保健科学研究

7：7―12，2017【原著】
在宅医療の X 線撮影に利用される Flat panel detector の画質特性と視覚評価
工藤 幸清*1 真里谷 靖*2 寺島 真悟*1 鈴木 紀行*3 川原田 恒*4
小山内 暢*1 廣田 淳一*1 細川 洋一郎*1 佐藤 真由美*1
北嶋 結*1 丹藤 雄介*1
（2016 年 11 月 8 日受付，2017 年 2 月 20 日受理）
要旨：在宅医療の X 線撮影に利用できる Flat panel detector (FPD) システムが開発された。我々はこの FPD の画質を評価し，撮影時の適正な線量の目安を客観的に評価することを目的として，医療施設内で利用されている高解像度のIrradiation side sampling (ISS-FPD)と比較した。画質として，解像特性[pre-sampled modulation transfer functions (MTFs)]，
ノイズ特性 [Normalized noise power spectrums (NNPS)]，検出量子効率 [Detective quantum efficiencies (DQEs)] による画質特性，ならびにバーガーファントムを撮影し，Image quality figure (IQF) による視覚評価を行った。その結果，在宅の FPD は解像特性では ISS-FPD より劣るが，ノイズ特性では ISS-FPD よりも良好であり，検出量子効率では ISS-FPDと同程度であった。また，視覚評価においても，在宅の FPD と ISS-FPD の IQF 値は同程度であった。このことから，在宅での X 線撮影において，医療施設での X 線撮影と同じ撮影条件で同程度の画質が得られることが示唆された。
キーワード：在宅医療，X 線撮影，FPD，画質特性，視覚評価

Ⅰ.

Nobukazu Tanaka らは，胸部撮影での患者の皮膚線量低はじめに減を目的に，ISS-FPD と従来の CR の画質を比較し，ISS-FPD

アナログからデジタルへの変遷により，X 線画像もフィでは約 50％の被ばく線量の低減が可能であると報告してルム・スクリーン方式のアナログ時代からイメージングプいる 9)。また，Kohsei Kudo らは，臥位 X 線撮影台一体型

1)レートを使用した Computed radiography (CR) 方式 へ，更でグリッドを外すことが困難な ISS-FPD と CR についてグに 1998 年には Flat panel detector (FPD) 方式が利用される

リッドを装着した条件の画質を測定した結果，ISS-FPD でようになり，デジタルの時代となった 2)。

は約 50％の被ばく線量低減が可能であることを報告して現在，FPD は直接変換方式や間接変換方式が普及し 3)，

いる 10)。

間接変換方式では，フォトダイードが蛍光体の後ろに配置

一方，在宅医療の普及に伴い，患者の居宅における X 線

される Penetration side sampling (PSS) -FPD が一般的であ撮影が可能となり 11)，また，在宅医療における診断用 X 線ったが，近年フォトダイードが蛍光体の前に配置された高装置の高性能化が進み，X 線画像検出器も在宅に利用でき解像度の Irradiation side sampling (ISS) -FPD が開発された

る FPD が開発された 12)。しかし，在宅での X 線撮影に利4)。これらの機器について，患者被ばく線量の低減に関す用される FPD の評価に関する報告は皆無である。そこで本る報告 2,5-8)があり，被ばく軽減のために撮影条件の工夫が研究では，在宅における撮影時の適正な線量の目安を客観期待されている。

的に評価することを目的として，在宅に利用される FPD と医療施設内で利用される ISS-FPD の画質（画質特性と視覚*1 弘前大学大学院保健学研究科
Hirosaki University Graduate School of Health Sciences〒036-8564 青森県弘前市本町 66-1 TEL:0172-33-5111
66-1, Honcho, Hirosaki-shi, Aomori, 036-8564, Japan*2 むつ総合病院
Mutsu General Hospital〒035-8601 青森県むつ市小川町 1-2-8 TEL0175-22-2111
1-2-8, Kogawa-machi, Mutsu-shi, Aomori, 035-8601, Japan
*3 深浦町国民健康保険関診療所
Fukaura National Health Insurance Seki Clinic〒038-2503 青森県西津軽郡深浦町大字関字栃沢 78-2 TEL0173-762109
78-2, Tochizawa, Seki, Fukaura-machi, Nishitsugaru-gun, Aomori, 038-2503,
Japan*4 東通地域医療センター
Higashidori Community Medical Center〒039-4222 青森県下北郡東通村大字砂子又字里 17-2 TEL:0175-285600
17-2, Sato, Sunagomata, Higasidori-mura, Simokita-gun, Aomori, 039-4222,Japan評価）を比較した。
画 質特 性は ，解 像 特性[pre-sampled modulation transferfunctions (MTFs)], ノ イ ズ 特 性 [Normalized noise powerspectrums (NNPSs)], 検 出 量 子 効 率 [Detective quantum
efficiencies (DQEs)] による物理的な特性を評価 13)した。また，凸型および凹型バーガーファントムを撮影し，Image
quality figure (IQF)14)による視覚評価を行った。

Ⅱ.
1.

