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第68回総会学術大会シンポジウム

開催日：2012 年 4 月 14 日
会

場：パシフィコ横浜 会議センター 502

トモシンセシスの現状と今後の展開
─整形領域でどこまで使えるか，トモシンセシス─
座長集約

平野浩志

信州大学医学部附属病院

1．トモシンセシスの基礎と画質特性について

五味勉

北里大学医療衛生学部

2．トモシンセシスの金属アーチファクト低減と臨床応用

森下あゆ美

金沢大学附属病院

3．トモシンセシスと CT との比較

中島正弘

獨協医科大学越谷病院

4．仮骨評価へのデュアルエナジーサブトラクショントモシンセシスの適応岡本孝英

帝京大学医学部附属病院中央放射線部

座長集約

平野浩志

信州大学医学部附属病院

Computed tomography（CT）が登場する以前，目的と本邦におけるトモシンセシスの設置状況と稼働状況する断面を画像化する方法として，古くから X 線フィ

は，平野の調査から島津製作所製が 180 台設置され稼ルムを用いた断層撮影法（tomography）
が主流であり，直働が 60 台くらい，GE ヘルスケア社製が 100 台設置さ

線軌道，多軌道の断層装置を使って胸部，頭部・顔面，れ稼働が 30 台である．島津ユーザにアンケートを依頼

整形領域，胆のうの，直線断層，多軌道断層，狭角断して回答のあった 40 施設の使用状況は，膝関節，股層が 盛んに 行われ ていた．CT の 進 歩と 3 dimension

関節，足関節が約 50％，手関節，肘関節，肩関節が約（3D）
画像処理技術の進化に反比例するようにコンベの35％であった．

断層撮影はその姿を消していった．
2000 年 に 入り flat panel detector（FPD）が 誕 生し，

五味勉先生は，『トモシンセシスの基礎と画質特性について』と題し，整形領域におけるトモシンセシスの画

FPD を搭載した断層装置の開発に伴って，X 線フィル

像を有効活用するには，基本的な特徴および各種の画

ムの断層撮影法が，ディジタルの断層撮影法として

像再構成法（シフト加算，フィルタ補正逆投影法，金属甦ったのがトモシンセシス（tomosynthesis）
である．

アーチファクト低減再構成法，逐次近似再構成法）の特

CT が主流の時代に，甦ったトモシンセシスの特徴は，徴を把握する必要性があるとし，基本である投影デー① 1 回の断層撮影で複数の断面像を得ることが可能でタの投影切断面定理を用い，実空間像と周波数空間にあり，被ばく低減に寄与する．

おける画像生成を示し，トモシンセシス像は，中心断面② 空間分解能が高い．

から離れた再構成面で障害陰影の影響が大きいと示し③ 金属アーチファクトが CT，magnetic resonance image

た．人工関節置換後の画像と足関節の遊離骨片の画像（MRI）に比べ出現しにくい．

のプロファイルカーブ，差分画像の標準偏差，artifact④ 単純 X 線写真と同一方向から観察可能な断面を撮影

spread function（ASF），contrast-to-noise ratio
（CNR）
を用

できる．
⑤ 立位での荷重負荷撮影が可能である．

いた画質評価から，骨のトモシンセシス像は，画像コン
トラストを考慮すると filtered back-projection
（FBP）
法を

本シンポジウムは 4 名のシンポジストが，トモシンセ

用いた方がよいことを示した．今後メタルアーチファクシスの特徴，整形領域での現状の取り組みおよび今後

ト低減処理，逐次近似再構成法は有用となっていくでの発展について示した．

あろうとまとめた．

Vol. 69 No. 5 May 2013

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森下あゆ美先生は，『トモシンセシスの金属アーチ

ナジーサブトラクショントモシンセシスを用いた仮骨のファクト低減と臨床応用』と題して，トモシンセシスは，

画素値の定量化による，仮骨評価の可能性について示

高分解能で金属アーチファクトを抑えた画像が得られる

した．デュアルエナジーサブトラクション像の画素値

ため，微細構造の描出に優れており，金属置換や骨折

は，骨密度と相関が認められるため，トモシンセシスと症例の経過観察に必要な骨梁構造，骨癒合状態など，

組み合わせることで，骨延長術で用いられる創外固定

骨の微細構造が求められる整形外科領域において有用器による金属アーチファクトが低減される．デュアルエな検査法であると示した．特にトモシンセシスの金属

ナジーサブトラクショントモシンセシスによる仮骨の評

アーチファクト低減には，direct-current
（DC）
成分を用

価は，シフト加算法が画像処理によるノイズの影響がいることの有用性を示し，臨床例を用いた整形外科医

少なく仮骨の定量に有用であると示した．画像再構成

師による視覚評価を提示し，術後創外固定具装着の場を現在開発中の逐次近似法を用いることで，鮮鋭度の合は Thickness++ と DC2％の評価がよく，人工関節置

高いノイズの少ない画像が描出されるため，仮骨の評換後の観察には骨梁，境界のアーチファクト低減ともに価に期待でき，骨延長術における仮骨の形成過程の定Thickness−− と DC2％が高いスコアが得られたと報告

量的な評価は，創外固定器を外す時期決定に重要な手し，診断に適合した画像フィルタの選択が必要であると段であるとまとめた．

まとめた．最後に FBP 法と逐次近似を用いた股関節金ディスカッションは，会場から東京女子医大病院，国の画像を提示し，
属置換後（total hip arthroplasty: THA）

