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1 Vol.47 No.1 (1992) 全身用 X 線 CT 装置 TCT-900S/HELIX Whole Body X-Ray CT Scanner, TCT-900S/HELIX X 線 CT によるヘリカルスキャンが画期的な新しい撮影法として注目を集めている このヘリカルスキャン機能を, スリップリングを用いた高速連続回転方式の TCT-900S に実装した高性能 X 線 CT TCT900S/HELIX を開発した ヘリカルスキャンを利用すると, 一回の息止めで短時間に広い範囲のボリュームスキャンが可能ぞある 収集した連続投影データから任意間隔 ( 最小 0.1mm) で, 臓器のスライス間の位置ずれの少ない像が得られる利点があり, 診断能の向上だけでなく,X 線 CT を応用した新しい三次元画像診断の開拓が期待できる Helical scanning has attracted a great deal of attention as an innovative diagnostic imaging technique for X-ray CT. Toshiba has applied this new technique in the continuous-rotation CT system, TCT-900S, which employs slip-ring technology, and has developed a high-performance CT system called the TCT-900S/HELIX. With the TCT-900S/HELIX, volume-scanning can be performed during a single breathhold. Helical scanning minimizes interslice shifting in the target organ, and permits slices to be reconstructed at arbitrary positions (at intervals as small as 0.1 mm) from the continuous volume data acquired. These advantages result in increased throughput and are expected to lead to the development of new 3-dimensional image diagnostic techniques for X-ray CT. 1 まえがき 山岸一郎伴達也 I.Yamagishi T.Ban X 線 CT は, 1973 年に英国 EMI 社が頭部用 X 線 CT を開発して以来急速に普及し, その臨床的有用性により今日では画像診断において不可欠な機器として定着している 当社は, 1975 年以来 X 線 CT の事業に取り組んできたが,1985 年に大口径スリップリングを搭載した高速連続回転方式の TCT-900S を発表し, 1 秒の高速連続回転スキャンを実現するとともに, X 線 CT の基本性能ともいえる時間, 空間, 密度分解能を著しく向上させた (1) この連続回転撮影方式が導入されて, 高速, かつ連続的に同一スライス面をスキャンして造影剤濃度の経時的変化により, 血流動態の診断をする連続ダイナミックスキャンが実現した 連続ダイナミックスキャンが, 特定の断面での動態検査に大きく貢献したように, 高速にスキャンと寝台移動を交互に繰り返す TCT-900S のラピッドシーケンススキャンもルーチンの CT 検査に大きく貢献した 造影効果を利用した診断法の定着, 検査効率の向上に対する期待, 患者に対する負担の軽減などの観点から, 最近は高速連続回転型スキャナが主流となりつつある (2) このような背景のなかで, 当社は, TCT-900S の開発技術を基盤としてヘリカルスキャンを導入するとともに, X 線制御系のコンパクト化や, コンソールスタイルー新を実現し, イメージアップを図った TCT-900S/HELIX ( 図 1) を開発した 図 1. 全身用 X 線 CT 装置 TCT-900S/HELIX External view of TCT-900S/HELIX ヘリカルスキャンを実装した, 高速連続回転方式の X 線 CT 装置 2 撮影技術の進歩 従来の X 線 CT では, X 線管球と高電圧発生器が電力供給ケーブルで直結されていたため, 1 スキャンごとに回転方向を変える必要があり, 必ずスキャンとスキャンの間に休止時間が存在し, 連続スキャンは不可能であった ヘリカルスキャンは, スリップリング技術を応用した高速連続回転型 X 線 CT 装置の実現により初めて可能となったものである 図 2 に示すように, ヘリカルスキャンはラピッドシーケンススキャンと連続ダイナミックスキャンの機能を合わせて, より短時間に, しかも時間的にも空間的にも連続した広い範囲を撮影しようとするものであり, 患者の体軸方向に沿って切れ目