方法

装置
在宅に利用される FPD 方式は PSS-FPD の DRX-1 (DRX-Correspondence Author kohsei@hirosaki-u.ac.jpⓒ2017Health sciences Research.

7在宅医療の X 線撮影に利用される Flat panel detector の画質特性と視覚評価

Table 1 Details of the FPD systems used in this study

Transportable For Field, Carestream Health Japan Co., Ltd.,Tokyo, Japan) である。一方，比較対照の FPD 方式は医療施設内で利用される ISS-FPD であり，DR-ID600 (CALNEO
C1717, FUJIFILM Corporation, Tokyo, Japan) を使用した。
Table 1 に詳細を示す。DRX-1 システムには X 線発生装置(Portable X-ray mikasa TRB9020H, MIKASA, Tokyo, Japan)を使用し，DR-ID600 には，X 線高電圧装置 (UD150B-40,Shimadzu, Kyoto, Japan) と X 線 管 装 置 (P364DK-85,Shimadzu, Kyoto, Japan) を使用した。
2.

画質特性
線源-検出器間距離 (SID) は 150 cm 以上とし，実験はIEC 62220-113)に従った。X 線の線質は RQA7 (付加フィルタ 30.0 mm Al, 半価層 9.1 mm Al)13)を使用した。 基準入射表面線量は 8.76μGy (1mR) とし，必要に応じて基準線量の 1/80 倍～ 8 倍の範囲で照射した。線量と半価層の測定は 半 導 体 検 出 器 (Raysafe Xi, Unforce raysafe, Billdal,Sweden) を使用した。
DRX-1 と DR-ID600 の入出力特性であるデジタル特性曲線,ならびに pre-sampled MTF, NNPS, DQE を測定し比較した。測定の詳細は IEC62220-1 に準拠した標準ディジタルX 線画像計測 15)を参考にした。画像データ取得は，DRX-1
では WW/WL モードとし，DR-ID600 ではテストモードのS 値 200，L 値 416)とした。デジタル特性曲線は画像データのピクセル値を X 線の線量比へ変換するために使用した。
3.

視覚評価
凸型および凹型バーガーファントムを基準線量ならびにFig. 1 Digital characteristic curves for the DRX-1 and1/80 倍～ 1 倍線量で撮影した。この際，散乱線を付加する

DR-ID600 systems: ●, DRX-1 system; ■, DR-ID600 system

目的で 6cm 厚の平板ファントムをバーガーファントムとFPD 間に配置した。X 線線質と画像データ取得の条件は方Fig. 2 Comparison of pre-sampled MTFs for the DRX-1 and法 2. と同じである。視覚評価は 6 人の観察者により観察

DR-ID600 systems in the vertical and horizontal directions

14)

し，次式により IQF を算出した。
nⅢ.

i=1

もに管電圧は約 90kVp，基準線量となる管電流時間積は 8IQF = �(Di ∗ hi)

Di はバーガーファントムの各径の大きさ (mm)，hi は識別可能な最小の高さ (mm) である。

結果

RQA7 により線質を調整した結果，DRX-1，DR-ID600 とmAs であった。
Fig. 1 にデジタル特性曲線を示した。DRX-1，DR-ID600
ともに，線量比の対数値に対してピクセル値が比例せず，ⓒ2017Health sciences Research.

8

工藤，真里谷，寺島，鈴木，川原田，小山内，廣その関係は 3 次関数で近似することで良い関係が得られた。

田，細川，佐藤，北嶋，丹藤

少 DQE が高いように見えた。そのため，Table 2 に各周波Fig. 2 に pre-sampled MTF を示した。DRX-1，DR-ID600
ともに，垂直方向と水平方向の pre-sampled MTF は同程度数における DRX-1 と DR-ID600 の DQE 値を示した。平均値では垂直方向，水平方向ともに DRX-1 と DR-ID600 は同Fig. 3 NNPSs for the DRX-1 and DR-ID600 systems in the vertical and horizontal directions under
the reference dose exposure
verticalanddirection;
B, horizontal
Fig. 4 condition:
DQEs for theA,DRX-1
DR-ID600
systems indirection
the vertical and horizontal directions under
the reference dose exposure condition: A, vertical direction; B, horizontal directionであった。DRX-1 と DR-ID600 の比較では，DR-ID600 の方程度の値であった。

が高解像力であった。pre-sampled MTF 値の垂直方向と水平方 向の 平均 値は 1 cycles/mm の 空 間 周波 数に おい てTable 2 DQEs value of the DRX-1 and DR-ID600 systems

DRX-1 は 0.56，DR-ID600 は 0.72 であった。

Fig. 3 に基準線量での NNPS を示した。NNPS は DRX-1の方が垂直方向，水平方向ともに DR-ID600 よりも低値を示し，DRX-1 は DR-ID600 よりノイズが少なかった。NNPS値の垂直方向と水平方向の平均値は 1 cycles/mm の空間周波数において DRX-1 は 3.8×10-6，DR-ID600 は 7.8×10-6であった。
Fig. 4 に DQE を示した。DRX-1 は DR-ID600 に比べて多ⓒ2017Health sciences Research.