立がんセンター中央病院の整形領域でのトモシンセシ

骨梁描出と金属アーチファクト低減が両立でき，今後のス使用状況が報告され，各施設で整形外科医に技師側

トモシンセシスの画像再構成法であるとまとめた．

からトモシンセシスの特徴をアピールする必要であると

中島正弘先生は，『トモシンセシスと CT の比較』と題意見が出された．透視装置にトモシンセシスが搭載さして THA，total knee arthroplasty（TKA）の臨床画像をれているため，消化管検査の合間に使うなどすぐに使示し，トモシンセシス像と CT 像の解像力の違い，アーえない状況があるので，単純撮影装置に搭載したほう

チファクトの出方の違いおよび金属アーチファクト低減

が整形領域では使いやすいのではないかと意見が出法を用いることで金属置換術後の評価にトモシンセシス

た．整形領域でのトモシンセシスの有用性をまとめる

が有用であると示した．昨年約 200 件のトモシンセシスと，前後の骨の影響を除去した高い解像度の断層像をの使用経験から，整形領域の CT との比較から，立位作成することが可能であるため，単純 X 線撮影では判や座位の撮影が可能であること，CT はコントラスト分断が難しい骨腫瘍の内部構造，骨切り術や骨折後の骨解能はよいが，解像度はトモシンセシスの方がよいこ

癒合の微細構造を描出することができる．また金属のと，CT の multi planar reconstruction
（MPR）
像とアーチ

影響が少ないため，CT 像，MR 像では観察しにくいイ

ファクトの出る方向が違うので，観察部位の違いによっ

ンプラント周辺の骨の状態を観察することができる．そて使い分ける必要性を示した．従来使用されていたコ

して被ばく線量を低く抑えることができ，立位での撮影

ンベンショナル断層装置がなくなり，整形領域は CT にが可能である．結論としてトモシンセシスは，整形領域

よる MPR 像，3D 画像が診断に用いているが，単純 X

で CT と単純撮影の間のモダリティとしての利用価値が線撮影では情報不足でも，CT までは必要がない疾患，

高い．今後，逐次近似法による画質の向上と被ばく低経過観察には患者被ばくが少ないトモシンセシスが利減に大きな期待を込めてこのシンポジウムは終了した．

用されるべきだとまとめた．

最後に，この場をお借りしご講演いただきました 4 名

岡本孝英先生は，『仮骨評価へのデュアルエナジーサの先生方に心から感謝申し上げるとともに，今後益々のブトラクショントモシンセシスの適応−四肢再建分野へ

ご活躍を祈念致します．また，会場で討論に加わって

トモシンセシスの適応と問題点−』と題し，デュアルエ

いただきました多くの皆様に深く感謝申し上げます．

日本放射線技術学会雑誌

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1．トモシンセシスの基礎と画質特性について

五味勉

北里大学医療衛生学部

はじめにりもメタルアーチファクトの影響を低減できる画像を生

近年，断層撮影を応用した手法として，制限角度か成することが可能である．ただ，有限角からの断層再構

ら撮影された投影データをフィルタ補正逆投影法によっ成の採用によって，中心裁断面（in-focus plane）
付近のてボリューム再構成を行うトモシンセシスが注目されて画像の再現性は良好であるが，回転中心から離れた裁いる ．トモシンセシスの検出器には，高分解能な FPD

断面（off-focus plane）
では障害陰影の影響を大きく受けが用いられ，少ない投影データから再現性の高い任意ることが知られている10）．

1）の三次元断層画像を生成し，高い精度で病変を検出す

本原稿では，トモシンセシスのイメージングにおいることが可能なシステムとして注目されている．トモシて，中心裁断面および断層深さ方向（スライス方向）の特ンセシスは，主として，乳がん診断2, 3）や整形外科領域性を理解するとともに，多様化する各種画像再構成法に適用され，整形外科領域においては単純 X［フィルタ補 正 逆 投 影 法（FBP），逐 次 近 似 再 構 成 法線撮影像と比較し診断能が向上すると報告がされている．

11）の基本（simultaneous iterative reconstruction: SIRT）］

整形外科領域での診断的有用性に関する報告に関し的な特徴を把握し，整形外科領域で有効に活用してい

の診断

4〜8）

て，Mermuys らは，単純 X 線撮影像で舟状骨骨折が疑くための端緒を提言する．

われた 1 症例について，トモシンセシスを施行した結果，診断的有用性を高めることが可能であることを示唆した ．Gomi らは，人 工 骨を挿 入された症 例に対し
5）て，CT と画像コントラスト，メタルアーチファクトの影

1．使用機器・器具
使用機器：SONIALVISION Safire I，II
（島津製作
所製）

響を比較検証した．その結果，トモシンセシス像は画

投影数：74像コントラストで劣るものの，メタルアーチファクトは

収集角度：40 度

大幅に低減できることを報告した6）．Ottenin らは，手関

センサピッチ：150 μm

節像の病変検出能について，トモシンセシス像，単純サンプリングピッチ：270 μm/pixel

X 線撮影像，CT 像を比較し，診断的有用性は CT，ト

焦点−検出器間距離（SID）：1100 mm

モシンセシス，単純 X 線撮影の順で高かったことを報

画像再構成処理：MATLAB 2012a（MathWorks 社製）

告した ．Hayashi らは，トモシンセシスを使用して，膝7）の肋軟骨下囊胞の骨棘検出を単純 X 線撮影像と比較した．トモシンセシス像は，単純 X 線撮影像より多くの骨棘検出が可能であると報告した ．
8）

