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ともみちゅうか
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1 489 CT 画像計測プログラムを用いた円形エッジ法における標的径と FOV に対する MTF 測定精度ノート福永正明論文受付 06 年月 9 日論文受理 06 年 4 月日 Code No. 5 緒, 大西英雄松友紀和, 3 山本浩之倉敷中央病院放射線技術部県立広島大学大学院総合学術研究科保健福祉学専攻 3 現杏林大学保健学部診療放射線技術学科言に近い条件で行うことを必要とされるため低中コン X 線 computed tomography(ct)の画像再構成法にトラスト物体を標的とし臨床条件に近い field of は従来の filtered back projection(fbp)法に加え画 view(fov)で再構成された画像を用いることが重要像雑音やアーチファクト低減を目的として逐次近似法であるとされる 5 ) を応用した iterative reconstruction 法(IR 応用法)が近年 wire 法に代わって円形エッジ法が IR 応用 X 線 CT の画質評価は撮法における空間分解能の評価法として Richard らに影条件の決定や装置の特性を知る上で重要である X よって提案され異なる CT 値をもつ円形物体(標的) 広く使用されている 3) 7) 線 CT 装置における空間分解能の評価では modula- から MTF を算出することが可能になったしかし tion transfer function(mtf)が用いられ金属ワイヤ Richard らの報告は単一の標的径および display- を用いた wire 法が広く普及している IR 応用法に FOV(D-FOV)に対する評価であるため円形エッジおける MTF 評価は軟部組織を標的とする臨床条件法における標的径および D-FOV の影響は考慮されて 4) Accuracy of Modulation Transfer Function for Target Size and Field of View in a Circular Edge Strategy Using the CT Image Measurement Program, Masaaki Fukunaga,, 3 Hideo Onishi, Norikazu Matsutomo, and Hiroyuki Yamamoto Department of Radiological Technology, Kurashiki Central Hospital Program in Health and Welfare, Graduate School of Comprehensive Scientific Research, Prefectural University of Hiroshima 3 Current address: Department of Medical Radiological Technology Faculty of Health Sciences, Kyorin University Received January 9, 06; Revision accepted April, 06 Code No. 5 Summary Purpose: The purpose of this study was to evaluate the effects of target diameter and display-field of view (DFOV) in modulation transfer function (MTF) by circular edge strategy using the computed tomography (CT) image measurement program CTmeasure. Methods: We calculated the MTF (MTFedge) using the circular edge strategy applied to cylindrical phantom (00 mm ) that inserted with cylinders have 0, 0, 30, and 40 mm diameters. The phantom images were reconstructed using filtered back projection method varied with D-FOV (40, 30, 400, and 500 mm). The study compared both MTFedge and MTFwire at MTF50% and MTF0% for target diameter and D-FOV, respectively. Results: The MTFedge by the different of target diameter indicated in rough compatibility. However, MTFedge of D-FOV diameters (30, 400, and 500 mm) decreased in the high frequency range. Conclusions: The circular edge strategy for MTF depended on the D-FOV, however, it was little dependent on target diameter using the CT image measurement program CTmeasure. Key words: edge spread function (ESF), line spread function (LSF), image resolution *Proceeding author Vol. 7 No. 6 Jun 06

490 いないまた Takenaga らは FBP 法を用いて 8) Table American college of radiology(acr)ファントムに配置された直径 5 mm と 00 mm の異なる種類の標的径に対して同一 D-FOV において円形エッジ法を用いた MTF の評価を報告しているしかしわれわれは臨床ではさまざまな径を持つ病変を評価するため FBP