9在宅医療の X 線撮影に利用される Flat panel detector の画質特性と視覚評価あることを示した。このことは在宅での X 線撮影においてFig. 5 IQFs for the DRX-1 and DR-ID600 systems of the convex type and concave type burger phantoms: A, convex type;B, concave type; Data are expressed as mean of 6 observers and data of the DRX-1 are expressed standard deviation tooFig. 5 に視覚評価の結果を示した。凸型と凹型バーガー

も，病院等の医療施設での X 線撮影と同程度の線量でかつファントムともに線量の減少とともに IQF は増加したが，同程度の画像が得られることを意味する。従来の自己整流DRX-1 と DR-ID600 の IQF 値に差はなかった（t 検定）。

方式の X 線発生装置と CR の組み合わせによる在宅での X線撮影では，一般撮影のような画質や再現性を得ることはⅣ.

考察

我々は，在宅医療の X 線撮影に利用される FPD システ

困難とされていたが 18)，X 線発生装置の高性能化と X 線画像検出器の FPD の開発により，この困難は解消されるものと考えられた。

ム (DRX-1) の画質について画質特性と視覚評価を行った
結果，病院等の医療施設で利用されている ISS-FPD システ

謝辞

本研究にあたり，青森県の深浦町関診療所・訪問ム (DR-ID600) と同程度の性能であることを確認した。ま看護ステーション，青森県の東通地域医療センターの皆様，

ず画質特性の解像特性は DR-ID600 が DRX-1 よりも良い

弘前大学医学部附属病院放射線部門の皆様，弘前大学医学(Fig. 2) が，ノイズ特性は DRX-1 が DR-ID600 よりも良好

部保健学科学生の佐藤綾芽さん，蔦谷侑紀さん，福士紀之(Fig. 3) であった。解像特性とノイズ特性の総合評価であさん，松谷佳祐さん，ならびに弘前大学大学院保健学研究

る DQE は，DRX-1 と DR-ID600 は同程度 (Fig. 4) であっ

科博士前期課程の富永匡顕さんらのご協力に深く感謝いた

た。さらに，視覚評価においても DRX-1 と DR-ID600 は同します。

程度 (Fig. 5) の評価であった。このことから目安として，撮影時の線量は DR-ID600 と同程度にて実施可能であると引用文献考えられた 17)。

1)

FPD の性能が良好であっても，X 線発生装置の性能が低ければ，例えば従来の自己整流方式のような軟線が多い場

2)

合，患者の皮膚線量の低減には至らない。本研究に使用した在宅用の X 線発生装置 (TRB9020H) は，ポータブルのバッテリー式携帯型の高周波インバータ式である。この装3)置の管電流は 10mA～20mA と比較的小管電流であるため，撮影時の動きに対しては注意が必要である。しかし，RQA74)の線質において基準線量を得るに必要な mAs 値(8 mAs)はDR-ID600 に使用された装置と同値であるため，X 線発生装

5)置の線質に関しては問題ないと考えられた。
最後に，DR-ID600 は ISS-FPD であり，従来の CR システ
ムに比べ 50％の線量低減が可能 9,10)とされるシステムである。本研究で，DRX-1 がこの DR-ID600 と同程度の性能でⓒ2017Health sciences Research.

6)

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10

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7)ⓒ2017Health sciences Research.

田，細川，佐藤，北嶋，丹藤

13) IEC 62220-1 Ed. 1.0: Medical electricalequipment—characteristics of digital X-ray imaging devices—part
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11

在宅医療の X 線撮影に利用される Flat panel detector の画質特性と視覚評価【Original article】
Image quality assessment and visual evaluation of a flat paneldetector used for X-ray photography during in-home medical care
KOHSEI KUDO*1 YASUSHI MARIYA*2 SHINGO TERASHIMA*1NORIYUKI SUZUKI*3 HISASHI KAWARADA*4 MINORU OSANAI*1JUNICHI HIROTA*1 YOICHIRO HOSOKAWA*1 MAYUMI SATO*1YU KITAJIMA*1 YUSUKE TANDO*1（Received November 8, 2016 ; Accepted February 20, 2017）

Abstract: A flat panel detector (FPD) was developed for use during in-home medical care as an X-ray image detector. We
performed an image quality assessment and visual evaluation to estimate the appropriate dose of radiation for X-ray
photography for home medical care and compared the results with those of images from a high-resolution irradiation sidesampling FPD (ISS-FPD) used in a healthcare center. Pre-sampled modulation transfer functions (pre-sampled MTFs),
normalized noise power spectrums (NNPSs), and detective quantum efficiencies (DQEs) were measured to assess imagequality. Image quality figures (IQFs) for photographs of Burger phantoms were used for visual evaluations. Pre-sampled MTFsof the FPD for home medical care were lower, NNPSs were better than the ISS-FPD, and DQEs were in the same range.
Moreover, IQFs of the FPD for home medical care and the ISS-FPD were in the same range. Our results indicate that X-ray
photography for in-home medical care and the radiography system used by a healthcare center produced X-ray images ofcomparable quality at the same radiation doses.
Keywords: Home medical care, X-ray photography, Flat panel detector (FPD), Image quality, Visual evaluationⓒ2017Health sciences Research.

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