2．トモシンセシスの断層深さ方向の特性
有限角からの再構成画像の問題について，Fig. 1 に示
すように，各収集角度における被写体の一次元投影

人工関節置換術後の画像診断では，正常の骨組織と

データ
（実空間）
は，投影切断面定理に従って，被写体

人工関節の癒着を評価することが重要である．通常のの二次元フーリエ変換における原点を通る同じ角度のX 線写真においては金属から発生するアーチファクトは

一次元データと一致する．Fig. 1 のサンプル画像は，回発生しないが，生体内の厚み情報を把握することが困

転中心付近に分布する被写体情報（正中矢状断面）を示難である．三次元的な構造の把握を補うモダリティとししている（y 方向は断層深さ方向，x 方向は二次元検出て，X 線 CT が一般的に使用されている．最近の X 線器の一つの方向における位置情報を示している）．有限CT の技術革新は目覚しく，生体内の情報をリアルに画角度における収集の場合，すべての角度で収集された像として再現することが可能になっている．現状の X

一次元投影データを周波数空間上に展開すると，蝶ネ

線 CT を使って生成される画像では，金属（チタニウムクタイ型の分布を呈するようになる．全集方向から収集など）で組成された人工関節のような，原子番号の高いされた投影データからの復元においては，元の被写体

吸収物質からメタルアーチファクトが発生することが知情報を再現することが可能になるが，不完全投影デーられており，画像診断の質を大きく低下させる因子とタからの復元においては，線源の移動方向に沿ったストなっている9）．一方，トモシンセシスにおいては，有限リーク状のアーチファクトが認められるようになる．こ角（一般的に 40 度程度の収集角が使用されることが多の視野中心付近から離れた位置（回転中心の裁断面からい）
からの断層再構成法を適用することによって，CT よ断層深さ方向に向かって離れた位置）で認められるスト

Vol. 69 No. 5 May 2013

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投影切断面定理を利用した有限角収集の周波数空間領域

Fig. 1

全集方向と有限角収集の実空間および周波数空間の違い

Fig. 2

リーク状のアーチファクトがトモシンセシス特有の障害
陰影（blure）となる（Fig. 2）．障害陰影の影響は，回転中心の裁断面付近では少なく，回転中心から離れた裁断面においては，多くの影響を受けるようになる（Fig. 2）．
Fig. 3 は実際の症例（人工関節置換術適用後）を使用したトモシンセシス再構成画像において，回転中心付近と回転中心外の裁断面の違いを示している．
3．方
3-1

法

人工関節置換術適用画像の評価

THA を施 行した 症 例に 対し，投 影 画 像（投 影 角 0

Fig. 3度），FBP 画像，SIRT 画像（iteration 20）の中心裁断面および断層深さ方向に対する評価を行った．中心裁断

中心裁断面と中心外裁断面における障害陰影の影響
中心裁断面から離れるに従って障害陰影の影響が大きくなる（股間節の人工関節置換術施行後の症例）．

面の評価は，intensity profile，root mean square error
12），断 層 深 さ方 向 に 対 す る 評 価 は，artifact（RMSE）

spread function（ASF）を算出した．使用装置は Sonial
3）

トの関心領域（平均画素値），N BG(z) は任意裁断面画像のバックグランドの関心領域（平均画素値）
である．

Vision Safire I，撮影条件は管電圧 80 kVp，管電流160 mA，撮影時間（1 投影あたり）は 200 ms で収集した．
RMSE は（1）
式によって定義される（X は対象画像，x iは標準画像）．

の中心裁断面および断層深さ方向に対する評価を行っ∑(X − x ) / n
2

i

i =1

………………………………
（1）

ASF は
（2）
式によって定義される．
ASF( z ) =一般骨画像の評価

足関節の剝離骨折後の関節内遊離体の症例に対し，
投影画像（投影角 0 度），FBP 画像，SIRT（iteration 20）

n

RMSE =

3-2

Nartifact ( z ) − N BG ( z )Nartifact ( z0 ) − N BG ( z0 )た．中心裁断面の評価は，intensity profile，断層深さ方13）を算向に対する評価は，contrast-to-noise ratio（CNR）

出した．使用装置は Sonial Vison Safire II，撮影条件は
管電圧 70 kVp，管電流 400 mA，撮影時間（1 投影あた…………………………
（2）り）
は 8 ms で収集した．
CNR は
（3）
式によって定義される．

z0 は中心裁断面位置，z は断層深さ方向に対する任意の裁断面位置，N artifact(z0) は中心裁断面画像のメタル
アーチファクトの関心領域（平均画素値），N BG(z0) は中

CNR =N1 − N0σ0…………………………………………
（3）

心裁断面画像のバックグランドの関心領域（平均画素（平均画素値），N 0 はバックグラウ
N1 は骨の関心領域値），N artifact(z) は任意裁断面画像のメタルアーチファク

ンドの関心領域（平均画素値），σ 0 はバックグラウンドの日本放射線技術学会雑誌

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Fig. 5

人工関節置換術を適用した評価 2
中心裁断面における投影角 0 度の画像とフィルタ補
正逆投影法の画像，投影角 0 度の画像と逐次近似再構成の画像間で root mean square error（RMSE）を比
較．逐次近似再構成法を適用した画像では，アーチファクトが低減されている．

