JAIMA Season 2022
機器分析が支える、豊かな暮らしと産業のフロンティア

画像診断の発展を支える技術の進歩

No.17～「より早く」「より広く」「より詳細に」～キヤノンメディカルシステムズ株式会社

1.はじめに
世界人口白書によると日本の平均寿命は世界で最も長く、男性 82歳、女性 88歳であり、1995年

クリニカル営業推進部
保坂健一

このように、画像診断機器は各種物理現象を利用して身体の内部を可視化する機器のことで、体内の状態を捉えるために、放射線や音波、光、磁気などが用いられている。

からの四半世紀で男女ともに約５歳寿命が延伸し一般撮影装置と同様に、エックス線を利用してている。日本をはじめ世界の先進国は、発展途上体内の情報を得る装置にCT装置があるが、後述国に比し総じて寿命が長い。その理由には貧困なするように、エックス線の透過データを再構成し、どの因子もあるが、医療へのアクセスが良好であ被写体の断層面を得るものであり、現在の画像診ることも重要なファクターと言えよう。特に日本

断においては欠かせないほど多くの情報をもたらでは国民皆保険制度により誰でもレベルの高い医す装置となっている。

療を受けることができ、その中に画像診断も含まれている。ここでは、医療を支えるツールとしての画像診断機器について紹介し、その発展に寄与してきた技術の進歩について記す。

2.内部の状態を捉える
レントゲンが 1895年にエックス線を発見した
ことは、のちに第一回ノーベル物理学賞を受賞したことが示すとおり、人類にとって大きな発見である。体内の状況を把握する手段としてエックス

図１ CT 装置

線を使った一般撮影装置（一般にレントゲン装置と呼ばれることも多い）
は多くの医療機関で用い外観は CT装置に似た円筒状で、電磁波を利用られ、整形や呼吸器、救急など初期診療のツールして断層像を得るのが MR装置である。装置からとして用いられている。エックス線は可視光線をは強い磁気が発生しており鉄などの磁性体を検査通さない木や布などを透過し、透過の具合は物質室に持ち込むことができないなど、注意も必要だの種類や厚さ、密度によって変化する。空気ではが、電磁波により体内の水の挙動を捉えるもので、透過しやすく、骨では透過しにくい。この性質をエックス線を使用しないため被ばくがない。血管利用して胸部単純撮影などでは、空気の多い肺はの形状を薬剤（造影剤）を用いずに描出することも黒く、椎体や肋骨は白く骨の陰影が映り込む。計可能である。

測という観点では、照射するエックス線のエネルギーなどが判っていれば、エックス線の透過量を測定することで透過した物質の種類や厚さを推定することができる。

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4. 画像診断装置の進歩と CT 装置「より早く」「より広く」「より詳細に」。これらは、さまざまな情報の収集、分析、表示に関わる共通の目標であると言える。画像診断装置においても、これらを向上すべくさまざまな技術革新が行われてきた。それらを理解しやすく実現してきた CT 装置を例に挙げ、説明する。
図２ MR 装置

①高速化；スリップリングによる連続回転

また、音の反射を信号として画像化し断層像をCT 装置では、エックス線を多方向から照射し得るものが超音波診断装置である。プローブと言得られた透過データを再構成し、撮影した物体のわれる探触子を被写体に密着させ、耳には聞こえ断層像を得るものである。再構成方法についてはない音（超音波）を照射し、被写体内での音の反割愛するが、高速化、高精度化などの技術革新が射を計測し、画像化する。エックス線を用いてい現在もなお続けられている。

ないこともあり、使用場所の制限を受けにくく、CT の撮影は、体の周りにＸ線管と検出器を画像診断機器のなかでも小型で可搬可能であるこ

回転させ多方向からの透過データを得るのだが、ともあり、さまざまな医療現場に持ち込まれて使CT が開発された当初は撮影に数分かかっていた。

用されている。

そのため呼吸などの動きの影響がある部位は適応外で、動きの影響が少ない頭部専用であった。全身への適応拡大のニーズは大きく、撮影範囲の拡大はもちろん高速化などが図られた。
CT 撮影の高速化について、革新的な技術開発の一つと言えるのがスリップリングの採用である。
このことがその後の CT 撮影の高速化に果たした影響は大きい。前述の通り CT は多方向からのエックス線透過データを再構成するため、X 線管や検出器を被写体の周りで回転させ、多方向の透過データを収集する必要がある。ここで X 線管とＸ線検出器は電力の供給や信号の取り出しのためケーブルで繋がれており、一方向に回転し続け

図３ 超音波診断装置

3. 画像情報の描出

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るとケーブルによじれを生じさせることから、右回転した後には左回転するように、反復回転が必要であった。反復回転では加速と減速、停止が繰り返されるため、高速化には限界がある。

エックス線が医療に応用され 100 年以上経過しそこで、スリップリングを採用した。スリップているが、当初は蛍光板にエックス線を照射し放リングは、電車のパンタグラフと架線の関係のよ射線の蛍光作用を利用し観察していた。照射されうにリング状の電極部とブラシにより構成されてたエックス線は体内の各臓器のエックス線吸収率おり、回転体に外部から電力供給や電気信号の伝に応じて減弱される。その結果、蛍光板には臓器達が可能である。スリップリングを採用したことの吸収率に応じた陰影が映し出される。

