特集 CT/MRI での灌流評価 A to Z 5. 肺の perfusion imaging 小澤良之 1), 原眞咲 2), 石原由美 1), 真木浩行 1), 芝本雄太 1) 名古屋市立大学大学院放射線医学分野 1), 名古屋市立西部医療センター放射線診療センター 2) Perfusion

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あつのねごろ
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1 特集 CT/MRI での灌流評価 A to Z 5. 肺の perfusion imaging 小澤良之, 原眞咲 2), 石原由美, 真木浩行, 芝本雄太名古屋市立大学大学院放射線医学分野, 名古屋市立西部医療センター放射線診療センター 2) Perfusion Imaging of the Lung Yoshiyuki Ozawa, M.D., Ph.D., Masaki Hara, M.D., Ph.D. 2), Yumi Ishihara, M.D., Hiroyuki Maki, M.D., Yuta Shibamoto, M.D., Ph.D. Department of Radiology, Nagoya City University Graduate School of Medical Sciences 2) Department of Radiology, Nagoya City West Medical Center NICHIDOKU-IHO Vol.60 No (2015) Summary In this article, we shall describe the principle of perfusion imaging of the lung by dual-energy CT, and its clinical applications. The technical approaches to dual-energy imaging consist mainly of rotate/rotate acquisition, use of a dual-source CT system, and use of a fast kvp switching system. To acquire the dualenergy data, the rotate/rotate acquisition uses two sequential scans at different tube voltages (e.g. 80 or 100 kvp and 140 kvp). Dual-source CT involves data acquisition by CT using two tubes and detectors mounted orthogonally in the gantry. Data acquisition by fast kvp switching involves rapid switching between two voltages using a one tube-detector system. The highest contribution to the temporal resolution of dual-energy CT imaging is from the use of fast kvp switching, followed by use of the dual-energy source CT system and rotate/rotate acquisition. Lung perfused blood volume (PBV) imaging by dual-energy CT, based on the extraction of iodine in the lung after contrast injection, provides functional information about the perfused blood volume of the lung. Besides, it is also possible to obtain morphological information about the lung and pulmonary vessels. Lung PBV imaging basically corresponds to lung perfusion scintigraphy using 99m Tc- MAA, although the imaging mechanisms are different. Lung perfusion imaging is useful, as mentioned above, however, there are some pitfalls in interpreting the lung PBV images. The appearance of streak artifacts, beam hardening artifacts, and motion artifacts adjacent to the heart and diaphragm could cause artifactual pulmonary perfusion defects. It is important to evaluate both the lung PBV images and the conventional contrast-enhanced CT images in the lung and mediastinal window settings, to avoid false-positive perfusion defects originating from those artifacts. はじめに DECT Dual energy CT (DECT) は異なる2 種類のX 線エネルギーを用いて撮影して得られたデータから物質固有の減衰特性を利用して画像化することができるこれにより物質の弁別が可能となりこれまでのCT 画像診断の中心であった形態学的診断に加えて機能的画像情報を用いた診断に応用されてきている本稿では DECT の基本と肺のperfusion imagingへの応用を中心に概説する DECTの基本的な概念は1970 年代にはすでに提唱されていたが高エネルギーと低エネルギーのデータの同時収集などに関して技術的な問題があったその後 CT 技術の発達により 2005 年に世界初となるSiemens 社製 2 管球搭載のdual source CT(DSCT) が登場し dual energy imagingの臨床的応用がなされるようになった ( 図 Dual energy imagingの基本原理は異なったエネルギーにおける吸収値差に基づいた物質の分離である X 日獨医報第 60 巻第 2 号 57-64(2015) 57(183)