Fig. 6

人工関節置換術を適用した評価 3
断層深さ方向に対して，メタルアーチファクトの低減
効果をフィルタ補正逆投影画像，逐次近似再構成画像で比較．逐次近似再構成法を使用した画像では，
メタルアーチファクトが低減されている．

人工関節置換術を適用した評価 1
中心裁断面における投影角 0 度の画像，フィルタ補
正逆投影法の画像，逐次近似再構成の画像におけるintensity profile を比較．逐次近似再構成法を使用した画像では，ビームハードニングおよびメタルアーチ
ファクトが低減されている．

Fig. 4

関心領域（標準偏差）
である．
4．結
4-1

果

人工関節置換術適用画像の評価

Fig. 4 に投影画像（投影角 0 度），FBP 画像，SIRT 画
像の intensity profile を示す．FBP 画像ではビームハー
ドニングの影響を受けて，画像の視野中心部で画素値が低下するカッピング効果が顕著であるが，SIRT 画像
では改善されているのが確認できた．メタルアーチファ
クトは，金属周囲から発生する画素値低下（アンダー
シュート現象）について，FBP 画像が最も大きく影響を受けているが，SIRT 画像では改善されているのが確認できた．
Fig. 5，6 に RMSE および ASF の結果を示す．RMSE
は SIRT 画像が最小値となり，誤差成分が最も少ない画像であることが確認できた．断層深さ方向のメタルアー
チファクト発生量は，SIRT 画像が最小となった．
以上の結果から，メタルアーチファクトの抑制効果について，SIRT 画像が FBP 画像と比較して高いパフォー
マンスを示した．

て，高いパフォーマンスを示した．
Fig. 8 に FBP 法と SIRT 法の断層深さ方向に対する
CNR を比較した結果を示す．断層深さ方向に対する画像コントラストは，SIRT 法と比較して，FBP 法の方が4-2

一般骨画像の評価高い傾向となった．

Fig. 7 に投影画像（投影角 0 度），FBP 画像，SIRT 画
像の intensity profile を示す．本原稿で提示している比まとめ

較的高い被写体コントラストを有する剝離骨の抽出（再トモシンセシスは有限角から画像再構成を行うため，

現性）については，FBP 画像の方が SIRT 画像と比較し生成された画像は中心断面から離れた再構成面で障害Vol. 69 No. 5 May 2013

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Fig. 7一般骨画像の評価 （1 被写体コントラス
トの高いケース）
中心裁断面における投影角 0 度の画像とフィルタ補正逆投影法の画像，投影
角 0 度の画像と逐次近似再構成の画像
間で intensity profile を比較．剥離骨折の再現性はフィルタ補正逆投影画像の方が優っている．

Fig. 8一般骨画像の評価 （2 被写体コントラス
トの高いケース）
断 層 深 さ 方 向 に 対 し て，contrast-tonoise ratio（CNR）
をフィルタ補正逆投影
画像，逐次近似再構成画像で比較 . 断
層深さ方向の特性として，フィルタ補正逆投影画像の方が高い画像コントラストを有していることが確認された．

陰影の影響を受ける．人工骨のイメージングに関して，

似再構成法を用いた評価報告がされている．今後の逐FBP 法を使用したトモシンセシス像は，アーチファクト

次近似再構成法の詳細な検討によって，更なる画質改（メタル，ビームハードニング）の発生が避けられない．

善効果に期待したい．

改善するための一方策として，逐次近似法が有用である．一般骨（被写体コントラストの比較的高いケース）のイメージングに関しては，FBP 法が逐次近似法と比べて，高い画像コントラストを有する結果となった．最近

謝辞
研究内容の一部は科学研究費補助金
（基盤研究
（C）
課

題番号 23591794）の助成を受けた．

のトモシンセシス再構成は，FBP 法だけでなく，逐次近日本放射線技術学会雑誌

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2．トモシンセシスの金属アーチファクト低減と臨床応用

森下あゆ美

金沢大学附属病院

概要ディジタルトモシンセシスは，FPD での撮影によって得られたデータに対して再構成処理を行える点と，複数枚の断層画像を得られる点が，アナログシステムにはない大きな特徴である．また，一般撮影装置や X 線透視装置による撮影であるため，トモシンセシス像は CT
像よりも空間分解能が高い．
近年，整形外科領域におけるトモシンセシスに大きな注目が集まっているが，この背景として，高分解能という観点から骨梁などの微細構造の観察が行えることと，画像再構成によって金属アーチファクトを低減した
画像が取得できることが挙げられる．このことから，特に単純 X 線撮影像や CT 像では描出困難な「金属置換

Fig. 9 （a）薄い断層厚のトモシンセシス画像（b）厚い断層厚のトモシンセシス画像

abFig. 10 （a）DC=0％のトモシンセシス画像（b）DC=6％のトモシンセシス画像

ab

症例の骨癒合評価」
を目的としたトモシンセシスが多く行われている．
トモシンセシス像に大きく起因する再構成アルゴリズ
ムは，FBP 法が基礎となっている．また，空間周波数領域においてカットオフ周波数を変えることによって調節される断層厚と，DC 値という二つの要素の組み合わせによってトモシンセシス像は再構成される．
断層厚の違いと DC 値の違いによる画像への影響について，ファントム画像を用いて提示する．断層厚の薄い画像（Fig. 9a）は，鮮鋭性が高く骨梁構造が明瞭に見えるが，断層厚の厚い画像（Fig. 9b）は少しぼけた印象である．DC 値については，大きい値の方が鮮鋭性は劣っている（Fig. 10b）．
一方で，金属アーチファクトを低減させる方法として，厚い断層厚と大きな DC 値が有効であると考えられている．しかし，微細構造の描出が最も大きな目的であ価と画像解析によって症例ごとに再構成フィルタを決定

