直接変換型及び間接変換型 FPD における画質特性の比較
要旨
直接変換型 Flat Panel Detector(FPD)(島津メディカルシステム)及び間接変換型 FPD(フィリップスメディカルシステム)における画質特性（特性曲線，Modulation Transfer Function：MTF，Wiener Spectrum：WS，Signal to Noise Ratio：SNR）を線質を変化させて測定し，比較した．
IEC 61267 に定められている RQA５の線質を用い，特性曲線はタイムスケール法により測定した．
MTF はタングステン製エッジを撮影し，その画像データから測定した．WS は 2.58×10-7C/kg 及び 5.16×10-7C/kg の線量で一様曝射した画像データより測定した．MTF と WS は RQA3 及びRQA5 のそれぞれの線量について測定した．SNR は MTF(u)2/WS(u)から求めた．特性曲線については，良好な直線性が確認できた．MTF については，直接変換型の方が良い結果が得られた．ＷＳについては，間接変換型の方が良いことが確認された．また，間接変換型で RQA3，RQA5 の結果に違いが見られた．SNR については，RQA3 は高周波で直接変換型が優れ，RQA5 は低周波で間接変換型が良く，高周波で直接変換型が良くなった．
Ⅰ．はじめに近年，放射線診断において，ディジタル化が急速に広がる中で，Flat Panel Detector（以下，FPD）が普及してきている．その流れを受け，FPD の画質評価が盛んに行われている．FPD にはアモルファスセレン半導体を用い，Ｘ線エネルギーを直接電荷量に変換する直接変換方式と，蛍光体を用い，Ｘ線エネルギーを光に変換し，フォトダイオードで電荷量に変換する間接変換方式が存在する．
そこで，今回は直接変換型 FPD と間接変換型 FPD における画質特性を特性曲線，Modulation TransferFunction（以下，MTF），Wiener Spectrum（以下，WS），Signal to Noise Ratio（以下，SNR）により線質を変化させて測定し，比較した．
Ⅱ．使用機器・ 直接変換型 FPD：SHIMADZU 社製
・ 間接変換型 FPD：PHILIPS 社製

BR-120FDMC GmbH

・ 電離箱線量計：RADCAL model9015
・ 解析ソフト：Image J，Microsoft Excel
Ⅲ．方法a) 線質の決定
IEC（International Electrotechnical Commission）61267 で規定された Table.1 に示す２つの線質を用いて行った．RQA3 は低管電圧用，RQA5 は高管電圧用として選択した．

Table.1

ＲＡＤＩＡＴＩＯＮＱＵＡＬＩＴＹ

RADIATION

Approximate

HALF-VALUE ADDITIONALQUALITY

X-RAY TUBE

LAYER(HVL)

FILTRATIONNo.

VOLTAGE[mmAl][mmAl][kV]
RQA3504.010.0

RQA5707.121.0b) ディジタル特性曲線の測定
測定配置を fig.1 に示す．RQA5 の線質を用いて，タイムスケール法によりディジタル特性曲線を測定した．焦点－検出器表面間距離（以下，SID）125cm のとき，照射時間は 100，200，400，800，1600msec，
SID200cm のとき，照射時間は 10，20，40，80，160，320，630，1000 msec，と設定した．Image J を用いて画像を開き，縦軸に得られたディジタル値を，横軸に相対露光量をプロットしてディジタル特性曲線を求めた．
コリメータ絞り

125,200cm(特性曲線用)

付加フィルタ200cm(MTF,WS 用)

線量計

タングステン30cm

検出器表面Fig.1 測定配置c) MTF の測定
測定配置を fig.1 に示す．エッジ法により測定した。撮影条件は SID200cm、照射野 20×20cm、線量 5.16×10-7C/kg 及び 1.03×10-6C/kg とした。タングステン製エッジを 2～3 度傾けて撮影し、Image J を用いて得られたエッジ像から合成 ESF（Edge Spread Function）を作成し、これを微分して合成 LSF（LineSpread Function）を求め、フーリエ変換して MTF を算出した。合成 LSF の裾野分野は外挿を行って求めた。
d) WS の測定
測定配置を fig.1 に示す．二次元フーリエ変換により測定した。撮影条件は SID200cm、照射野 20×20cm、線量 2.58×10-7C/kg 及び 5.16×10-7C/kg とした。一様曝射し、Image J を用いて画像を開きトレンド補正をし、二次元フーリエ変換によりパワースペクトルを算出し、規格化により WS を算出した。
e) SNR の測定
SNR は MTF(u)2/WS(u)から求めた。

Ⅳ．結果・ ディジタル特性曲線
Fig.2 にディジタル特性曲線を示す。両方式ともに、相対露光量とディジタル値との間に良好な直線性が(bit)、間接変換型は見られた。直接変換型は(bit)で一定となった。