2 図 1 Dual source CT 通常は1 組の管球 - 検出器システムであるところを, ガントリー内に2 組の管球 - 検出器システムを搭載している. 各々のシステムは90 の角度で設置されており, それぞれの管球から低電圧, 高電圧の2 種類のX 線 ( 例えば80kVpと140kVp) を同時に発生させ, 撮影する. これにより2 組のシステムから各々のエネルギーデータが取得されることとなる. 線に対する物質の質量減弱係数は照射するX 線のエネルギーに伴い固有の変化をきたし物質固有のX 線減弱曲線が存在することとなる低エネルギーと高エネルギーの2 種類の電圧のX 線を照射することで取得されたデータより物質固有の減衰率差を計算し類似したCT 値を呈する物質でも分離して画像化できる 1~4) この原理を利用することで臨床的には物質の弁別としてヨード造影剤の抽出もしくは除去骨石灰化の分離結石の性状分析などへの応用が monoenergetic imagingとしてbeam hardening artifactの軽減や高いcontrast to noise ratio (CNR) の画像の取得などへの応用がなされている DECTの種類としては大きく3 種に分類される 1 dual source 方式 2rotate/rotate 方式 3rapidもしくはfast kvp switching 方式である 1 4) 各々の方式の低高エネルギー撮影の画像データの時相差は rotate/rotate 方式 dual source 方式 fast kvp switching 方式の順に大きく fast kvp switchingではほぼ時相差がない 1.Dual source 方式 Dual source 方式はガントリー内に2 組のX 線管球 - 検出器システムが約 90 の角度で設置されておりそれぞれ高低エネルギーで画像データを取得する Rotate/ rotate 方式と比較して 2 種類のエネルギーデータの時相差は少ないが心拍動や体動呼吸運動などによるmis- registrationは生じうるまた体軸方向 (Z 軸方向 ) での同一断面においては2つのエネルギーデータが1:1 では対応しないため投影データでなく画像データに基づく画像化となる DSCTの特徴に伴う問題としてガントリーの制限によって検出器の大きさも制限されることとなり 2つの検出器のうち片方は標準より小さな検出器となっていることが挙げられるこれに伴いdual energy imagingで撮像範囲 (field of view: FOV) の制限を受け体格の大きな症例の体幹部で全体を評価することが困難となるしかし当初 dual energy imagingの解析可能範囲は260mmであったが第 2 世代のDSCTでは 330mmに第 3 世代では354mmへと改善されている 3) 2.Rotate/rotate 方式 Rotate/rotate 方式はX 線管球 - 検出器システムは1 組と通常のCTと変わらないが低エネルギー高エネルギーと電圧を変えて2 回転させることで2 種類のデータを取得する利点はCT 装置自体は既存の構造で構わないため実施は容易なことである欠点としては2 種類のデータ 58(184)