るトモシンセシスにおいては，薄い断層厚と小さな DCしている．

値が理想であり，金属アーチファクト低減とはトレード

その 1 例として股関節症例を示す．人工股関節置換

オフの関係であるため，二つの要素の最適な組み合わ術は，近年ではセメントを用いない術式が多く行われせの決定が求められる．

る．これは，インプラント周囲の骨成長を生かして，金属と骨の癒合と圧着を利用して固定する原理である．

症例提示
昨年度の当院における症例別統計数は，股関節が最も多く，次いで足関節および下腿骨の順であった．股関

そのため，骨成長の描出と，インプラントと骨の境界部
分のアーチファクト低減度に着目し，その二つを評価項目とした．

節撮影では人工股関節症例におけるインプラントの弛

選択できる断層厚は 4.4 mm，5.4 mm，7.7 mm，9.9 mm，

みや金属と骨との癒合状態の評価が主である．また，

14 mm（著者の実測値）の 5 種類であり，DC 値は 0％，

足関節や下腿骨は，創外固定やプレートなどの金属装2％，4％，6％の 4 種類である．視覚評価と画像解析

着症例が多く，これにおいても金属と骨との癒合評価によって決定した再構成フィルタは，最も薄い断層厚が目的となる．当院ではこれらの症例に対して，視覚評

4.4 mm と，DC=2％の組み合わせであった（Fig. 11a）．

Vol. 69 No. 5 May 2013

552

a

Fig.11

Fig. 12 （a）トモシンセシス（b）単純 X 線（c）CTb（a）断層厚 4.4 mm と DC=2％を組み合わせたトモシン
セシス画像（b）断層厚 4.4 mm と DC=6％を組み合わせたトモシン
セシス画像

a

b

Fig. 13 （a）逐次近似法による人工股関
節画像（b）FBP 法 に よ る 人 工 股 関 節
画像

c

a

b

これまで，金属アーチファクト低減には大きな DC 値がは，骨梁描出能の高さを維持したまま，アーチファク

推 奨され てきたが，DC=6 ％は 金 属 周 辺 のアンダ ー

トが大きく出やすいインプラント頸部や下部においてシュートの改善はみられるが骨梁描出能の低下が明瞭

消滅しており，今後実用化が期待される技 術であるである
（Fig. 11b）．

（Fig. 13）．

決定した再構成フィルタによるトモシンセシス像を他のモダリティと比較しても，固着状態の評価を目的とした明確な画像所見を描出するためには，トモシンセシス
像が有効である（Fig. 12）．

まとめ
トモシンセシスで重要なポイントは，医師との十分なコミュニケーションを通して症例ごとに注目点を理解

現在では，骨梁描出と金属アーチファクト低減というし，骨梁描出と金属アーチファクト低減という相反する二つを可能にすべく，逐次近似法という新たな再構成

両者のバランスを保つ最適な再構成フィルタを選択す技術が開発中である．人工股関節症例において FBP 法ることである．利点を生かしたトモシンセシスは，整形との画像比較を示すと，逐次近似法による再構成画像

外科領域において有用な検査方法であるといえる．

日本放射線技術学会雑誌

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3．トモシンセシスと CT との比較

中島正弘

獨協医科大学越谷病院

はじめに
CT 装置の発展によって，従来使用されていたコンベンショナルの断層装置は使用されなくなり，整形外科領域の骨画像でも CT 像から MPR 像や 3D 画像を作成
し，診断が行われているのが現状である．近年，FPDの進歩によって，従来の断層撮影に代わりディジタルト
モシンセシスが開発され臨床における使用が始まっている．ディジタルトモシンセシスは cone beam CT の再構成原理である Feldkamp 再構成を使用した断層撮影である．今回は整形外科領域でのトモシンセシス画像

Fig. 14について，断層厚・コントラスト特性・被ばく線量など

トモシンセシス年間撮影件数内訳の基礎検討を行った．臨床画像について CT 像との比較を行い，トモシンセシスの有用性と当院で行っている検討を行った（Fig. 15）．従来からあるワイヤ法に加え，整形外科領域での活用方法について紹介したい．

CT で Slice-Sensitivity-profile at Z-axis（SSP-z）
法を応用したビーズ法によって測定を行った．測定結果を Table 1

1．使用機器に示す．測定の結果，Thickness−− で断層厚が最小にな◎トモシンセシス

り約 4 mm となった．

島津製作所製：SONIALVISION safire II
再構成関数：Thickness+−

4．CT とトモシンセシスによる画像比較

ショット数・振り角：74 shot 40˚

4-1◎ CT 装置

スライス厚の違い

最初に下肢膝関節のファントムによる画像の比較を

SIEMENS 社製：SOMATOM Definition

行った．トモシンセシス像と CT 像では投影方向が違う

再構成関数：B40MD

ため CT 像では再構成 CT データから MPR 像を作成し視覚的評価を行った．トモシンセシスのピクセルサイズ

2．当院で行われているトモシンセシス検査の内訳

は 0.3×0.3 mm であるため CT での撮影を同じピクセル

当院では，平成 23 年度のトモシンセシス総検査件

サイズのなるように Z 軸方向に関しては最小スライス厚数は 299 件であり，胸部の撮影が約 40％あり，60％がになるように撮影を行い，FOV を 150 mm で再構成を

