医用画像機器工学Ⅱ （CT）
２３年国家試験４

解答 ４

１，２，３，５ はスライス面（体軸断面 axial）の画像のノイズ、空間分解能に影響する。

シングルスライスヘリカルCTの場合

テーブル移動距離 Δ
ヘリカルピッチ ＝コリメーション幅 T

ヘリカルピッチの意味は、体軸方向のデータ量。

ピッチが大きい ＝ 体軸方向のデータ収集が粗い。
実際の撮影でのヘリカルピッチは 0.6 ～ 1.5 程度。

ピッチの値が小さいほど、体軸方向の断層像の画質が良くなるが、患者の被曝は多くなる。

マルチスライスヘリカルCTの場合
ヘリカルピッチは、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。

マルチスライスヘリカルCTの場合
テーブル移動距離 Δ
ビームピッチ ＝ビーム厚 NT
テーブル移動距離 Δ

ディテクタピッチ ＝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

原理上は、ビームピッチを １ に設定した撮影が理想的と考えられるが、実際の撮像データは、辺縁部に並ぶ検出器から得るデータは中心部に並ぶ検出器から得るデータよりノイズが多いので、ビームピッチを １未満にして体軸方向データに重複（オーバーラップ）を生じさせ、辺縁部検出器から得るデータを重複させて体軸方向断層像の画質（分解能）を良くする。

２２年国家試験

解答 ２、５SR法

３２０列マルチスライスCTで 寝台を固定させたまま撮影。
心電図を同期させて心臓全体の拡張末期像を0.3秒で撮像。

Curved Multi Planer Reconstruction（ curved MPR ） カーブド MPR
心臓表面に分布する冠状動脈を平面上にひろげ、さらに蛇行した動脈を伸ばすなど、画像を湾曲させて作成したMPR像が、動脈疾患や歯科領域で臨床応用されている。

左前下行枝LADLADを伸ばして狭窄の有無を診断しやすくするSurface Rendering （SR)
サーフェスレンダリング法 心臓CTには使わない
３次元画像データから２値化処理によって骨や皮膚、内臓などの表面に対応する画素の分布を、多角形図形の集まりとして抽出し、それぞれの面に陰影（シェーディング）処理を行い立体的に表現する方法。

VE （ Virtual Endoscopy） 仮想内視鏡
CO2（吸収される気体）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

胸部ヘリカルCTによるバーチャル気管支内視鏡画像。

Ray summation （Raysum）
総和値投影法
３次元画像データにて、投影角度ごとの画素値の総和値（合計）で２次元画像を作成する方法。

肺ＣＴの骨や筋肉、心、縦隔を除いたデータでＲａｙsumを作成

さらに肺の正面側半分を除いたデータでＲａｙsumを作成

２２年国家試験

解答 ４

造影CT ＣＥＣＴ

Contrast Enhancement CT

非イオン性ヨード造影剤は各種ヨード濃度の製品がある。
１００ｍｌのシリンジに 240～370 mgヨード / mlの造影剤が入っている。 イオパミドール など。
造影剤と生理的食塩水のインジェクター

シリンジ １本に ヨード ３０ｇ

左前腕の静脈に穿刺

造影剤を静脈投与すると、30秒後くらいに動脈が200～300 HU 程度に造影されるピーク。
その約１分後（ 体格の小さい患者ほど はやい ）に100 HU 程度の２回目のピーク。

通常は、 造影剤 ３ｍｌ／秒 くらいの注入速度。
動脈相は ３０秒後 に撮影 （心筋冠血管撮影など）。

静脈相、門脈相は ６０秒後 に撮影
平衡相は １５０～１８０秒後 に撮影。
（造影剤は速やかに尿中排泄される。）（ = 腎機能の低下した患者には造影剤を使わない）

平衡相は、造影剤が血液中に均一分布している。
平衡相の血液のＨＵ値を患者間でばらつかないよう総ヨード使用量／患者血液量 の値を一定にする。
循環血液量は体重１ｋｇあたり約６０ｍｌ。