3 を取得するのに 2 回転する必要があり 1 回転と2 回転間の時間差が大きいことであるこのため 2 回の回転間の呼吸や腸蠕動体動などの動きによる影響と造影時相の差の影響を受けやすくなり dual energy misregistrationを生じることとなるまたこの方式ではdual energyデータを取得するために2 回転分の撮像が必要となることから通常のCTに比し被曝の増加が生じる 3.Rapid/fast kvp switching 方式 Rapidもしくはfast kvp switching 方式も1 組のX 線管球 - 検出器システムを用いて画像データの取得を行うが低高エネルギーの2 種類の電圧を高速に切り替えることでデータを取得する Dual energyデータの時相差はほとんどなく dual energy 時間分解能でいえば0.5msec 以下とされるさらに管球角差も0 で取得されたデータの解析は投影データに基づいて行われることとなる Dual source 方式やrotate/rotate 方式による画像データに基づくエネルギー解析と比較し多数のエネルギー情報を画像化時に反映することができる肺のperfusion imaging 前述したdual energy imagingを臨床応用することで胸部領域では肺灌流血液量 (lung perfused blood volume: lung PBV) を反映した画像が作成可能となった肺血栓塞栓症の造影 CTを用いた画像診断は肺動脈内の造影欠損像として描出される血栓を検索することによってなされている CT pulmonary angiography(ctpa) は肺血栓塞栓症の画像診断では第 1 選択の方法であり肺血栓塞栓症の診断塞栓子の分布大きさの情報のみならず肺病変や大動脈病変といった胸痛呼吸困難をきたす他の病変も診断可能であるまた右心系の拡大から右心負荷の状態把握や肺血栓塞栓症の主な原因である骨盤部および下肢の血栓の検索も同一検査内にCT venographyを施行することで行うこともできるこのようにCTPAは肺血栓塞栓症において有効な画像検査ではあるが空間分解能に優れたCTPAであっても肺末梢の細い血管内の造影欠損像の検出が困難であること肺動脈周囲のリンパ節との区別が時に困難なこと心拍動や呼吸の動きによるmotion artifact 由来の画質劣化上大静脈腕頭静脈や鎖骨下静脈内に停滞するヨード造影剤からのアーチファクトによりそれらの静脈周囲の肺動脈が評価困難になりうることなどの問題点もある 5) Lung PBV imageはctpaで得られる様々な情報に加えて造影 CT 撮像時に80kVpもしくは100kVpと140 kvpのように低エネルギー高エネルギーの異なる2 種類の電圧を用いて得られたデータから肺実質内のヨード造影剤の分布肺灌流の状態を評価することができるこの情報は発症時の評価のみでなく経過観察時にも有用である ( 図 2) 核医学検査の中で肺血栓塞栓症診断で用いられるものとして肺血流シンチグラフィがある肺血流シンチグラフィの原理としては 8~15μmとされる肺毛細血管の径よりも少し大きな10~60μmの粒子径の 99m Tc-macroaggregated albumin (MAA) を静注することで肺毛細血管に一過性の塞栓を起こしこの状態の肺動脈血流分布が画像化されるつまり肺血流シンチグラフィは 99m Tc-MAAのfirst passを反映しているため肺血流量を反映するlung PBV imageとは画像の成り立ちが異なってはいるが肺血流シンチグラフィとlung PBV imageの所見はよく一致するとされる 6) このことから lung PBV imageではctpaによる血栓の有無分布量といった形態的評価と肺血液量の機能的な評価が一度の検査により実現可能でありより精度の高い検査ができる ( 図 3 4) また末梢肺動脈の血栓検索においてはより詳細な読影を要することが多いが lung PBV imageを併せることで効率も良いと考えられる血栓溶解療法後の効果判定においても血栓自体は検出されなくなってもlung PBV imageにおける造影欠損が遷延している場合はより末梢の肺動脈における閉塞が残存している可能性があり治療継続の判断材料になりうる 2) 肺血栓塞栓症でも慢性肺血栓塞栓症は器質化した血栓により慢性的な肺動脈閉塞を生じた病態であり急性のそれとは画像所見が異なってくる通常のCTにおいて慢性肺血栓塞栓症では肺動脈の所見として肺動脈完全閉塞が生じ近傍の開存脈管よりも径狭小化偏心性の動脈内造影欠損厚い壁在血栓の再開通によるヨード造影剤の流入造影される肺動脈内のウェブやフラップ石灰化血栓が認められるその他の所見として気管支動脈や肋間動脈内胸動脈などの体循環系側副路の発達肺野のモザイク状吸収値変化や肺高血圧症に伴う肺動脈拡張右心拡大が認められる 5) この中で肺野のモザイク状吸収値変化は相対的にすりガラス状高吸収値な部分と低吸収値の部分がモザイク状に分布する所見であ 59(185)

4 A C B D E F G 図 2 肺血栓塞栓症 A,B 造影 CT 横断像 : 中葉, 右下葉の肺動脈内にそれぞれ造影欠損像が認められる ( ). 肺血栓塞栓症の所見である. C,D Lung PBV image 横断像 : 中葉, 右下葉肺動脈の各々の支配領域に一致して, 造影欠損域を認め, 肺灌流障害が示唆される ( ). E 下肢静脈造影 CT 横断像 : 同一検査にて撮影された造影 CT 上, 下腿の右後脛骨静脈内に造影欠損を認める ( ). 下肢静脈血栓の所見である. 肺動脈血栓の原因と考えられる. F 造影 CT 横断像 : 加療後のCTでは以前みられた右肺動脈内の造影欠損像は消失し, 良好な造影効果が認められる ( ). G Lung PBV image 横断像 : 加療以前に認められた右肺の造影欠損域に, 造影効果が回復している ( ). 60(186)

図 3 肺血栓塞栓症 A 造影 CT 横断像 : 左肺動脈 A10の肺動脈血栓が造影欠損像として認められる ( ).

C Lung PBV image 冠状断像 : 左肺下葉の造影欠損域 ( ) は多断面での評価が可能である.