整形外科領域での検査になっている（Fig. 14）
．整形外行い 1 ピクセルサイズが約 0.3×0.3 mm になるように再科領域での検査の内訳では下肢のトモシンセシス撮影で構成を行った．スライス thickness は最小（0.65 mm）

が 60％を占めている．四肢の撮影依頼では外傷による撮影を行った．トモシンセシス画像は再 構成関数を骨折部位の骨融合観察や微小骨折の判定などに使用さThickness−− を使用し再構成を行った．画像比較では，れている．その他に，TKA（膝関節人工関節置換術）
後

コントラスト分解能においては CT 像の方がよい結果との評価・Myelography 時での撮影などを行っている．胸なったが，解像度ではトモシンセシス像の方がよい結果部の撮影では TBTB などの気管支鏡による検査時に生となった（Fig. 16）
．トモシンセシス像と CT 像での画像検を行う場所の確認のためにトモシンセシスを使用しの違いは，CT 像では特定のスライス面が表示されるたている．

めスライス面の前後の情報は含まれていないが，トモシ
ンセシス像では有限角による再構成を行っているためス

3．断層厚の考え方
トモシンセシスは断層撮影である，断層撮影である

ライス面の前後をぼかしての再構成しているため若干前後のデータを含んでいる（Fig. 17）．

ので断層厚が問題となる．トモシンセシスによる断層厚は再構成関数の違いによって決定される．今回は断層厚の測定を行うにあたり 2 種類の方法によって測定しVol. 69 No. 5 May 2013

4-2

アーチファクトの違い

CT 装置では FFB 法を使用し横断画像を取得する

554

Fig. 15

断層厚測定法Table 1
再構成関数
FBP 法
(Thickness)

SA 法

−−
−
±
+
++

Fast mode（36 view）
slow mode（74 view）の比較
ワイヤ法
Slow mode

0.05 mmFast mode

ビーズ法
Slow mode

0.25 mmFast mode

4
4.5
7.5
10
12
3

5.5
6.5
7.5
10
12
3

4.2
5.5
7.8
10
12
3

5.5
6.5
8.5
10.4
12.5
3

単位：mm

Fig. 16

トモシンセシスと CT 像の解像度の違い

が，トモシンセシ スは Feldkamp 再 構 成を 使 用し，
coronal 像を取得している．そのため整形外科領域で手術後の体内金属からのアーチファクトは X 線管と検出

Fig. 17

CT MPR 像とトモシンセシス像の比較
（断層厚の
違い）

器の移動方向に出現するが．同じ冠状断の画像を得る
場合，アーチファクトの出現方向が違うため画像に及ぼす影響が違う場所に現れる．そのため観察する場所に

5．トモシンセシスの撮影管電圧の検討

よって CT とトモシンセシスを使い分けることによってトモシンセシスは再構成時に周波数フィルタを使用し診断が容易になると考える（Fig. 18）
．また，TKA の患ていることによってコントラストに影響を及ぼすと考者では人工関節の緩みなど人工関節の内部を観察する

え，管電圧を変化させコントラストを評価し撮影管電圧

場合，CT ではアーチファクトのため観察不可能であるを決定した．整形外科領域では骨撮影が主で高コントがトモシンセシスでは観察可能である（Fig. 19）
．体内金

ラストの撮影である．アクリル円板ファントムを使用

属がある場合，再構成を行うときに metal 関数を使用す

し，撮影管電圧を 70 kV から 150 kV まで変化させて撮るとアンダーシュートなどのアーチファクトの抑制が可影を行いコントラストの評価を行った．評価の結果管電能である．

圧 70 kV 時のコントラストに比べ 100 kV くらいまでは

日本放射線技術学会雑誌

555

Fig. 18

CT とトモシンセシスのアーチファクト出現方向の
違い
（股関節）

Fig. 20

管電圧の違いによるコントラスト比較

Table 2

線量比較

CTDIvol
10 mGy下肢CTDIvol 10〜15 mGy 腰椎
Care Dose 使用
表面線量 1.2 mGy
下肢
表面線量
3 mGy
腰椎
74 shot

撮影条件

Fig. 19CT

120 kV
120 kV

150 mAs
155 mAs

トモシン
セシス

80 kV
100 kV

0.8 mAs
2 mAs

CT とトモシンセシスのアーチファクト出現方向の
違い
（膝関節）

コントラストの低下が少ない結果となった（Fig. 20）
．こめより生活時での症状に近い状態での検査が行える．

のことから当院ではトモシンセシスを行う場合，四肢で体内金属が使用されている患者などでは CT と違う方向

は 80 kV，体幹部では 100〜110 kV で管電圧固定にてにアーチファクトが出現するため，症例によって使い分撮影を行っている．CT 撮影とトモシンセシスでは直接けすることで診断価値の高い情報の提供が行えると考えの比較にはならないが，参考までに当院で行っている撮る．一概には言えないが，CT 検査よりも被ばく線量が影条件の被ばく線量比較を示す（Table 2）．

少ないことから，整形外科のフォローアップ検査に使用することによって患者被ばくの低減が行えると考える．

まとめ

最後に，今回はトモシンセシスによる整形外科領域

今回，当院で行っている整形外科領域でのトモシン

中心の内容であったが，トモシンセシスは三次元的なセシスについて述べさせてもらった．上記以外に当院のデータの取得を一般撮影に近い手軽さで撮影が行える

装置は X 線透視装置に付属しているため Myelography

ため，今後活用法が検討されることによっていろいろなでトモシンセシスを使用する場合，座位または立位に撮影が可能だと考える．現在の CT に代わるものとしてよって撮影を行っている．Myelography CT を行う場合の使用法ではなくて，まったく新しいモダリティとしては臥位での撮影になるが，トモシンセシスでは座位また使用法を検討していく必要があると考える．