したがって、体重あたりのヨード投与量を一定にする。

２３年国家試験

解答 ３、５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。

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。

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。

単純重ね合わせ再構成法 Simple Back Projection
収集された各々の角度に傾いた２次元透視画像（ Pθ ）を全部単純に重ねると再構成画像ができる。
(回転中心近傍の値が盛り上がった不正確な画像。)
スライスｊにおけるサイノグラムを求める。
サイノグラムの各スライスの１次元配列は、各々の角度から収集されたデータ。
サイノグラムの各スライスの１次元配列から、収集された各々の角度に傾いた２次元透視画像Pθを作成する。
Pθを単純に重ね合わせた画像をｌとすると

ｌ＝∫ Pθ dθ(Simple back projection)ｌ は、回転中心部ほど重ね合せ回数が多くなり、中心から距離が遠いほどカウントの低い像になる。

つまり、回転中心からの距離ｒに反比例した濃度に補正するフィルタ１／ｒ を正確な断層像ｇに畳み込んだ像が l である。
式で表現すると ｌ＝ｇ＊(１／ｒ) となる。
ｌ、ｇ、１／ｒ のフーリエ変換を Ｌ、Ｇ、F(１／ｒ) と表現すると、畳み込みの定理より
Ｌ＝Ｇ・F(１／ｒ) となる。
２次元フーリエ変換の公式の極座標表現を用いると、（ｆｒは周波数空間上の原点からの距離 ）F(１／ｒ) ＝∫∫（１／ｒ）exp（－ｊ(2πｒｆr ））ｒｄｒｄθ ＝１／ｆｒ
これより

L ＝ Ｇ ／ｆｒ

なのでＧ＝Ｌ・ｆｒＧ ＝Ｌ・ｆｒの 意味は、 ２次元周波数空間上で、単純重ね合わせ画像をフーリエ変換した２次元データ Ｌ に、フィルタ関数 ｆｒ（ ｆｒは周波数空間上の原点からの距離）をかけると、正しい再構成画像をフーリエ変換したデータ Ｇになる。

Ｇ＝Ｌ・ｆｒに、畳み込みの定理 を用いると、以下のような実空間での計算に変換できる。
この式を 逆フーリエ変換すると、
ｇ＝ｌ＊ｈ（ ｈ は フィルタｆｒ の 逆フーリエ変換 ）この式に、ｌ＝∫ Pθ dθ を代入すると、
ｇ＝ ∫ Pθ dθ ＊ｈｇ＝ ∫( Pθ ＊ｈ）dθ （ｈはθと独立した値なので交換可）
ｇ＝ ∫ Pθ dθ

(Pθ ＝ Pθ ＊ｈ ）FBPの式Pθ に実空間フィルタ h (= frの逆フーリエ変換 )を畳込めば、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。 これを Filtered Back Projection （FBP） という。
周波数空間での実際の計算においては、フィルタ Ｈ（ =ｆｒ）は常に正の値であり（絶対値）、さらにサンプリング定理より、ナイキスト周波数以上の成分を 削除する必要があるので、周波数空間での再構成フィルタ （再構成関数）Ｈは、
Ｈ ＝｜ｆｒ｜（ｆｒがナイキスト周波数未満の場合）

Ｈ ＝０（ｆｒがナイキスト周波数以上の場合）となる。 これをＲａｍｐフィルタという。

Ｒａｍｐフィルタを逆フーリエ変換して実空間Ｒａｍｐフィルタｈにしてから、実空間でPθにｈを畳み込む。

Pθ = Pθ * ｈ（ * は畳み込み演算 ）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。

畳み込みの定理
データ g をフーリエ変換して、その周波数空間成分 Ｇ に周波数空間で再構成関数 Rampフィルタ H をかけて逆フーリエ変換すると、実空間で、実空間 Rampフィルタ ｈ をｇ に畳み込みしたデータと同じになる。
( G x H と ｇ * h は等価演算 )

実空間での 再構成フィルタ （再構成関数）。
いろいろな遮断周波数の、Rampフィルタ (高周波成分を抑制しない)、Shepp&Loganフィルタ(高周波ノイズを除く効果あり)
ＣＴは普通、Ｒａｍｐフィルタを使って再構成している。

