要と感じたまた今回評価したサンプリングステップ数は実際の検査において滅多に変える事のないパラメータであるその投影データ数は SPECT 画像において画質に影響する重要な因子のひとつでありその決定理論に理解を深めて収集条件の変更の際に役に立てていただければと思う参考文献図書 1) SPECT 画像技術の基礎放射線医療技術学叢書 (19) 社団法人日本放射線技術学会 2) SPECT 画像における収集ステップ角度による影響について FBP 法と OSEM 法の比較日本放射線技術学会誌, ,2004 3) SPECT の投影枚数が再構成画像に及ぼす影響シュミレーションデータを用いた FBP 法と ML-EM 法の比較日本放射線技術学会誌, ,2010

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Microsoft PowerPoint - SPECTPETの原理2012.ppt [互換モード] 22 年国家試験解答 1,5 フーリエ変換は線形変換 FFT はデータ数に 2 の累乗数を要求するが DFT は任意のデータ数に対応 123I-IMP Brain SPECT FBP with Ramp filter 123I-IMP Brain SPECT FBP with Shepp&Logan filter 99mTc-MIBI Myocardial SPECT におけるストリークアーチファクト