は立位で撮影を行えるため体重による荷重がかかるた

Vol. 69 No. 5 May 2013

556

4．仮骨評価へのデュアルエナジーサブトラクション
トモシンセシスの適応岡本孝英

帝京大学医学部附属病院中央放射線部

はじめに整形領域での，骨延長術による延長部の仮骨の形成示すように，付加フィルタの有無にかかわらず，各撮影過程は，単純 X 線撮影像で視覚的に観察するのが現状条件において，強い相関関係が認められ，これらの相である．しかし，CR などを用いたディジタル画像での関係数の間には，有意差を認めない．なお，有意検定

単純 X 線撮影像では，自動画像調整機能などの影響にに関しては，フィッシャーの z 変換を用いて有意検定をよって，経時的に仮骨形成の状態を把握することが難行った．

しい．そこで，今回，デュアルエナジーサブトラクショ

以上の結果から，DE 法で撮影された骨画像に関して

ントモシンセシスを用いての仮骨評価の可能性を検討

は，画素値と骨密度の間に相関関係が認められることした．

から，画素値と AE の間にも相関関係が成立することと使 用した装置などは，X 線 装置：SONIALVISIONなり，DE 法の画素値は，骨強度と相関関係をもった値

Safire 17（島津製作所製），DEXA 装置：QDR Discoveryとなる．この結果を元に，DE 法で得られた画像を，カSL（ホロジック社製），ファントム：骨塩定量ファント

ラーマッピング処理によって可視化し，視覚的に骨強度

ム：UHA 型
（京都科学社製）
である．なお，使用した解の変化を見やすい状態にし，診療に活用することを試析ソフトは，MATLAB 2011
（MathWorks 社製），ImageJ

みた．

ver.1.46c（National Institutes of Health）
である．

Fig. 22 にその一例を示す．DE 法で撮影した骨延長術の経過観察例である．これらの画像に，カラーマッピ

1． デ ュ ア ル エ ナ ジ ー サ ブ ト ラ ク シ ョ ン 法（dual

ング処理を行い，可視化した画像と原画を示す．仮骨

energy subtraction：DE 法）の画素値の定の形成は，切断部の中心にカルチフィケーションを形成

量性と画像のカラーマッピング処理

し，両方の切断部から仮骨の形成が始まる．切断部中骨延長術は，骨折が治るときの体のメカニズムを利心のカルチフィケーションの存在が，カラーマッピング

用し，組織に張力をかけ続けることによって組織量を増処理をした画像では，より明瞭に観察できる．また，切やす．実際には，接合した部分を少しずつ引き離し，仮断部からの仮骨形成の過程も画素値の変化が明瞭に観骨を形成させ，それを最適の長さに伸ばし，固定するこ察できる画像となっており，骨延長術の経過観察を行うとによって，その部分に骨組織を形成させ骨の再生をのに有用である．なお，これらの処理を 21 例の経過観図る．この再生過程は，炎症期が短く逆に修復期，再察例に適応した結果，20 例の経過観察例に関して，有生期は全治癒期間の 70％と相当に長い．この修復期お用であるという結果であった．

よび再生期における仮骨形成の強度の定量的な評価
は，創外固定具などの固定具の外す時期を決定するう

2．デュアルエナジーサブトラクショントモシンセ
シスの応用えで重要な評価因子となる．これら仮骨の評価に関して，当院では，アコースティックエミッション（acoustic

従来，骨疾患の患部の撮影に関しては，断層撮影がemission: AE）と呼ばれる非破壊検査法および骨密度測多く用いられてきた．しかし，現状は，断層装置そのも定法によって行っている．AE は，材料が変形したりきのを購入することが不可能な状況になっている．しか裂が発生したりする際に材料が内部に蓄えていたひず

し，骨延長術の患者の延長部の評価に関しては，創外みエネルギーによる弾性波を材料の表面に設置した AE

固定 具などの金 属材 料 が 障 害となり，CT や MRI でセンサで検出し，信号処理を行うことによって材料の破は，その評価が充分に行えない．そこで，デュアルエナ

壊過程を評価する手法である．骨密度装置を用いた仮ジーサブトラクショントモシンセシス（以下，DE トモシ

骨の評価は，AE の測定値との間で相関係数 0.918 と高ンセシス）
によって骨延長術の患者の延長部の詳細な評

い相関関係を示す．

14〜16）

価が定量的に行えないか検討した．

そこで，仮骨評価を X 線画像上で視覚的に行うために，X 線 TV 装置に搭載された DE 法で撮影された骨2-1

画像再構成法による問題点のサブトラクション画像の画素値と，骨密度の相関を，今回使用した装置では，シフト加算法と FBP 法の 2

骨密度ファントムを使用し検証した．結果，Fig. 21 に種類の画像再構成法が行える．シフト加算法は，X 線

日本放射線技術学会雑誌

557

Fig. 21

骨密度ファントムによる DEXA 法と dual energy subtraction 法の画素値の比較

Fig. 22

Dual energy subtraction 法による骨延長術の経過観察症例とカラーマッピング処理による仮骨延長部の定量化処理画像

入射角度を変えながら撮影された一連の画像を走査方変換し，投影像から back projection 法によって画像を向に適量シフトし，結果を重ね合わせ画像ごとのシフト再構成する．また，この際に再構成関数の調整によって量を調整することで，任意の裁断面を再構成する方法

