臨床核医学

リレー講座

核医学技術の基礎「心臓画像再構成の基礎」
石井亘友

ISHII Nobutomo《はじめに》

タを前処理フィルタと呼ぶ。臨床で最もよく使用

心臓核医学において，最も多く行われているされるのは，Butterworth フィルタでる。このフィ

SPECT 検査では，投影データから SPECT 画像をルタは，画像を周波数空間でとらえた場合，高周作成するまでに様々な画像処理が行われている。

波ほどノイズが多く含まれているという事を利用

図１に最も一般的な SPECT 解析フローチャート

して，特定の周波数（遮断周波数）を基準に徐々にを示す。本稿では，この中でも主要な処理といえ高周波成分を抑制する処理を行う。フィルタの効る前処理（ノイズ低減）フィルタ，画像再構成，断果を調整するパラメータとしてオーダー（次数）：

面変換について心臓という臓器に焦点を置き、検n とカットオフ（遮断）周波数：cf がある。cf の変査・診断を行う上での基礎的要点を述べる。

化は，n よりも画像に与える影響が大きいため，n を固定し，cf のみを調節して使用することが一般的である。また，Butterworth フィルタの式は，SPECT収集メーカーによって若干異なり，同じパラメータを投影データ用いても効果に差が出る。
心筋 SPECT においては，cf を低くするとノイ体動補正
散乱補正（DEW,TEW）
前処理フィルタ（Butterworth）

ズの割合を抑えられるがボケを生じるため，心筋厚が増大し，内腔や欠損部位が狭く見える。cf を処理済投影データ高くすると心筋厚は，薄くなりより小さな欠損部再構成（FBP,OSEM）

位を描出できるようになるが，ノイズの割合が増再構成データえるため，画像全体に細かな凹凸が生じ，偽欠損吸収補正（Chang,CTAC）
断面変換のように見える場合がある。装置ごとの分解能の差をはじめとし，撮像データごとに心筋に集まる

SPECT画像

トレーサ濃度や散乱条件（体格など）の違いによる

図１：心筋 SPECT の基本的画像処理過程。画像再構成方法を OSEM とした場合，減弱・散乱・分解能などの各種補正が再構成時に同時に行われることも可能となるため，フローチャートが変化する場合がある。

信号およびノイズ量の変化を考慮すると，cf は，決まった値を使用するのではなく，状況に応じて調整する必要があるが，解析者間差が生じる事に注意しなければならない。心電図同期をかけない《前処理フィルタ》

データにおける実際の設定の仕方は，まず，読影SPECT 収集で得られる投影データに含まれる者と解析者が，画質に対して一定の基準を設けてノイズを低減するために，低周波通過型フィルタ

視覚的に複数例の評価を行い，検査条件（薬品，や，平滑化フィルタが用いられる。また，このよ投与量，負荷の有無，撮像タイミングなど）毎にうな処理を再構成前に行う場合，使用するフィル使用する cf の設定範囲を決める。解析担当者が東邦大学医療センター大森病院〒143-8541

中央放射線部

東京都大田区大森西６-11-１

TEL：03-3762-4151

内線3421

FAX：03-5763-9377

E-mail：nobutomo＠med.toho-u.ac.jp

Toho University Omori Medical Center─ 50 ─2014 Vol. 47 No.４
複数いる場合は，全員が画質基準を念頭に置き，決められた範囲内で設定を行うという方法を推奨する。このような方法をとる事で個人差をおさえ，データ毎に施設内基準に沿った設定値を適宜調節する事が可能となる。また，心電図同期 SPECTデータは，QGS に代表される心筋輪郭抽出，内腔容積解析ソフトに使用されるが，この時算出される内腔容積は，Butterworth フィルタの cf により変化する事が知られ，設定値がある程度高くなると真値に近づき収束する傾向がみられる（図表：FBP と OS-EM の比較