2 490 いないまた Takenaga らは FBP 法を用いて 8) Table American college of radiology(acr)ファントムに配置された直径 5 mm と 00 mm の異なる種類の標的径に対して同一 D-FOV において円形エッジ法を用いた MTF の評価を報告しているしかしわれわれは臨床ではさまざまな径を持つ病変を評価するため FBP 法における円形エッジ法を用いた臨床画像に Pixel size and Nyquist frequency in D-FOV of and 500 mm D-FOV (mm) Pixel size (mm) Nyquist frequency (cycles/mm) 近いコントラスト標的径および D-FOV の影響の評価が不可欠であると考える日本 CT 技術学会から CT 画像計測プログラムである CTmeasure ver. 0.96a(Ichikawa K CTmeasure Japanese society of CT technology Kasumi Minamiku Hiroshima JPN )が開発され画像評価に広く使用されているこのプログラムは MTF を算出する方法に wire 法エッジ法および円形エッジ法が実装されているそこでわれわれはその CT 画像計測プログラムを用いて円形エッジ法および wire 法を用いて MTF を算出し両者を比較することで円形エッジ法における MTF 測定精度を検証することを試みた本研究の目的は CT 画像計測プログラムである CTmeasure を用いた円形エッジ法の測定に影響を与える因子を明らかにすることであるわれわれは標的径と D-FOV を変化させて円形エッジ法による MTF(MTFedge)を算出し wire 法を用いて算出した MTF(MTFwire)に対する MTF 測定精度を評価した本研究は円形エッジ法および wire 法の MTF 測定 Fig. Axial image phantom (00 mm ). The phantom was inserted acrylic circular inserts (5 HU) with diameter of 0, 5, 0, 30, and 40 mm. 精度に着目したため画像再構成法に FBP 法を用いた 00 ma 回転速度を.0 s/rotation 収集検出器を 0.5 方法 mm 80 列 C-FOV を 500 mm に設定しノンヘリカ - 使用装置および撮影条件ルスキャンを 0 回施行した Wire 法の解析画像は CT 装置は東芝メディカルシステムズ社製スライス厚を 5 mm 再構成関数に FC03(腹部用標準 PRIME を使用した円形エッジ法の撮影関数)を用い D-FOV を 50 mm に設定し FBP 法で Aquilion TM 条件は管電圧を 0 kv 管電流を 30 ma 回転速再構成した度を.0 s/rotation 収集検出器を 0.5 mm 80 列 calibration-fov(c-fov)を 500 mm に設定しノン - 使用ファントムヘリカルスキャンを 50 回施行した解析画像はス円形エッジ法に使用したファントムは直径 00 ライス厚を 5 mm 再構成関数に FC03(腹部用標準関 mm 長さ 40 mm のアクリル製円柱容器内に直径数)を用い D-FOV をおよび 500 mm および 40 mm 長さ 70 mm のアクリの 4 種類に変化させ FBP 法で再構成した IR 応用ル円柱(5 HU)を配置しその周囲を水(0 HU)で満法における MTF は一般的に同じ画像再構成の条件たした(Fig. ) なお標的径が 5 mm の円柱物体で再構成された FBP 法から算出した MTF と比較さは他の円柱物体より内側へ位置し位置依存性の影れるため本研究では FBP 法を採用した 4 種類の響を受ける恐れがあるため本研究の対象から除外し D-FOV におけるピクセルサイズおよびナイキスト周たファントムは CT 装置のガントリ中心部にアク波数を Table に示すリル円柱の長軸が寝台に平行となるように寝台上に配 Wire 法の撮影条件は管電圧を 0 kv 管電流を置した Wire 法に使用したファントムは 0.8 mm 日本放射線技術学会雑誌

3 49 Fig. Illustration of a circular edge method flow chart. (a) The phantom image is obtained by averaging 50 slices. Square region of interest (ROI) is placed on contact to each of the cylindrical target object. (b) The ESF is obtained by averaging each of calculated profile curves that cross the edge of target object from center of ROI. (c) The LSF is calculated from the differential of the ESF obtained by subtracting the background. (d) The flat portion of the LSF is replaced with 0 (zeroing process). (e) The MTFedge is calculated by one-dimensional discrete Fourier transform for LSF. 径の金属ワイヤを直径 50 mm 径のアクリル製シリン分を視覚的に決定し zeroing は標的以外の信号がジの中心に固定して作成したファントムは X-Y 面なくなる平坦になり始める位置を視覚的に決定しそ内の空間分解能位置依存性の影響を考慮して MTFedge の外側を 0 とした(Fig. d) の算出に用いられるアクリル円柱の中心と金属ワイヤ MTFwire は金属ワイヤの横断画像から得られたの中心が同等となるようにガントリ中心から 70 mm point spread function(psf)に対して仮想スリット走の位置に配置した査を 0 度ずつ 8 方向でプロファイルを求めて 8 本 8) の LSF を平均し zeroing 後にフーリエ変換すること -3 MTFedge および MTFwire で算出したなお MTFedge および MTFwire を算出す解析ソフトウェアは日本 CT 技術学会の CT 画像る画像は共にコーン角を考慮して中心スライス計測プログラム CTmeasure ver. 0.96a を用いて断面を用いた MTFwire は回のスキャン毎に MTF 算出を行った Fig. に円形エッジ法による MTFwire を算出し 0 回スキャン分の結果を平均した MTF 算出方法を示すわれわれは画像雑音を低減するためにファントムの 50 スライス横断像を加算平 -4 評価方法均して低雑音画像を作成しそれぞれの円柱標的物われわれは円形エッジ法の測定精度を評価するた体に接するように正方形 region of interest(roi)を設めに MTFedge と MTFwire の形状および MTF の値が定した(Fig. a) Edge spread function(esf)は正 0.5 を示す空間周波数である MTF50 MTF の値が 0. 方形 ROI の中心座標を補正しプロファイルを収束を示す空間周波数 MTF0 を比較した標的径およびさせ設定した ROI の中心から円形物体のエッジを D-FOV の違いが MTFedge 算出に与える影響は 4 種 0) 横切るプロファイル曲線を放射方向に算出しそれぞ類の D-FOV における 4 種類の標的径から算出したれの算出されたプロファイル曲線を平均して求めた MTFedge の形状 MTF50 および MTF0 から評価し (Fig. b) MTFedge は得られた ESF を微分するこたまた MTF50 と MTF0 の比較は式()を用いとで line spread function(lsf)を求めバックグラウて MTFwire を基準とした誤差率を算出して評価したンドの減算を行い(Fig. c) zeroing 後(Fig. d)にこの LSF をフーリエ変換することで算出した(Fig. e) なお LSF のバックグラウンド減算は裾野の平坦部 Vol. 7 No. 6 Jun 06 誤差率 ()