A C B D るがこれが血管性病変によるものか気管支肺病変によるものか鑑別が困難な場合がある DECTを用いて

肺動脈閉塞の重症度と肺灌流低下の程度の関連も評価できる可能性がある慢性肺血栓塞栓症の最も重症度の高い肺動脈所見は DECTにおける肺灌流低下域で有意に認められ

5 図 3 肺血栓塞栓症 A 造影 CT 横断像 : 左肺動脈 A10の肺動脈血栓が造影欠損像として認められる ( ). B Lung PBV image 横断像 : 左肺下葉 S10に区域性の造影欠損像を認める ( ).A で認められる肺動脈血栓に伴う灌流障害が考えられる. C Lung PBV image 冠状断像 : 左肺下葉の造影欠損域 ( ) は多断面での評価が可能である. D 肺血流シンチグラフィ :Lung PBV imageの造影欠損域に一致して肺動脈血流の欠損 ~ 低下域が認められる ( ). A C B D るがこれが血管性病変によるものか気管支肺病変によるものか鑑別が困難な場合がある DECTを用いて相対的にすりガラス状吸収値を呈する領域の高ヨード濃度を評価することで血管性病変による所見であると評価できる可能性が示唆されている 7) DECTは肺動脈閉塞の重症度と肺灌流低下の程度の関連も評価できる可能性がある慢性肺血栓塞栓症の最も重症度の高い肺動脈所見は DECTにおける肺灌流低下域で有意に認められ体循環系の側副血行路発達も肺灌流低下域で有意に認められる所見であったと報告されている 8) また perfusion imagingとは直接な関連はないが lung PBV imageを作成する際に得られるdual energy 撮像の低エネルギー側で取得された画像はヨードのCT 値が高くなるため体格がそれほど大きくなくSN 比がそれほど低下しない症例では血管内のヨードと血栓とのコントラストが高く肺動脈血栓の検出能が向上すると考えられる 9) ( 図 5) Siemens 社のlung PBV imageのソフトウェアにはlung analysisというものがありこれ 61(187)

図 4 肺血栓塞栓症 A 造影 CT 横断像 : 両下葉の肺動脈内に造影欠損が認められる.

A B A B C 図 5 電圧による肺動脈内ヨード造影剤の描出差 A 造影 CT 横断像 (120kVp)

6 図 4 肺血栓塞栓症 A 造影 CT 横断像 : 両下葉の肺動脈内に造影欠損が認められる. 右側では部分的な血栓で内腔は開存しているが, 左側では完全閉塞している ( ). B Lung PBV image 横断像 : 左下葉では広範な造影欠損域が認められる ( ). 一方, 血栓はあるものの肺動脈内腔が開存している右下葉では造影欠損域は認められない. A B A B C 図 5 電圧による肺動脈内ヨード造影剤の描出差 A 造影 CT 横断像 (120kVp) B 造影 CT 横断像 (80kVp) C 造影 CT 横断像 (140kVp) A~Cの比較では, 肺動脈内のヨード造影剤は80kVpの画像 (B) で最も造影効果が高い. 62(188)