２）。一般的には，0.40cycle/cm 程度という報告が多いが１）２），あまり高く設定しすぎるとノイズタや補正の有無によって計算時間延長する場合がの影響で，定量値が変化するので注意が必要であある。FBP は，本来存在しないはずのマイナスる。施設ごとにファントムを用いて，どの程度のの値や，心筋外高カウント領域の影響でストリー

cf で内腔容積が収束するか把握しておくことが必クアーチファクトが発生しやすい。OS-EM は，要である。

メリットとして，基本式に物理現象を考慮し，散乱・減弱・分解能補正が同時に行える事，低カウント領域での信号雑音比が良い事，不完全投影データに対応できるといった事が挙げられる。デメリットとしては，値の収束が低周波で早く，高周波で遅くなるという収束速度が空間周波数に依存する傾向があり，これに対して iteration を増やすとノイズの影響を受けやすくなるなど，パラメータにより画質や定量値が変動するが選択方法に明確な基準がない事，subset の組み方や計算順番等に任意性があり，装置間誤差が発生するという事などが挙げられる３）６）。
臨床現場において，アンガー型カメラを用いて心筋 SPECT 検査を行っている施設では，以前か

図２：QGS におけるカットオフ周波数の設定１）。
0.25/0.53＝0.47で EDV が真値となる。

らの慣例と原理および使い勝手がシンプルなため，FBP を使用している場合が多い。
OS-EM の導入は，《画像再構成》

慎重に行う事が推奨されており，同一装置でも画像再構成は，複数の方向から収集した２次元FBP と OS-EM のスケールファクタが異なる場合の投影データを用いて，３次元の SPECT データや，どちらかにのみ特殊な後処理が追加される場を作成する処理である。代表的な手法としては，合もあることから４），FBP で問題が生じた場合にフ ィ ル タ 逆 投 影 法（ filtered back projection：のみ一時的に OS-EM を使用するといった事ではFBP ）と OS-EM（ ordered subset expectationなく，適正なパラメータを検討し，健常例を含めmaximization）
法が挙げられる。両者の主な特徴

様々な症例における傾向を理解したうえで使用すを表に示す。FBP は一般的に再構成フィルタにる 必 要 が あ る。一 般 的 に 更 新 回 数（ iteration ×Ramp フィルタが用いられ，パラメータ設定は必subset）
が30以上，１サブセット内のデータ数が要 が な い が，OS-EM は，逐 次 近 似 の 回 数

４以上あれば臨床的には大きな差はないといわれ（iteration）と投影データをグループ分けする数ている３）。

（subset）の適正値を検討してから使用する必要が心筋SPECT検査において，次のような場合には，ある。計算速度は，コンピューターの発達によりOS-EM による再構成が有用となる。

両者の差は，縮小しているが，OS-EM は，パラメー

a ．‌再構成法に起因したアーチファクトを軽減し─ 51 ─

臨床核医学

図３：心筋 - 肝臓距離が近づくことによるアーチファクト。
高集積部の両側には，フィルタ後の投影データには大きな負の値が与えられるので，これを逆投影した際に，心筋下壁部のカウントが低下する５）。

たいとき
FBP では 99mTc 製剤などで肝臓・胆のう・図４：２軸と３軸での設定に差が生じた例。上段は，２軸設定。中隔が傾いた画像となっている。下段は，SA を16°回転させて中隔を垂直とし，VLA とHLA を切りなおした３軸設定画像。

小腸に集積が高い場合，①心筋と肝臓の距離が近いと下壁の集積が低下する②心筋外高集積によりストリーク（画線）が生じるといった２つの代表的なアーチファクトが発生する。

