位相コントラスト技術を用いた
乳房 X 線撮影デジタルシステムの開発
Development of a Digital X-Ray Mammography System Using Phase Contrast Technology

長束澄也＊

Nagatsuka, Sumiya

儀同智紀＊Gido, Tomonori

網谷幸

二＊Amitani, Kouji

下地雅也＊Shimoji, Masaya

要旨
位相コントラスト技術を用いた乳房Ｘ線撮影デジタルシステムを開発した。このシステムは、焦点サイズが0.1Aである通常Ｘ線管の撮影装置（右図ａ）を用いて、位相コントラスト撮影を行う。本システム用に最適化された半切（14"x17"）サイズの輝尽性蛍光体プレートに1.75倍に拡大された画像が照射され、そのプレートを43.75µmのサンプリングピッチで読み取りbを行う。読み取った画像に画像処理cを行い、最高濃度４の銀塩ドライフィルムに画素サイズ25µmで書き込むdことで、実寸大の画像が出力される。位相イメージング技術の採用にd）DRYPRO MODEL 793a）Mermaid

より自作疑似石灰化ファントームをより明瞭に表現することを確認し、臨床評価における診断性向上の可能性を見出した。

Abstract
A digital x-ray mammography system has been developed based on phase contrast technology. This phase contrast mammography (PCM) system employs a practical molybdenum x-ray tube with a 0.1mm focal spot size. A 14”x17”
photostimulable phosphor plate optimized for the PCM sys-b）REGIUS MODEL 190

tem acquired images magnified 1.75 times. The plate wasscanned at a sampling pitch of 43.75µm by means of ac）CS-3

Fig.1 Components of the PCM systemcomputed radiography system. The diagnostic images
were reduced in printing to actual object size with a pixel化が急速に進む中で、乳房Ｘ線撮影だけは要求される画

size of 25µm on dry-processed film with a maximum den-

質の高さからデジタル化が進行していない。デジタル化

sity of 4. Thanks to phase contrast effect, this system de-が進行しない理由の一つは、マンモ画像に要求される空

picted a custom-made phantom containing simulated

間分解能がデジタルの限界に近い50µｍ以下であることがmicrocalcifications with superior clarity. This system prom-あげられる１）。デジタルの大きなメリットである画像処理

ises to significantly advance accurate and efficient diag-

を行うことで診断情報を多少強調できるが、システムがnostic imaging.

持つ基本情報量を増加させることはできない２）。特に診断に重要な微小石灰化の見え方はこの空間分解能に大きく影響されるため、デジタルマンモシステムが画質面でス

１ はじめにクリーンフィルムシステム（以下、SF）を超えることは欧米だけではなく日本においても乳がん罹患率は増加なかなかできなかった。

しており、女性が罹患するがんの第１位となっている。
厚生労働省から、2004年４月より乳房Ｘ線撮影（マンモグラフィ）検診対象を従来の50歳以上から40歳台に引き下げる方針が示された。しかしながら、病院のデジタル＊コニカミノルタエムジー㈱開発センターＭＩシステム開発室

２ 開発思想とシステム概要
デジタルのメリットを活かしながらSFを超える画質性能を実現するために、我々は画質形成の最上流である撮KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）37

影部までを検討範囲とした。そして、撮影位置関係を最は、7〜14cycles/aでのエリアシングなどデジタル特有の適化することで、焦点サイズが0.1a程度の実用的なＸ線ノイズを低減する必要がある。

管を用いて位相コントラストによる高画質の画像が得られることを見出した。３）
また、位相コントラストによる高画質画像が入力されても、最終的な診断画像の性能は撮影からフィルム出力までの画質形成に関わる複数要因中の最も低い部分で決まってしまうために、撮影からフィルム出力までの画質形成に関わる全ての要因を最適化させることに取り組んだ。
２．１

求められる画質性能開発にあたり、マンモ画像診断に要求される項目を明確にした。その結果、特に以下の３項目が重要であることが分かった。

Fig.2 Pre-sampling MTFs (Schematic)

画像診断上特に重要な項目：
25µm画素サイズの場合、プリサンプリングMTFが０に

１）コントラスト収束する20cycles/aまで空間分解能があり、デジタル

乳腺、腫瘤、脂肪組織

MTFはプリサンプリングMTFとほぼ一致する。一方、例

２）石灰像の描写
石灰像の形状判別、微少石灰像の分布

えば50µm画素の場合、デジタルMTFは、Fig.２に示すように、10 cycles/a付近でセンターアラインメント/シフ

３）読影の容易さ
左右乳房位置合わせ、左右乳腺濃度が一定、テッドアライメントとプリサンプリングMTFとの乖離を診断に影響するアーチファクト無生じる。
すなわち2 5 µ m 画素サイズの場合には、M T F ７〜

２．２

システム仕様14cycles/a付近で二つのアラインメントの差が無いので以上３点の項目に対して十分な性能を実現するため拡大鏡で観察しても視覚的に滑らかな辺縁の画像が得らに、撮影/読取/処理/出力のそれぞれにおいて以下の取りれる。画質以外の速度等の面も含めて総合的に判断し、組みを行った。

25µmシステム画素サイズを採用した。

Table 1 Major approaches to achieving high image quality

３ 高画質実現への取り組み
３．１

位相コントラスト撮影

位相コントラスト効果は、拡大率により変化する ４）が、その効果が大きい領域で基本画質特性等も考慮し、1.75倍拡大専用の撮影装置を開発した。
また、専用の半切サイズカセッテでの撮影だけではな