4 49. 結果 Fig. 3 に MTF edge と MTF wire の結果を示す. なお, MTF edge は,D-FOV が 40 mm の場合における 30 mm の標的径から算出した結果を示す.MTF edge は, 全空間周波数領域にわたって MTF wire よりわずかに低下する傾向を示した.MTF 50% は,MTF edge で 0.9 Fig. 3 MTF edge and MTF wire are shown as a function of spatial frequency. MTF edge and MTF wire were slightly decreased in the entire spatial frequency range. MTF 50% for MTF edge and MTF wire were 0.9 cycles/mm and 0.30 cycles/mm, respectively. Error rate of MTF 50% was -3.3%. MTF 0% for MTF edge and MTF wire were 0.6 cycles/mm and 0.63 cycles/mm,respectively. Error rate of MTF 0% was -.6%. cycles/mm,mtf wire で 0.30 cycles/mm, 誤差率は -3.3% を示した.MTF 0% は,MTF edge で 0.6 cycles/ mm,mtf wire で 0.63 cycles/mm, 誤差率は-.6% を示した. なお,MTF wire における MTF の値が 0 を示す空間周波数であるリミット周波数は,.0 cycles/mm を示した. 各 D-FOV における標的径を変化させて算出した MTF edge の結果を Fig. 4 に示す.D-FOV が 40 mm および 30 mm の場合,MTF edge は, 標的径の違いによる差を示さなかった. 一方,D-FOV が 400 mm および 500 mm の場合,MTF edge の形状は,MTF 50% 付近まで一致したが, 高空間周波数領域になるに従って標的径の違いによって変化した. しかし, 標的径の違いによる MTF 0% の差は,0.0 cycles/mm 程度で, わずかであった. 各 D-FOV の変化に対するそれぞれの標的径から算出した MTF edge の MTF 50% と MTF 0% の値およびそれぞれの誤差率を Fig. 5 に示す. 異なる標的径から算出した MTF edge の MTF 50% は, 平均して 0.9 cycles/mm を示し, 誤差率は-3.3~0.0% を示し, ほぼ同等であった (Fig. 5a, b).d-fov が 40,30,400, および 500 mm における全標的径の平均 MTF 0% は, それぞれ 0.6,0.6,0.57, および 0.50 cycles/mm を示し,D-FOV が大きくなるにつれて低値を示した (Fig. 5c). 各 D-FOV における MTF 0% の誤差率は, -3.~0.0% (40 mm), -4.8~-.6% (30 mm), -~-7.9% (400 mm), および -~-9% (500 mm) Fig. 4 MTF edge is shown as a function of spatial frequency. MTF edge was compared with target diameter in each of D-FOV (a) 40 mm,(b) 30 mm,(c) 400 mm and (d) 500 mm. 日本放射線技術学会雑誌