解析者が複数となる場合は，軸設定の一定の基準①は，フィルタ後の逆投影の際に，肝臓と心を設けておくことが必要である。最も基本的な考筋境界にマイナス値が発生する影響（図３），え方は，vertical および horizontal long axis 像の②は，高集積部位の逆投影データが残ってし中心スライスを選択し，心尖を通り，側壁と中隔まう影響である。OS-EM では，①の現象は原の中間点，全壁と後壁の中間点を結ぶ線をそれぞ理的に起こらず，②の影響も少ないため，アーれ軸とする事である。このとき，horizontal longチファクトを大幅に軽減できる。

axis における中隔の心筋の長さが，通常，側壁にくらべて短い事を考慮して軸を設定すべきである。

b ．‌減弱・散乱・補正・分解能補正を組み込みた

さらに，メーカーによっては，この２軸設定に加いとき各補正は，画質・定量性を向上させる効果

えて short axis 像における回転方向の軸設定を行が期待できる。しかし，補正方法は，各社独える装置も存在する。この３番目の軸設定方法は，

自のアルゴリズムを組み込んでいるため，装short axis 像上で描出される右室に注目し，中隔置間で差があることを念頭に置き，処理内容が垂直になるように心筋を回転させる事である。

を理解した上で使用する必要がある。

これにより，短軸像のみならず，long axis 像のc ．不完全投影データを再構成したいときスライス断面も正しく切り出される。２軸のみの装置の不具合や，検査終了間際で検査中断設定しかできない場合，中隔が傾いてしまう症例となってしまったことにより一部の角度の投も少なくからず存在するため（図４），読影の際に影データが失われた不完全投影データを再構

は，短軸像で左右の心室の位置関係を確認する必成する場合，FBP ではアーチファクトを生じ要がある。

るが，OS-EM では軽減される 。
６）《おわりに》《断面変換》

SPECT 検査で主要な画像処理である，前処理

断面変換は，再構成された３次元データのスラフィルタ，画像再構成，断面変換について各処理イス面を，任意の角度で作り直す方法である。心の特徴と心臓特有の基礎的ポイントについて解説

筋 SPECT では，断面変換により心軸設定を行う。

した。画像再構成においては，近年，逐次近似再この処理を手動で行う際には，解析者間および解構成に各補正を組み込んだ手法が発達し注目され析者内誤差が生じやすい。負荷時と安静時，早期ている。このような新技術に対しても，施設ごと像と後期像，フォローアップのための繰り返し検の条件で検証を行い，処理の理解度を深める事に査時など，検査結果を正しく比較するためには，よりメーカーや上司からの指示通りといった受動断面変換の再現性を担保する必要がある。特に，的な解析・読影作業から，臨床の様々な状況下で─ 52 ─

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も有益な画像作成のための臨機応変な対応を行う

３）柳沢正道：心筋 SPECT における定量化と標準化．日放技学誌 2004; 60（５）: 666-675.

能動的な解析作業が可能になると考える。
《参考文献》

４）柳沢正道，丸繁勘，酒井良介，他：逐次近似

１）Germano G, Kiat H, Kavanagh PB, et al.:Automatic quantification of ejection
fraction from gated myocardial perfusion

再構成ソフトウエアの装置間誤差の検討，核医学分科会誌 2003; 47, 11.
５）尾川浩一：SPECT における画質劣化とその補正
（７）
（最終回）
データ収集角と臓器の動き，

SPECT. J Nucl Med 1995; 36: 2138-2147.
２）片渕哲朗，西村圭弘，西原隆生，他：Gated
心 筋 SPECT に よ る 心 機 能 の 定 量 的 評 価 ～映像情報 medical 2002; 34（13）: 1260-1264.
６）高橋康之：第Ⅰ部

第２章

画像再構成．核QGS の有用性～．映像情報（M）1999; 31（６）:

医学画像処理，日本核医学技術学会編，山城707-711.

印刷，京都 2010; 37-45.

From

Late
DiseasetoEarly
Health

GEはEarly Health実現に向けてMolecular Imagingを使って世界の医療における変革を推進し、疾患が進行してからの医療（Late Disease）から早期診断・早期治療（Early Health）の確立を目指します。

販売名称：X線CT組合せ型ポジトロンCT装置 Optima PET/CT500,Discovery PET/CT 600
薬事認証番号：221ACBZX00029000
販売名称：核医学診断用装置 Discovery NM/CT 670
薬事認証番号：222ACBZX00088000
販売名称：放射性医薬品合成設備 FASTlab
薬事承認番号：22300BZX00445000
DOC1215724

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