7 図 6 ヨード造影剤によるアーチファクト Lung PBV imageで右上葉に斜走する帯状の造影欠損域が認められる ( ). 右腋窩にみられる静脈内ヨード造影剤によるアーチファクトの所見である. により視覚的のみでなく定量的な評価も可能である Lung PBV imageのピットフォール前述のようにdectを用いたlung PBV imageは従来の形態学的診断に加え機能的な評価が可能になり有用な検査であるただし DECTを用いた肺灌流画像における肺血栓塞栓症の診断で注意を要することがある Lung PBV imageは肺動脈のみならず気管支動脈の血流も同時に画像化している可能性があり肺動脈血流の first passを画像化した肺血流シンチグラフィとは意味合いがやや異なる側副血行路の発達した慢性肺塞栓症例では肺血流シンチグラフィで病変部が集積欠損像として描出されても DECTを用いたlung PBV imageでは側副血行路にもヨード造影剤が到達して病変部においても灌流が保たれて描出されることがある病変と混同しやすいアーチファクトとしてはCTPAと同様に体動によるアーチファクトやbeam hardening artifact streak artifactが知られているこのようなアーチファクトが生じた場合実際には肺血栓塞栓症でなくともlung PBV imageにおいて欠損像として時に描出されることがある ( 図 6) これらのアーチファクトと実際の肺動脈欠損との鑑別の対策としては体動によるアーチファクトでは元画像での特に心臓周囲や肺底部横隔膜近傍の motion artifact 有無の確認 beam hardening artifactや streak artifactの場合は欠損域の形態が線状や帯状のようにlung PBV imageでは考えにくい形状の描出であることを確認することや元画像でアーチファクトおよびその由来 ( 上大静脈や腕頭静脈に停滞するヨード造影剤体内金属など ) を確認することなど lung PBV imageのみで判断はせずに総合的に判断することがより正確な評価に有用であると考えられるまた上肢や腕頭静脈に停滞するヨード造影剤由来のアーチファクトは生理食塩水による後押しで軽減できる Lung PBV imageにおける造影欠損の原因が肺動脈還流障害のみならず肺気腫 consolidationや異所性血流によっても生じうることを認識しておくことも重要である 2) まとめ DSCTが登場してから dual energy imaging の臨床応用が行われており従来のCTの主体であった形態学的診断のみでなく機能や新たな質的診断としての情報も加味した診断ができるようになってきている今後さらなる研究や技術の進歩により胸部疾患におけるperfu- sion imagingの新たな診断評価方法の発展を期待する参考文献 Johnson TR: Dual-energy CT: general principles. AJR Am J Roentgenol 199: S3-S8, ) Lu GM, Zhao Y, Zhang LJ, et al: Dual-energy CT of the lung. AJR Am J Roentgenol 199: S40-S53, ) 日和佐剛 : Dual Source CTにおける True Dual Energyイメージングの実践. 臨床画像 3 1: , ) 上野恵子, 陳克敏, 劉愛連, 他 : スペクトラル CT 基本原理と臨床応用. 東京, 学研メディカル秀潤社, ) Wittram C, Maher MM, Yoo AJ, et al: CT angiography of pulmonary embolism: diagnostic criteria and causes 63(189)

8 of misdiagnosis. Radiographics 24: , ) Thieme SF, Becker CR, Hacker M, et al: Dual energy CT for the assessment of lung perfusion--correlation to scintigraphy. Eur Radiol 68: , ) Ponta F, Remy-Jardin M, Duhamel A, et al: Lung perfusion with dual-energy multi-detector row CT: can it help recognize ground glass opacities of vascular origin? Acad Radiol 17: , ) Renard B, Remy-Jardin M, Santangelo T, et al: Dualenergy CT angiography of chronic thromboembolic disease: can it help recognize links between the severity of pulmonary arterial obstruction and perfusion defects? Eur J Radiol 79: , ) Sangwaiya MJ, Kalra MK, Sharma A, et al: Dual-energy computed tomographic pulmonary angiography: a pilot study to assess the effect on image quality and diagnostic confidence. J Comput Assist Tomogr 34: 46-51, (190) PP-PF-RAD-JP

肺気腫の DUAL ENERGY CT像について

肺気腫の DUAL ENERGY CT像について 2 管球 CT を用いた肺潅流 CT 画像 Dual-energy perfusion CT images using a 64-slice dual-source CT 山口大学大学院放射線医学岡田宗正 Dual energy イメージの原理 X 線平均エネルギーによる減弱特性の違い : それぞれの物質は異なる X 線の平均エネルギーによって異なる減弱を示す 80kV 140kV 現在使用できる肺潅流

特 集 CT/MRI での灌流評価 A to Z 5. 肺の perfusion imaging 小澤良之 1), 原眞咲 2), 石原由美 1), 真木浩行 1), 芝本雄太 1) 名古屋市立大学大学院放射線医学分野 1), 名古屋市立西部医療センター放射線診療センター 2) Perfusion

特集 CT/MRI での灌流評価 A to Z 5. 肺の perfusion imaging 小澤良之 1), 原眞咲 2), 石原由美 1), 真木浩行 1), 芝本雄太 1) 名古屋市立大学大学院放射線医学分野 1), 名古屋市立西部医療センター放射線診療センター 2) Perfusion