5 493 a c b d Fig. 5 Plots of MTF 50% (a),mtf 0% (c) and error rate of MTF 50% (b) and MTF 0% (d) at four targets diameter (0, 0, 30, and 40 mm). The agreed target diameter was (error rate = -3.3%). MTF 0% was decreased in the increasing D-FOV. する傾向を示した. Fig. 6 MTF edge for D-FOV at 40, 30, 400, and 500 mm is shown as a function of spatial frequency. MTF edge was decreased in the increasing D-FOV. と変化した (Fig. 5d). また,D-FOV が 400 mm および 500 mm において,MTF 0% は, 標的径が小さくなるにつれて誤差率は上昇する傾向を示した. Fig. 6 に各 D-FOV における標的径 30 mm から算出した MTF edge を示す. 各 MTF edge は,MTF 50% 付近まで同等の形状を示したが, 更に高空間周波数においては,D-FOV が大きくなるにつれて MTF edge が低下 3. 考察われわれは,CT 画像計測プログラム CTmeasure を用いた FBP 法における円形エッジ法の標的径と D- FOV の違いが MTF 測定に与える影響を検証した. 円形エッジ法と wire 法では,D-FOV が, それぞれ 40 mm と 50 mm であり大きく異なるが,MTF edge と MTF wire の形状はほぼ一致しており,MTF 50%, MTF 0% も同等の値を示した. また, 両者の誤差率は -3.3%,-.6% とわずかであった (Fig. 3). この要因の一つとして,FBP 法の持つ特性が考えられる.FBP 法は, 解析的画像再構成法とも呼ばれ, 線形性を保つ特性を持つため, 高コントラスト構造 ( 金属ワイヤ ) で測定しても低コントラスト構造においても MTF は同じになったと考える. この考え方は,Richard ら 7) も支持している. この主な理由として,MTF wire は, Table に示したピクセルサイズとナイキスト周波数の関係から, 再構成関数のリミット周波数が,.00 cycles/mm となり,MTF edge と MTF wire は D-FOV( ピクセルサイズ ) が異なるにもかかわらず, 両者の MTF は一致したと考えられる. この結果は,Richard ら 7) や Takenaga ら 8) の報告においても示されており, 本研究においても CTmeasure を用いた円形エッジ法の測定精度を確認できたと考える. Vol. 7 No. 6 Jun 06

6 494 MTF edge における標的径の影響は,D-FOV が 40 mm および 30 mm の場合, 誤差率は最大で-4.8% を示し,D-FOV の違いより小さかった (Fig. 4,5). 円形エッジ法は, 円形物体のエッジを横切る方向の複数ラインのプロファイル曲線を平均処理して MTF を算出するため, 複数ラインのプロファイル曲線を合成することでサンプリング間隔がより細かくなり, 標的径の影響が減少したと考える ).D-FOV が 400 mm および 500 mm の場合, 標的径が小さくなるほど, MTF 0% は低値を示し, 誤差率は上昇する傾向を示した (Fig. 4,5). これは, 標的径が小さいと ESF のプロファイルにおけるサンプリング数が少なくなるため, 誤差率が大きくなったと考える. MTF edge において,D-FOV が 40 mm および 30 mm における全標的径の平均 MTF 0% は, それぞれ 0.6 cycles/mm および 0.6 cycles/mm を示し, 同等であった. しかし,D-FOV を大きくすることで MTF edge は変化し,D-FOV が 500 mm の場合に MTF 0% は % の過小評価する結果を示した (Fig. 5). この結果は,MTF edge が, 計算過程でピクセルサイズに起因するエリアシングエラーが生じたと考える. 東出ら ) は, エッジ法による MTF を計測するうえで, プロファイルの実効サンプリング間隔は, ピクセルサイズの 0~0% 程度とすることで安定した結果を示すと報告している. 本研究で用いた CT 画像解析プログラムは, プロファイル曲線の実効サンプリング間隔をある程度細かくしていることが推測されるが,D-FOV が大きくなるに従って MTF edge は過小評価する結果を示した. これは,D-FOV( ピクセルサイズ ) が大きくなるにつれて, プロファイル曲線の実効サンプリング間隔をより細くする必要があると考える. 本研究における MTF edge の結果 (Fig. 3,6) から, CTmeasure を用いた円形エッジ法の MTF 測定は, D-FOV が 30 mm 程度まであれば wire 法と同等の測定精度を持つと考える. 幸村ら 9) は, スリット法を用いて FBP 画像の MTF を算出し,50,50,50, および 350 mm の D-FOV における MTF は変化を示さなかったため, 大きな D-FOV でも MTF 算出可能であると報告した. これは, エッジを横切る方向の複数ラインのプロファイル曲線を平均処理して MTF を算出するため, 複数ラインのプロファイル曲線を合成することでサンプリング間隔がより細かくなるため大きな D-FOV においても MTF を算出可能であると考える.CT における MTF は, 異なる再構成関数を用いて測定した場合, リミット周波数が変化するため,D- FOV はナイキスト周波数を考慮して選択する必要性があると考える. われわれの研究に用いた再構成関数において円形エッジ法は,30 mm 程度まで精度高く評価可能である. 円形エッジ法は, 臨床で用いられる D-FOV における MTF 評価を可能とし, バーパターンを用いた離散的な評価ではなく 0, ), 連続的な空間周波数応答を取得可能であり, 有用性は高いと考える. 本研究は,CT 画像計測プログラムである CTmeasure を用いた.CTmeasure は,MTF などの物理指標を容易に計算可能であるため, 広く用いられているが, 測定精度に関する報告はみられず, 具体的な解析方法論は, ブラックボックスであるため, 注意を要する. 円形エッジ法における標的径や D-FOV の影響を検証するためには, プロファイルの実効サンプリング間隔や放射方向のプロファイル本数などを適正に設定する必要性があると考え, 今後の検討課題である. 4. 結語われわれは,CT 画像計測プログラム CTmeasure を用いた円形エッジ法の MTF 計測における標的径と D-FOV の違いによる影響を検証した. 標的径の違いによる MTF edge と MTF wire の誤差率は, 数 % であり, 標的径に影響しない.CTmeasure における円形エッジ法の MTF 測定は,D-FOV を 30 mm 程度の大きさまでであれば, 精度よく算出することが可能である. 謝辞本研究に対しご指導, ご助言をいただきましたデジタル画像評価研究会 (in 三原 ) の皆様に深く感謝いたします. なお, 本研究の要旨は, 日本 CT 技術学会第 3 回学術大会 (05 年, 東京 ) にて発表した. 日本放射線技術学会雑誌