で連続回転による CT 撮影が可能になった。連続JAIMA Season 2022 Summer

回転では高速に回転させ続けることが可能であり、回転速度の向上など撮影の高速化が図られた。

③高精細；空間分解能が従来の２倍高精細画像を得るために、X線検出器だけでなまた、連続回転が可能になったことから、連続

く、X線管や撮影寝台の機構含め、CT装置の核回転撮影中に被写体を回転軸方向に移動させながとなるコンポーネントすべてを刷新し、高精細ら撮影するヘリカルスキャンも可能になった。図

CTを開発した。

４に連続回転での CT 撮影の撮影時間と撮影範囲

X線検出器では新たなシンチレーターを採用し、を示す。ヘリカルスキャンは、短時間に広い撮影さらに精緻な加工技術と製造技術によって、X線範囲を連続的にスキャンできることがわかる。

検出器を体軸方向に従来の 1/2（0.25 ㎜）とし、面内方向に従来の２倍（1,792 ch）の素子を配列した。

撮影時間

撮影範囲

(a)
ラピッド

(a) 寝台停止、スキャン、シーケンス

寝台移動を繰り返す

スキャン
寝台位置

図５に肺の画像の一部を示す。

時間軸 (t )高速マルチスキャン

Ｘ線管軌跡

(b)

固定

撮影範囲

連続ダイナミック
スキャン(b) 寝台位置固定での(c)

連続スキャン

ヘリカルスキャン

寝台移動体軸(Z)
寝台移動方向図４(c) 寝台を移動させながら（a）従来 CT の肺

X線管がらせん状の軌跡を描く
連続スキャン

連続回転方式 X 線 CT の撮影法の比較 1②多列化；マルチスライス CT
初期の CTは、１回転で１断面を得るシングルスライスであったが、X線検出器の列を増やし１回転で複数の断層画像を収集するマルチスライスとなった。１列が２列、４列、16列、64列といったように多列化が進み、現在では 320列の検出器が並べられ、１回転で 0.5 mm厚の断面を 320列（b）高精細 CT の肺

図５ 高精細 CT との比較同時に撮影することができる。すなわち 16 cm幅のボリュームを１回転で撮影でき、それは心臓や高精細 CTにより、すりガラス陰影、気管支、全脳のような臓器全体を１回転で撮影できること血管などの詳細構造を観察できる。このことから、を意味する。連続回転のままでスキャンすれば臓腫瘍などの質的診断への貢献が期待されている。

器全体の血流や動作などの、動きも捉えることができ、形態だけでなく機能情報も得られるようになった。この 16 cm幅の収集が可能な CTを area
detector CT（ADCT）と称している。

5.AI の応用
近 年 、 さ ま ざ ま な 領 域 に 人 工 知 能（ A I；
Artificial Intelligence）
が用いられており、画像診断装置についても同様である。当社が取り組んだ、深層学習（DL；Deep Learning）を用いて設計された再構成技術を紹介する。

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① DLを用いて設計された再構成技術 AiCE

収集したデータを用いて、DCNNを学習させる。

画像の信号成分とノイズ成分を高度に識別す

そのDCNNをADCTに実装し再構成することでる再構成技術として当社が開発した、Advanced

ADCTで撮影された画像の空間分解能の向上効

intelligent Clear-IQ Engine（AiCE）* がある。こ果が得られている。

れは、Deep Convolutional Neural Network（DCNN）
を用いて信号成分とノイズ成分を識別し、CTの画像再構成に適用したもので、ノイズ成分が多くなりやすいエックス線高吸収領域や低線量条件下でもノイズが抑えられた画質が得られる。図６は、腎機能が低下した患者の造影撮影画像であるが、腎臓への負荷軽減のため造影剤使用量を少量（170 mgI/lg：30 ml）とし、コントラス
トを高めることと被ばくを低減するために低管電圧（80kVp）でCT撮影し、AiCEを用いて再構成した画像である。低管電圧であるため、被写体に照射されるエックス線量は抑えられるが、信号成分図 7. 冠動脈 STENT の描出能比較となる被写体を透過してきたエックス線量も減少（左）従来の再構成、（右）PIQE による再構成
高分解能とノイズ低減効果が確認できるするため、ノイズが多くなりやすい。AiCEでは信号成分とノイズ成分を識別するためノイズの影響を抑えた画像が再構成されている。

6.課題と展望
CTは 1970年代初旬に英国 EMI社により開発された。それから半世紀の時が流れ、その時々に立ちはだかる課題をさまざまな技術開発により解決してきた。
「より早く」「より広く」「より詳細に」については、高度なレベルで解決したと言ってよいだろう。これらに加えて、放射線を用いる画像診断装置では、被ばくを少なくすることも重要であり、AiCEなどにより低線量での CT撮影も実現してきた。
今後も、X線検出器などを改良し、X線フォトンをエネルギー毎に分けた収集を行い、透過物質に対しエネルギー情報を用いた複数種の物質弁別

図６. 低管電圧 (80 kVp) 撮影＋ AiCE 使用例（造影剤使用量 30 ml）
左：cMPR（curved Multiplanar Reconstruction）法処理画像
右：ボリュームレンダリング法処理画像を実現させるなど、幅広い領域における新たな臨床価値の探求を目指していく。
◉参考文献②超解像画像再構成技術 PIQE＊は DLを応用した
Precise IQ Engine（PIQE）

HELIX,東芝レビュー ,Vol.47 No.1（1992）

超解像画像再構成技術であり、従来のADCTの＊本システム自体に自己学習機能は有さない。

画像を高精細化するものである。教師データに※「AiCE」、「PIQE」は、キヤノンメディカルシステム

高精細 CTの高精細モード（0.25mm× 1792ch）で8

1. 山岸 一郎、伴 達也 ,全身用 X線 CT装置 TCT-900S/

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