２３年国家試験

解答 ２

歯科用ＣＴ
検出器は Ｉ．Ｉ．と ＣＣＤ
アーム型のコンパクトな構造で、歯、上顎骨、下顎骨など硬い構造の断層画像をコーンビームＸ線で撮像。

歯科用ＣＴは、歯、上顎骨、下顎骨など硬いもの（高コントラスト被写体）を撮像できればよいので、低感度のＸ線検出器でも実用可能。
（軟部組織の情報はほとんど得られない）

Ｘ線用イメージ インテンシファイア
Image Intensifier I. I.
一般ＣＴのＸ線検出器には使用されない。
Ｘ線検出効率が低く、形状も大型。
I.I.は人体を透過してきたX線を（１）入力蛍光面（ヨウ化セシウム）で受け、光に変換された後、（２）光電面（GaAs等の化合物半導体）にて電子に変換され、その電子を加速しながら収束させ、（３）出力蛍光面で光に変換して画像化する。
蛍光面に出現した像を、CCD（Charge Coupled Device ：半導体画像センサ）で、デジタル信号として取り出す。

ＣＴのＸ線検出器に要求される性能
１. Ｘ線検出効率が高いこと
ＣＴの被曝量を減らすために患者を通過したＸ線は、ほぼ１００％の効率で検出できることが必要。
２．小型、安定、計数率直線性
現在のＣＴ装置は、検出器を高密度に多列配置するため、検出器間の仕切り幅をできるだけ狭くする必要がある。
（検出器間の仕切り（隙間）を狭くすると検出器全体のＸ線検出効率が上がる。）

現在のＣＴのＸ線検出器は、シンチレータとフォトダイオード

シンチレータにX線が入射すると可視光線が出る。
フォトダイオードで光線を電流に変換。
Gdを主成分としたセラミックシンチレータの微粉体を、微小なフォトダイオードを多数並べたブロック上に焼付けている。

DAS Data Acquisition System
データ収集システム
複数のX線検出器の出力電流を集約化およびデジタル化して、コンピュータシステムに送るユニット。

DAS Data Acquisition System
X線検出器のフォトダイオードからの出力電流は微弱で、数ｐA～μA。
まず電流信号の雑音除去と増幅および積分回路で 1ミリ秒程度の時間幅のデータに整える。
同時に得る複数の信号を一つの時経列信号にまとめるマルチプレクサ回路を介して、複数の検出器信号を時経列アナログ信号に変換。
それをAD変換（Analog to Digital ）回路を介して、断層画像を算出するコンピュータに送る。

DSＡ Digital Subtraction Angiography
造影したい血管にカテーテルを挿入し、造影剤を入れない状態で Ｘ線画像を撮像。
次に造影剤を入れた状態で撮像。
造影画像から造影剤の入っていない画像を差分（subtraction）すると、血管だけが画像化。

内頸動脈 ＤＳＡ 血管撮影像

PMT Photo Multiplier Tube 光電子増倍管

光電効果を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換し、電流増幅機能を付加した高感度光検出器。
核医学検査のガンマカメラ、PET装置に使用される。

TOF Time of Flight
飛行時間法（１） MRI の血管描出法
MRA : MR Angiography

MRIの撮像スライス面内において、血流が流入する部位はRFパルスを受けないことを利用して血管を高信号で描出する撮影法。

（２） PET の画像分解能改善法 Time of Flight PET

時間分解能が 500 ピコ秒の検出装置を備えたPETは、被検者体内での陽電子消滅におけるガンマ線の発生場所を、約15cmの範囲内で特定できる。
（ 秒速30万km x 500 ピコ秒 = 15cm ) 速さ x 時間 = 距離

２３年国家試験

解答 ２

硬膜下血腫 Subdural hematoma

頭部外傷、虐待などで硬膜とクモ膜の間の板間静脈、架橋静脈、静脈洞、中硬膜動脈などが損傷し出血。
多量な出血であれば、急性硬膜下血腫。症状が強い。
少量の出血が続くと急激な症状は無く、数か月後に頭痛やマヒ、認知症が出現。慢性硬膜下血腫。

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。血液～血腫のCT値。