障害陰影低減処理を行う17）．

である．また，FBP 法は，平行平面式断層走査によっ

シフト加算法は，いわゆる断層撮影法の延長線上にて得られた一連の投影画像について，幾何学的変換（円ある再構成法であり，DE 法による画素値の定量的な評

弧補正）を施してコーンビーム CT 走査の投影データに価にも問題なく活用が可能である．しかし，FBP 法の場

Vol. 69 No. 5 May 2013

558

Fig. 23

Iteration パラメータを変化させた逐次近似再構成法の dual energy subtraction tomosynthesis 法による臨床画像と，その画像の周波数領域におけるパワースペクトル合，投影像に関してフィルタ処理を行っており，フィルイズが平滑化されているためノイズの影響を受けにく

タの周波数特性の影響を受ける．また，トモシンセシス

い．しかし，同一の投影データをシフト加算法と FBPの画像データは，画像データの再構成が，360 度に満た法による画像再構成を行うと，明らかに鮮鋭性においてない不完全再構成になっており，アーチファクトによる

FBP 法による再構成像の方が優れた結果となっている．

画素値の定量性が問題となる．
具体的には，FBP 法は，投影像に対して，フィルタ

2-2

逐次近似再構成法の適応処理を行う．その信号は，Gibbs 現象によって，その現在，トモシンセシスの画像再構成法として逐次近フィルタ関数が第 1 種不連続となる点付近では，フーリ

似再構成法（以下，逐次近似法）が注目されている．従エ級数の部分和が大きく振動し，被写体の周辺部にア来の再構成法は，一度の計算で再構成画像を作り出し．まているのに対して，逐次近似法では，一度作成した再た，これらは，360 度の完全再構成では，再構成画像に

構成画像と，投影像を比較しながら，繰り返し計算を影響を与えない．しかし，360 度に満たない不完全再構行い，誤差を修正，画像を再構成していく．したがっ成は，アーチファクトとして再構成の画像上に影響を及て，Fig. 23 に 示 すように，繰り返し の 計 算（以 下，

ぼすこととなり画素値の定量性といった点で，問題が生

iteration）の回数によって再構成画像の画質を選択する

じる．

ことが可能となる．また，図に示す画像のパワースペク

ンダーシュートやオーバーシュートを起こす

18, 19）つまり，仮骨評価を行ううえでは，画素値の定量性をトルを計算すると Fig. 23 の下のようになる．パワース

担保する必要性がある．したがって，現時点においてペクトルは再構成画像内の同一部位に 256×256 ピクセ

は，仮骨評価を行うには，シフト加算法による再構成がルの ROI を設定し，フーリエ変換し計算した．パワー

有用であると考える．また，カラーマッピングを行い可スペクトルは，iteration が 1 回の際には，シフト加算法

視化するには，画像の粒状性が問題となるが，シフトによる再 構成画像とほぼ同等の値を示しているが，加算法は，裁断面以外の画像がボケ像となり画像のノiteration の回数を増やすにしたがって，0.5〜2.0 cycle/mm

日本放射線技術学会雑誌

559の周波数帯域の値が増加している．しかし，2.0 cycle/mm

法，FBP 法の欠点を改善できる可能性をもっており，今以上の周波数帯域の値は，大きな変化は示していな

後，逐次近似法による画像再構成法の適応について画い．つまり，0.5〜2.0 cycle/mm の周波数帯域の画像情素値の定量性も含めて，検討したい．

報は明確に向上しており，画質の向上の一助となってい

また，DE トモシンセシスを仮骨評価に適応するうえるものと考える．ただ，逐次近似法では，投影像に固定

で，金属アーチファクトの問題，再構成断面での画素値

ノイズが含まれる場合には，iteration の回数を増やすにの定量性なども検討していく必要性があり，これらも今したがって，固定ノイズも再現する可能性があるので，後の課題である．最後に，現在の X 線 TV 装置の現状注意が必要となる．

は，消化管造影検査が減少し，その運用に関して経済

逐 次 近 似 法による画 像 再 構 成に関しての 画 質とiteration の回数に関しては，今後の課題である．

的な観点から問題が生じている部分も少なくない．DE法や DE トモシンセシスなどの新たなアプリケーションが搭載されることによって，X 線 TV 装置が多目的な撮まとめ影装置として活用されることを期待したい．

以上の結果から，DE 法で得られた画像を，カラーマッピングを用いて可視化することによって，骨延長術における仮骨形成の過程の画素値の変化が明瞭に観察謝

辞最後に，本研究に関して，ご協力いただきました，島でき，骨延長術の経過観察を行うのに有用である．し津製作所の森一博氏，田中修二の両氏に，また，多かし，詳細な経過観察を行ううえでの DE トモシンセシ

くの助言を賜りました帝京大学医学部整形外科教室のスの活用は，シフト加算法，FBP 法，それぞれの画像

松下隆教授，竹中信之先生に感謝の意を表します．

再構成法に問題点がみられ，画素値の定量性を担保できるといった点において，現時点では，シフト加算法による画像再構成法が適している．しかし，現在，開発中

なお，本発表の一部は ECR2011 で発表したものである．

である逐次近似法による画像再構成法は，シフト加算

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