2 なく連続した投影データが得られる 実際には 従来から TCT-900S で行われていた連続回転スキャン中に患者を連続的にスライドさせる事により,X 線管球が患者に対して相対的ならせん運動を行っている これは, ラピッドシーケンススキャンのように, スキャン間の寝台移動の時間が撮影シーケンスの表に見えず, 撮影時間は大幅に短縮される 患者を乗せた寝台を, 例えば 10mm/s で移動させながらスキャンすると, 30 秒間で 300mm の領域を撮影できることになる したがって, 一回の息止めの間に胸部あるいは腹部全体をスキャンすることも可能となる 図 2. 連続回転方式 X 線 CTの撮影法の比較へリカルスキャンは, 短時間に広い撮影範囲を連続的にスキャンできる Comparison of scanning techniques in continuous-rotation X-ray CT 3 画像診断機能の刷新 通常の CT 検査では複数のスライスをスキャンし, 前後のスライス像を参考にしながら診断するのが一般的である TCT-900S では, スキャンの高速化とともに, 得られた多数のスライス像を診断目的に合わせて効率よく観察するためのくふうが盛り込まれた 代表的なものとして, 汎 ( はん ) 用の高速演算装置と高速大容量メモリを使い, MPR(Multiplanar Reconstruction), 三次元表面表示, シネモード表示などのリアルタイム化を実現したことがあげられる 連続ダイナミックスキャン, ラピッドシーケンススキャンの高速スキャンの特長を生かして新しく臨床応用が開拓され, その動画像診断機能として, このリアルタイム表示が貢献している (3),(4),(5) TCT-900S/HELIX にも TCT-900S の高速画像処理技術が引き継がれ, ヘリカルスキャン機能を臨床上, 実用的, かつ有効な機能とするために重要な役割を果たしている その好例としては, 最短 0.1mm 間隔で連続性の良い多数の断面像が得られ, 三次元画像診断が実用化された 4 ヘリカルスキヤンの画像再構成 4.1 任意スライス位置での投影データ切出しラピッドシーケンススキャンでは, スキャン中は寝台が停止しているために, 患者のどのスライス位置をスキャンしているかは, システムソフトウェアにとっては自明である ヘリカルスキャンでは, スキャン中に寝台が移動しているため, 患者のどのスライス位置をスキャンしているかは特定できない そこで, スキャン中, 各投影データの収集に同期させて寝台の位置情報も収集し, 画像再構成時に寝台の位置を指定して意図したスライス位置の画像を再構成する ( 図 3) 4.2 補間再構成の原理ラピッドシーケンススキャンではデータ収集領域が円盤状 ( 図 3(a)) であるのに対し, ヘリカルスキャンではスキャン中に寝台が移動するため, データ収集領域が図 3(b) のように始点と終点で不連続となる このため, 収集データを円盤状であると仮定して再構成すると, 被検体によっては画像上に強いアーチファクトを生ずるという問題が発生する

3 図 3. スキャンとスライスボリュームの比較ヘリカルスキャンのデータ収集領域は, 寝台移動のために始点と終点が不連続となる Comparison of scanning and acquisition area 図 4. ヘリカルスキヤン補間再構成の原理各サンプル点に対し, 同じ回転位相の二つの投影データAとB から補間投影データCを求め, 360 度繰り返す Image reconstruction algorithm for helical seanning 図 5. 従来再構成法と補間再構成法の画像比較補間再構成により, 投影データの不連続に起因するアーチファクトが低減される 撮影条件 :1 秒スキャン,120kV,150mA スライス厚 :5mm 寝台移動速度 :5mm/s Comparison of image and conventional reconstruction このヘリカルスキャン特有のアーチファクトを低減するために補間画像再構成法を開発した これは寝台位置を指定すると, この位置でのスライス面と交差する投影データを中心に, 前後同じ回転位相の二つの投影データから補間投影データを求め, これを360 度繰り返し画像再構成に必要な投影データを求める再構成法である ( 図 4) また, 図 5に連続データから一回転分の投影データを切り出してそのまま再構成した画像 (a) と, 補間法を用いて再構成した画像 (b) を示す 5 寝台移動量と画質の評価 ヘリカルスキャンでは, 実効スライス厚が厚くなる問題がある スライス厚は体軸方向のデータ収集領域を反映したものであり, 患者を撮影中にスライドさせた場合, 実効スライス厚は照射する X 線ファンビームの厚みと, スキャン中の寝台の移動量によるスライス厚方向のぼけを加えたものになる 一例として, 図 6 (a) に 2mm スライス (X 線ファンビームの厚み 2mm), 1 秒連続回転で寝台の移動量を変化させたときの X 線ファンビームのようすを示す 図 6 (b) は現在の補間再構成

4 法を用いて, 頭部ファントムの体軸方向の変化が急激な頭頂部で試行した例である 図からわかるように移動量が多くなればなるほどスライス厚が厚くなり, かつ体軸方向の変化が大きくなればなるほど読影が不可能な画像となる スライス厚と寝台移動量が同じであれば実用上問題ないことがわかる また, 図 7 に 5mm スライス厚に対し, 実効スライス厚を, 移動量を変えて測定した結果を示す 以上の結果を踏まえると, スライス厚と寝台移動量の組合せを変えて臨床評価を十分行い, 実際の検査目的, 撮影部位を考え合わせて双方の値を決めることが重要である (a)x 線ファンビームの厚み (mm) と寝台移動速度 (mm/s) (b) 寝台移動速度の画質への影響 図 6. ヘリカルスキヤンの寝台移動速度差による画像評価 1 秒スキャン / 回転,2mmスライスで, 移動速度を変えて同一寝台位置での補間再構成像の比較を示す Evaluation of artifact behavior on reconstructed image for couchtop sliding speed 図 7. 寝台移動速度と実効スライス厚の関係寝台移動速度に対する実効スライス厚を示す Measurement of effective s ice thickness for couchtop shninn snfifid 6 ヘリカルスキヤンの臨床画像 従来の CT スキャンでは, 造影剤血中濃度の高い画像を人体の広い範囲にわたって得ようとすると, 多量の造影剤を長時間かけて持続注入しなければならず, 実用的ではなかった ヘリカルスキャンを利用すると撮影時間が短縮され, 持続注入時間も短縮される結果, 少量の造影剤で血中濃度の高い画像が得られる その結果, ラピッドシーケンススキャン法よりも, さらに実用的条件下での撮影領域が広がり, 画像間の空間的な連続性が良い一連の画像が得られることから, 三次元表面表示像や MPR 像を利用した血管造影検査が実用化された (6) 図 8 にその頭部, 腹部領域での臨床画像の一例を示す いずれも 30 秒間のヘリカルスキャンで得られたものであるが, 特に腹部 MPR( 矢状, 冠状, 任意断面 ) 像は体動の影響が少ないために, 画質が向上していることがわかる

5 図 8. 血管造影の臨床画像頭部, 腹部領域の血管造影の臨床画像を示す いずれも30 秒間のヘリカルスキャンで得られたものである 撮影条件 : (a)2mmスライス, 2mm/s, 30s 連続スキャン, (b) および (c)5mmスライス3.75mm/s, 30s 連続スキャン Three-dimensional diagnostic image of CT angioimaging 図 9. 肺野の三次元表面表示呼吸性移動の影響を受けないため, 肺野内の血管が連続的に表示できている 撮影範囲 : 6cm 撮影条件 :2mmスライス,2mm/s,30s 連続スキャン, ズーム再構成 Three-dimensional surface image of lung 肺野は呼吸性移動の影響をもっとも受けやすい臓器であるが, ヘリカルスキャンで一回の息止めの間にスキャンが終了するために, 比較的末しょうの血管まで鮮明に抽出できるようになった 2mm スライス,2mm/s での血管の三次元表面表示の臨床画像の一例を図 9 に示す 7 あとがき 高速連続回転方式の X 線 CT の特長を生かしたヘリカルスキャン機能を, 最高級機 TCT-900S に盛り込んだ ヘリカルスキャンは, 短時間に広い範囲を撮影できるなど, 今までの撮影法にない特長をもっており, ルーチン検査だけでなく, 新しく三次元画像診断への応用が期待される すでに, 肺がんのスクリーニング検査に利用する基礎研究も始められている しかし, 真の実用化のためには大容量の X 線管球の開発, さらに優れたヘリカルスキャン画像再構成法の研究, および開発, 画像再構成のいっそうの高速化など課題も多く, 今後もユーザとの共同研究などを通じ, 今後さらに, これらの課題に取り組んでいきたいと考えている

6 謝辞この装置の開発に当たり, 貴重な臨床データをご提供いただいた福島県立医科大学, 及び藤田保健衛生大学の関係者各位に深く感謝するしだいである 文献 (1) 森一生, 他 : 全身用 X 線 CT TCT-900S, 東芝レビュー, 42, 2, pp.80-82(1987) (2) 松林孝行 : 全身用 X 線 CT 装置 Xforce, 東芝レビュー, 46, 2, pp.89-92(1991) (3)H.Anno, et al.: Development and usefulness of Dynamic respiratory scanning in fast CT, Radiology, 177, p.456 (1989) (4)K.Mori, et al.: Small Nodular Lesions in the Lung Periphery, New Approach to Diagnosis with CT, Radiology,177, p.843 (1990) (5)K.Tomita, et al.: Detection of abnormal external ocular muscle movement with dynamic CT, Radiology 177, p.348 (1990) (6) K.Katada, et al.: Three-dimensional angioimaging with helical scanning CT,Radiology 177, p.364 (1990) 山岸一郎 Ichiro Yamagishi 1979 年入社 高級型 X 線 CT の開発 設計に従事 現在, 那須工場 CT 技術部主務 Nasu Works 伴達也 Tatsuya Ban 1979 年入社 X 線 CT 装置の製造技術, 開発 設計に従事 現在, 那須工場 CT 技術部主務 Nasu Works

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