本システム開発における一番の課題は、空間分解能（画素サイズ）をどこまで細かくするかという点であった。
裸眼の空間分解能の限界は73µmであるとされており、この場合空間周波数は6.8cycles/aとなる。また、乳房Ｘ線画像の読影においては、より精細な病変を観察するために拡大鏡が使用されるが、拡大鏡で２倍拡大して画像観察する場合には裸眼の空間分解能の限界は13.6cycles/aとなる。そして、この領域での画像を正確に描出するに

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Fig.3 Mermaid mammography unit

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く、通常の18×24（㎝）サイズカセッテの撮影も可能とし

３．３

画像処理

位相コントラスト効果を含んだ画像に対し、今まで診た。

断に用いられていたSF階調に合わせた画像処理を行い、３．２

高精細読み取り及び書き込み従来の診断体系を変えることなく診断が行えることを実システム画素サイズ25µmを実現することで、より高精細な画像を形成することを可能とした。

現した。また、出力フィルム最大濃度4.0を採用することで、微少石灰化が描出される中濃度〜高濃度で高いコン読み取り部においては43.75µmで読み取りを行うが、単トラストを維持するLUTを新たに開発した。に画素サイズを細かくするだけでは、輝尽励起レーザ光のプレート内での拡がりの影響により、高精細化の効果はそれほど大きくはならない。しかしながら、43.75µmで読み取った画像を25µmで実寸大に書き込むことによる画像縮小出力効果を含んだ高精細化（Fig.４a）で、単なる画素サイズの高精細化（Fig.４b）に比べてレーザ拡がりやプレート粒子の影響を低減することを可能とした。
リスケール効果によるMTFの変化をFig.５に示す。リスケールすることで、その応答特性が高周波側に延びる結果、MTFが向上する。
Fig.6 LUT gradient

４ 使い勝手の向上
乳房Ｘ線画像ではより優しく丁寧な撮影が求められるために、撮影に集中でき、更に高診断画像を早く提供できるよう、以下の高付加価値機能を盛り込んだ。
４．１

左右乳房自動位置合わせ

読影時の精度及び効率の向上を図るために、左右乳房を胸壁が向かい合うように配置し、縦方向の乳房位置合わせを行う。画像の画素値情報から算出した閾値により画像を２値化し、その２値化画像のスキンライン情報をもとにして移動量を算出する。
Fig.７に、左右乳房自動位置合わせ結果を表示した画面を示す。また、手動調整も可能とした。

Fig.4 Effect of rescaling on image quality

Fig.5 Shift in MTF upon rescaling (Schematic)

Fig.7 Position confirmation screen

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４．２

撮影情報通信連携機能

位相コントラスト効果及び高精細システムの両面から撮影装置からの情報を画像処理装置と通信することで、以下の様な効果を得ることを可能とした。

見え方が向上し、従来システムでは分離できない貝殻も、位相コントラスト撮影25µm画像では明確に分離していることを確認した。また、SFとの比較において、特別

1. 通信情報焦点サイズ、管電圧、管電流、照射時間、mAs値、な画像処理がなくても見え方が優ることを確認した。

AEC採否、グリッド有無、陽極/フィルタ材料（Mo,Rh）、乳房厚、圧迫圧、管球・ディテクタ間距離、拡

５．２

臨床画像

臨床画像においても、特別な画像処理なしに構造が明大率、Ｃアーム角度

瞭に観察できることを確認した。

2. 効果
・撮影方向（CC, MLO等）をモニタ画像で判断。
・必要な撮影条件をフィルムにオーバーレイ。
・被爆線量管理が可能になる。
・PCM撮影か密着撮影かの判断材料になる。
４．３

柔軟なシステム構成

お客様の使用環境に合わせて、読み取り装置を１台または２台接続することを可能とする柔軟なシステムを構成した。また、画像処理を分散することでシステム全体の処理時間を向上させる画像処理プロセッサを開発した。

５ 画質性能Fig.9 PCM and SF clinical images compared５．１

微小形態描出能の向上「エアギャップ（グリッドレス）」及び「拡大撮影＋縮小効果」により、通常撮影法に対して画質が大幅に向上

６ まとめした。また、基本画質性能には表れ

我々は、世界で初めて、位相イメージング技術を応用ない位相コントラスト効果及び高精した一般医療用Ｘ線撮影システムの製品化に成功した。

細システムによる構造描出能の向上

25µm画素の高精細システムを構築することにより、SFをを把握するために、貝殻を用いた疑上回る世界最高の乳房Ｘ線画像を提供する可能性を見出

似石灰化ファントームを作成し、見え方の違いを把握した。

した。また、従来のＸ線撮影では難しかったデンス乳房光学顕微鏡画像

内の病変の描出能に対して、大きな期待が寄せられている。

７ 謝辞
臨床での評価にご協力いただいていた滋賀医科大学病院村田喜代史教授及び増田一孝技師長に、深く感謝いたします。
●参考文献
１）W.M. Yip, S.Y. Pang, W.S. Yim, C.S. Kwok, British J. Radiology,74, 621（2001）
２）Y. Higashida, N. Moribe, K. Morita, N. Katsuda, M. Hatamura, T.
Takada, M. Takahashi, J. Yamashita, Radiology, 183, 483（1992）
３）本田凡、大原弘、石坂哲、島田文生、遠藤登紀子：小焦点Ｘ線管を用いたＸ線位相イメージング、医学物理。22 21 − 29（2002）４）大原弘、本田凡、石坂哲、島田文生、KONICA MINOLTA Tech.
Rep., 1, 131（2004）
Fig.8 Custom-made phantom images

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