9000

14000

8000

12000

7000
10000

デ ィジ タ ル 値デ ィジ タ ル 値

6000

5000

4000

8000

6000

3000
4000
2000
2000

1000000200400600

800

1000

120005001000

相対露光量

1500

20002500

相対露光量(a) 直接変換型(b) 間接変換型
Fig.2 ディジタル特性曲線

・ MTF
Fig.3 に線質による比較を示す。両方式ともに線質により違いが見られなかった。
Fig.4 に直接型と間接型の比較を示す。RQA3,RQA5 ともに直接型の方が良かった。高周波で間接型が悪1.21.2110.80.8MTFMTFいのが分かる。

0.60.40.40.20.2000(a)

123
空間周波数[cycles/mm]

450

直接変換型(線量 5.16×10-7C/kg)

123
空間周波数[cycles/mm]

45(b) 直接変換型(線量 1.03×10-6C/kg)

1.21.2110.80.8MTF

MTF

0.60.60.6

0.40.40.20.2000123
空間周波数[cycles/mm]

45(c) 間接変換型(線量 5.16×10-7C/kg)
Fig.3

0123
空間周波数[cycles/mm]

4(d) 間接変換型(線量 1.03×10-6C/kg)
MTF(線質による比較)

51.2

110.80.8MTF

MTF

1.2

0.6
0.4

0.4

0.2

0.2

0001(a)23
空間周波数[cycles/mm]

450RQA3 での比較 (線量 5.16×10-7C/kg)

(b)

1.2

1.2

110.80.8MTF

MTF

0.60.623
空間周波数[cycles/mm]45RQA3 での比較(線量 1.03×10-6C/kg)

0.60.40.40.20.20100(c)123
空間周波数[cycles/mm]

45

RQA5 での比較 (線量 5.16×10-7C/kg)
Fig.40(d)123
空間周波数[cycles/mm]

45

RQA5 での比較(線量 1.03×10-6C/kg)

MTF(直接型と間接型の比較)

・ WS
Fig.5 に線質による比較を示す。直接型は線質により違いが見られなかったが、間接型は RQA5 の方が良かった。
Fig.6 に直接型と間接型の比較を示す。RQA3,RQA5 ともに間接型の方が良かった。
Fig.7 に線量による比較を示す。両方式ともに線量の増加により同程度に向上した。

1.E-0510-5

1.E-05
10-5WS[mm2]1.E-0410-4WS[mm2]1.E-0410-4

1.E-0610-6

1.E-0610-6

1.E-0710-7

1.E-0710-70(a)12空間周波数[cycles/mm]

3

直接変換型(線量 2.58×10-7C/kg)

4012空間周波数[cycles/mm]

3(b) 直接変換型(線量 5.16×10-7C/kg)

4

1.E-0510-5

1.E-05
10-5WS[mm2]1.E-0410-4WS[mm2]

1.E-0410-4

1.E-0610-6

1.E-0610-6

1.E-0710-7

1.E-0710-7012空間周波数[cycles/mm]

340(c) 間接変換型(線量 2.58×10-7C/kg)

12空間周波数[cycles/mm]

34(d) 間接変換型(線量 5.16×10-7C/kg)

Fig.5 WS (線質による比較)
1.E-0410-4-4
1.E-04

1.E-0510-5

1.E-0510-5WS[mm2]

WS[mm2]10

1.E-0610-6

1.E-0610-6

1.E-0710-7

1.E-0710-70(a)12空間周波数[cycles/mm]

34

RQA3 での比較 (線量 2.58×10-7C/kg)

0(b)

12
空間周波数[cycles/mm]

34

RQA3 での比較 (線量 5.16×10-7C/kg)

1.E-0410-4-4
1.E-04

1.E-0510-5

1.E-0510-5WS[mm2]

WS[mm2]10

1.E-0610-6

1.E-0610-6

1.E-0710-7

1.E-0710-70(c)12空間周波数[cycles/mm]

304

RQA5 での比較 (線量 2.58×10-7C/kg)(d)12
空間周波数[cycles/mm]

34

RQA5 での比較 (線量 5.16×10-7C/kg)

Fig.6 WS (直接型と間接型の比較)
1.E-04

1.E-05

1.E-05WS[mm2]Ｗ Ｓ［mm2]

1.E-04

1.E-06

1.E-06

1.E-07

1.E-0701(a)2
空間周波数[cycles/mm]

直接変換型(RQA3)34012
空間周波数[cycles/mm](b) 直接変換型(RQA5)

34

1.E-04

1.E-05

1.E-05W S[m m 2]

WS[mm2]

1.E-04

1.E-06

1.E-06

1.E-07

1.E-07012
空間周波数[cycles/mm]

34(c) 間接変換型(RQA3)012
空間周波数[cycles/mm]

34(d) 間接変換型(RQA5)
Fig.7 WS (線量による比較)

・ SNR
Fig.8 に線質による比較を示す。直接型は線質により違いが見られなかったが、間接型は RQA5 の方が良かった。
Fig.9 に直接型と間接型の比較を示す。RQA3 は高周波で直接型の方が顕著に良く、RQA5 は低周波で間接型優位、高周波で直接型優位となった。