7 495 参考文献 ) 大村知巳, 豊嶋英仁, 佐藤祐一朗, 他. 逐次近似応用再構成法を用いた頭部 CT-Perfusion の撮影線量低減の検討. 日放技学誌 03; 69(): 8-4. ) 西丸英治, 市川勝弘, 原孝則, 他. 逐次近似法を応用した CT 画像の新しい Noise Power Spectrum 測定法の検討. 日放技学誌 0; 68(): ) 福永正明, 大西英雄, 山本浩之. 低線量腹部 CT 撮影におけるアーチファクト低減処理法を用いたダークバンドアーチファクト低減効果の検証. 日放技学誌 05; 7(4): ) 市川勝弘, 原孝則, 丹羽伸次, 他.CT における金属ワイヤによる MTF の測定法. 日放技学誌 008; 64(6): ) 森一生, 内田美帆, 佐藤亜美, 他. 低コントラスト CT 画像におけるアダプティブフィルタの評価線形フィルタとの対比. 日放技学誌 009; 65(): ) Mori I, Machida Y. Deriving the modulation transfer function of CT from extremely noisy edge profiles. Radiol Phys Technol 009; (): -3. 7) Richard S, Husarik DB, Yadava G, et al. Towards task-based assessment of CT performance: system and object MTF across different reconstruction algorithms. Med Phys 0; 39 (7): ) Takenaga T, Katsuragawa S, Goto M, et al. Modulation transfer function measurement of CT images by use of a circular edge method with a logistic curve-fitting technique. Radiol Phys Technol 05; 8(): ) 幸村吉博, 磯谷圭介, 宇戸朋之, 他. 逐次近似法を応用した画像再構成法による画像の特徴. 日放技学誌 0; 68 (): ) Urikura A, Ichikawa K, Hara T, et al. Spatial resolution measurement for iterative reconstruction by use of imageaveraging techniques in computed tomography. Radiol Phys Technol. 04; 7(): ) 高田忠徳, 市川勝弘, 林弘之, 他. 逐次近似再構成法を応用した新しい画像再構成に対する画質評価. 日放技学誌 0; 68(4): ) 東出了, 市川勝弘, 國友博史, 他. エッジ法による presampled MTF の簡便な解析方法の提案と検証. 日放技学誌 008; 64(4): 問合先倉敷市美和 -- 倉敷中央病院放射線技術部福永正明 Vol. 7 No. 6 Jun 06

H29市川研－五十嵐final2

H29市川研－五十嵐final2 1718 Pre-filtered 3 次元バイラテラルフィルタによる CT 画像のノイズ低減五十嵐洸太 ( 指導教員 : 市川勝弘教授, 川嶋広貴助教 ) 要旨画像ベースのノイズ低減技術として開発した pre-filtered 3 次元バイラテラルフィルタ (3DBL PF) について, ファントム実験によりモデルベース逐次近似再構成法 (model-based iterative reconstruction: