放射線の人体に与える影響および放射線とアイソトープの安全取扱の実際Ⅱ 北海道大学大学院医学研究科　　加藤千恵次

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きみとしうばら
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1 医用画像機器工学 Ⅱ 期末試験 1 月 7 日 ( 月 ) 8:45-10:15 選択問題 100 問スライドに載せた国試過去問プラス α

2 27 年国家試験解答 4 5

5 左心耳は胎児期の心房左心房に連続し耳のような形をした袋状の突起物胎生期の遺残物で生理的機能はない心房細動があると左心耳に血液が停滞し凝固して血栓を形成しやすい

6 27 年国家試験解答 1

8 27 年国家試験解答 2 (4)

9 Vertebral artery 頸椎 Cervical spine Spinal cord

10 27 年国家試験解答 5

11 脂肪組織は水より軽いので CT 値は 0 以下骨の密度は部位による差や個人差が大きい CT 値 1000 は比重が約 2 の組織で非常に重い通常の骨の CT 値は 250~1000 の間である筋肉肝臓等の臓器の CT 値は 30 ~ 60 甲状腺は特殊な内臓で質量数の大きいヨード ( 平均質量数 127 原子番号 53) を取り込んで甲状腺ホルモンを産生貯蔵しているので重い臓器である CT 値は 100 程度慢性甲状腺炎 ( 橋本病 ) などで甲状腺機能が低下すると CT 値は軽くなる

12 下頚部 CT 像 (plain CT : 造影剤を投与していない CT) 下頚部 CT 画像は左右肩関節の骨によるビームハードニング ( 線質硬化 ) アーチファクトが出る

13 27 年国家試験解答 3

14 CT AEC: 自動露出機構 Auto Exposure Control 撮像面の患者密度 (X 線減弱係数 ) の値をみて患者への照射線量を変調させ線量を低減する技術

15 胸部 CT の撮像基準点は鎖骨 ( 上 ) 切痕胸鎖関節肺尖部の位置腹部 CT の撮影基準点は吸気時の肝右葉円蓋部上縁 ( 右横隔膜 ) スカウトビュー ( 正面像試し撮り ) で撮像開始位置を決める

16 VE ( Virtual Endoscopy) 仮想内視鏡 CO2 注腸ヘリカル CT によるバーチャル内視鏡画像 CT コロノグラフィ

17 スライス厚が大きいと部分容積効果 ( partial volume effect ) によって CT 値が不正確になり分解能も下がるスライス厚が薄いと部分容積効果は減少するが CT 像のノイズが増加する

18 ウィンドウレベル WL ウィンドウ幅 Window Level WW Window Width CT 像の画素値は最低 -1000HU ( 比重 0) から最高 1000HU ( 比重 2) までから 1000 HU の画素値をそのまま PC 画面に表示するとコントラストが低く読影しにくい画像になるそこで注目する臓器の HU 値を詳細に見る為中心値 ( ウィンドウレベル WL Window Level) に設定しその上下に適切な HU 値の幅を設定 ( ウィンドウ幅 WW Window Width) して読影に不要な画素を黒または白色に潰して表示する

19 体内組織の CT 値 (HU) ( 水の CT 値は 0 HU ) 気道内消化管内の空気肺脂肪組織 - 50 ~ 脳脊髄液脳室 10 脳室周囲白質 20 ~ 30 大脳皮質 ( 灰白質 ) 30 ~ 40 筋肉肝臓等の臓器 30 ~ 60 血液 40 ~ 50 甲状腺 100 ~ 120 骨石灰化病変 250 ~ 1000

20 1000HU は比重 2 0HU は比重 HU は比重 0

21 間質性肺炎 ( 肺線維症 ) 肺炎 ( 肺胞性肺炎 ) 肺野条件表示 Window Level -700 Window Width HU を中心にから 300 まで表示縦隔条件表示 Window Level 50 Window Width HU を中心に -250 から 350 まで表示

22 29 年国家試験解答 5 源弱係数と密度は比例する密度 1 は CT 値 0 密度 2 は CT 値 1000 その中間の密度 1.5 は CT 値 500 密度 1.2 は CT 値 200

23 水の線減弱係数 μ W は X 線の線質 ( 管球に加えた電圧や電流 ) で変化するがだいたい 0.19~0.20 cm -1 である X 線線質の違いや被検者の体格差で同じ組織でもCT 値は変化し厳密な定量性はない定量性の正確さは欠けるが水や空気の重さを基準にした CT 値は直感的に理解しやすく臨床的にも有用である

24 空気の CT 値は x ( μ air - μw ) / μw = (HU) 厳密には空気の線減弱係数 μ air は 0 ではないが水や人体組織と比べると極めて小さい値なので CT 値を計算する場合は μ air = 0 とする水の CT 値は 0 ( 比重 1 の密度が 0 HU ) 1000 x ( μw - μw ) / μw = 0 (HU) 水の 2 倍の線減弱係数の物質の CT 値は 1000 ( 水の約 2 倍の密度が 1000 HU ) 1000 x ( 2 μw - μw ) / μw = 1000 (HU)

25 29 年国家試験解答 2 密度 1 は CT 値 0 密度 2 は CT 値 1000 密度 3 は CT 値 2000 CT 値の上限はない (CT 値の下限はある密度 0 は CT 値 1000)

26 27 年国家試験解答 3,5

27 フィルタ逆重畳画像再構成法 Filtered Back Projection (FBP) サイノグラムの 2 次元透視画像 Pθ に実空間フィルタ h ( = fr の逆フーリエ変換 ) を畳み込めば重ね合せると正確な断層像 g になる 2 次元透視画像 Pθ を算出できる

28 コントラストスケールのキャリブレーション Calibration : 計測値を基準値に正すこと較正空気キャリブレーション ( air calibration) 空気の CT 像を撮影 ( 何もない空間を撮影 ) してその CT 値をに較正する水キャリブレーション水を入れたファントムの CT 像を撮影してその CT 値を 0 に較正する

29 Feldkamp コーンビーム再構成法 TCOT 法 (True Cone-beam Tomography) コーン角を考慮して辺縁の検出器のデータ量を補間し位置ずれ補正する方法それをヘリカルCTデータに応用した方法が TCOT 法

30 ビームハードニング Beam hardening ( 線質硬化 ) CTのX 線管は連続スペクトルを出す線減弱係数の大きい骨を通過したX 線や長い距離を通過したX 線は連続スペクトルの中の低いエネルギー成分が大きく減衰する ( 高エネルギー成分だけ残る = 線質硬化 ) ( 線減弱係数は X 線エネルギーで変化する ) 骨などの重い組織の周囲は高いエネルギー成分だけが通過して得られた線減弱係数から CT 像が算出され誤ったCT 値になりアーチファクトとして画像に影響を与える

31 ビームハードニングアーチファクト 2 周辺に高吸収体を伴う内部均一ファントムの CT 像頭頂部頭蓋骨の近傍に沿う CT 値の上昇と画像中心部の CT 値の低下 (Cupping, Dishing, Shading) 厚い頭蓋骨で低エネルギー X 線が吸収され頭蓋骨近傍の脳の μ に比べ脳の中心部の μ の値が低く描出される硬膜下出血などの診断を困難にする

32 27 年国家試験解答 3 4

33 ビームハードニングアーチファクト 1 骨周囲の線状 ( ストリーク状 ) の CT 値の低下厚い側頭骨で低エネルギー X 線が吸収され高エネルギー X 線からこの部位の μ が算出される同じ質量でも高エネルギーの X 線では μ が低くなる CT 像の骨分布からこのような μ の低下を補正する方法がある (BHC: Beam Hardening Correction)

34 X 線管球高い電圧をかけるほど発生するX 線量は増加し連続 X 線スペクトルの高エネルギー成分も増加する電流を多く通すほど発生するX 線量は増加するが連続 X 線スペクトルは変化しない ( 線質は変化しない ) CT の X 線管球の管電圧は 80~120kV 管電流は 100~300mAs 程度

35 多列マルチスライスCTはスリップリングの採用にてガントリー (X 線管球と検出器 ) の連続回転ができる

36 27 年国家試験解答 5

37 ステアステップアーチファクト Stair step artifact ( 階段状アーチファクト ) 頭蓋骨や大動脈弓などの VR 像で球状またはドーム状の構造に階段状のガタガタが出現する

38 ステアステップアーチファクト ( 階段状アーチファクト ) ヘリカル CT 像の主に体軸 (Z 軸 ) 方向に出現する 1. エリアシングアーチファクト画像再構成間隔 (axial 像を作る体軸方向の間隔 ) が広いと出現する階段状のアーチファクトスライス厚が大きい場合にも生じる 2. ローテーションアーチファクトヘリカルピッチが広いと出現する螺旋階段渦巻状のアーチファクト風車状アーチファクト ( 風車 windmill artifact ) が原因で出現する

39 風車状アーチファクト ( 風車 windmill artifact ) ヘリカルピッチが 1 を超えるとマルチスライス CT の axial 画像は (1 枚の axial 画像でも ) 複数列の検出器データを使って再構成される検出器の列のずれを補間する演算によって球状の画像辺縁に風車状のアーチファクトが生じる

40 29 年国家試験解答 2 ビームピッチ = テーブル移動距離 Δ ビーム厚 NT = ( 40mm / 1 回転 )/ ( 0.625mm x 64 ) = 1

41 マルチスライスヘリカル CT の場合ビームピッチは管球 ( またはガントリ ) が 1 回転する間に患者ベッド ( テーブル ) が移動する距離 Δ をビーム厚 ( 検出器列数 N x コリメーション幅 T ) で割った値

42 マルチスライスヘリカル CT の場合ビームピッチ = ディテクタピッチ = テーブル移動距離 Δ ビーム厚 NT テーブル移動距離 Δ 検出器 1 列分のコリメーション幅 T 実際の撮影でのビームピッチは 0.6 ~ 1.5 程度ビームピッチが 1 未満体軸方向データに重複 ( オーバーラップ ) が生じるビームピッチが 1 以上体軸方向データに欠損 ( ギャップ ) が生じる

44 27 年国家試験解答 2,5

45 第 3 世代 Rotate / Rotate (R / R) 方式検出器は 500 個以上 X 線は患者全体にあたるワイドファンビーム管球の並進は不要で管球と検出器の回転で撮像できる現在の CT の主流であり体軸方向へのビームを広げてワイドコーンビームによるマルチスライスおよびヘリカルスキャンで高速広範囲な CT 撮影が可能となった

46 等方性ボクセル isotropic volume data コンベンショナルCTはマルチスライス撮影ではないのでスライス厚が2~5 mm 程度であった Axial 面の画素実長と比べスライスが厚かった

47 多検出器マルチスライスCT(MDCT MSCT) が開発され (1998 年 ) 検出器素子の小型化も進み撮影スライス厚も薄くなり Axial 面内の画素長とスライス厚を ( 約 0.5mm) 等しくすること ( 等方性ボクセル化 ) が可能となった等方性ボクセルの利点は MPR(Multi Planer Reconstruction) 操作で体軸方向の断面像を再構成するなど 3 次元画像データを任意の断面像に切り直す作業で画像の劣化が少ない画像の回転移動でも無理な補間を加えなくてもよいので 3D 画像処理が容易になる

48 等方性ボクセルでは Axial 面内と体軸方向の空間分解能が同じ画像データになる MPR 作業で体軸方向画像データの無理な補間が減るので 3D 画像処理が容易になる

放射線の人体に与える影響および放射線とアイソトープの安全取扱の実際Ⅱ 北海道大学大学院医学研究科　　加藤千恵次

放射線の人体に与える影響および放射線とアイソトープの安全取扱の実際Ⅱ 北海道大学大学院医学研究科　　加藤千恵次医用画像機器工学 Ⅱ 期末試験 1 月 7 日 ( 月 ) 10:30-12:00 選択問題 100 問スライドに載せた国試過去問プラス α 21 年国家試験解答 4 23 年国家試験解答 2 硬膜下血腫の CT 像被膜に覆われた境界明瞭な三日月状の血腫急性期は血液 ~ 血腫の CT 値慢性期は脳脊髄液 CSF に洗い流され脊髄液の CT 値に下がる急性硬膜外血腫の CT 像外傷で中硬膜動脈や静脈洞が損傷し硬膜と頭蓋骨の間に生じるレンズ状の血腫

放射線の人体に与える影響および 放射線とアイソトープの安全取扱の実際Ⅱ 北海道大学大学院医学研究科 加藤千恵次

放射線の人体に与える影響および放射線とアイソトープの安全取扱の実際Ⅱ 北海道大学大学院医学研究科　　加藤千恵次