主 論 文

Assessment of a New Elbow Joint Positioning Method Using
Area Detector Computed Tomography(肘関節における Area Detector CT を使⽤した新しいポジショニング法の評価)[緒言]
骨・関節領域の CT 検査においてポジショニングが最も難しいとされる肘関節撮影では，肘と他部位が重なることが最大の問題である．手首の撮影と同様にヘリカルCTによる肘関節の撮影は，他部位との重なりを避け高画質と低放射線量を実現するために，Superman position（腹臥位で患側上肢を挙上する）で行われる．しかし，肘の損傷や肩の動きに障害がある患者，そして多くの高齢者は，Superman positionを維持することが困難であることを経験した．また，仰臥位で上肢を挙上して撮影する場合，肘関節と頭部が一部重なることで撮影条件が上昇し，画質も劣化する．上肢を下垂して仰臥位撮影（supine position）する場合，肘関節と躯幹部が全て重なり必要なX線量が大幅に増加し，画質も大幅に劣化する．したがって，肘関節のヘリカルCT撮影は患者の被ばくが大きいにも関わらず画質が悪く，さらに肘関節以外の部位も余分に被ばくするというデメリットの多い検査となっている．本研究の目的は，ADCTによる肘関節撮影において，高画質と被ばく低減を両立した容易なポジションを提案し，従来のポジションと比較，評価することである．

[方法]
まず，Superman position について説明する．腕を挙上可能であるが，坐位保持が困難な患者を対象とした撮影方法である．本来，Superman position は腹臥位で検側の肘関節を伸展し，頭部との重なりを極力回避するポジションである．しかし，骨折の痛みにより腹臥位で体位を保持することが困難な症例がある．したがって，本研究では Supermanposition は腹臥位もしくは仰臥位で検測の腕を挙上するポジションとした(Fig. 1a)．
もう一つの比較対象とするポジションは Supine position である．検側の腕が痛みにより挙上困難もしくは，挙上体位の保持が困難な患者を対象とした体幹部と一緒に撮影する方法である．体幹部の横に肘関節を添わせて固定し，呼吸停止の合図に合わせて体幹部と同時に撮影するポジションとした(Fig. 1b)．
我々が本研究で提案するポジションは Sitting position と呼称する．腕を挙上し座位を保持可能な患者を対象とする．奥行き380×幅280×高さ300 mm の段ボール上面の中心に80 mm 間隔の線を3本引き，段ボールをガントリー内に設置し，中心の線にレーザーポインターを合わせた．患者は寝台に座り，段ボールの上に検側の肘関節を可能な限り手掌を上にした伸展位で配置し，撮影を行った(Fig.1c)．Sitting position は肘関節をアイソセンターで撮影可能であり，他の部位と重なることがないポジションである．

abc

Fig. 1 ADCTを使用した画像取得のためのポジション. (a)腹臥位で検測の腕を挙上するSuperman position,(b)体幹部の横に肘関節を添わせたSupine position, (c)提案する
Sitting position.

2012年10月から2023年2月の期間で，肘関節CTをいずれかのポジションで実施した54

症例を対象とした．各ポジションにより撮影された対象は18症例であり，当該期間内で連続した症例を収集した．
すべての症例は，Aquilion ONE V4.74 JR016 (CANON Medical Systems, Tochigi,Japan) を使用して撮影を行った．本装置は0.5 mm の検出器を320列搭載したADCT 装置である．また，各ポジションにおける被ばく線量の指標としてvolumetric CT dose index(CTDIvol) とdose length product (DLP) を採用した．これらはCT 付属のコンソールから取得された．
各ポジション時の肘関節に相当する画質の物理評価をthe task-based transfer function(TTF)，the noise power spectrum (NPS) を用いて評価した．肘関節を想定した直径 80mm の円柱プラスチック容器の中心に骨を模したＣＴ 値の円柱ファントムを固定した．
円柱ファントムは Advanced Electron Density Phantom (Sun Nuclear Corporation,Melbourne, Florida) に付属しているsolid insert の1456 HE Inner Bone (ElectronDensity Relative to Water 1.16, 120 kVで約450 HU) である．プラスチック容器内を水で満たし，画質評価用ファントムとした．各ポジションを模した画質評価用ファントムの配置をFig. 2に示した．画質評価用ファントムを撮影する際の線量は，各ポジションで症例を撮影した際のCTDIvol を参考に決定した．
各ポジションにおける肘関節部の主観的評価を行うため，観察実験を行った．観察者は2名の放射線科医である（読影年数：Reader 1: 15年，Reader 2: 16年）．観察には診断用モニターであるRadiForce RX660 (EIZO, Ishikawa, Japan) 用いて評価を行った.まず観察者の評価基準を明確化するために，評価用とは別のデータセットで観察実験の練習を行った．1症例ずつモニタに表示し，観察者は各症例の画質が診断に十分であるか評価した．
観察する時間やモニタとの距離に制限は設けなかった．また，WW/WL は観察者に自由な変更を許可した．全体的な画質を5段階のリッカート尺度 (5 = Excellent, 4 = Very good,3 = Good, 2 = Fair, 1 = Poor) で評価した．
統計解析にはSPSS Statistics（Version 21.0 for Windows, IBM Co., Armonk, NY）を使用した．分散分析および多重比較を用いて，各ポジションにおけるCTDIvol およびDLP，観察実験の結果について統計解析を行った．多重比較にはTukey 法を採用した．
有意水準はp＜0.05とした．

Isocenter
200 mm
80 mm

100 mm
300 mm

(a)

(b)

(c)

Fig. 2 各ポジションを模した画質評価用ファントムの配置. (a)ファントム中心がアイソセンターに一致するよう配置した状態をSitting position, (b)ファントム中心がアイソセン
ターから100 mmオフセンターに一致するよう配置した状態をSuperman position, (c) 内外両槽に水を満たした胸・腹部用X線水ファントムの中心をアイソセンターに一致するように配置し，画質評価用ファントムを隣接して配置した状態をSupine position.

[結果]
撮影ポジション別の CTDIvol，DLPをFig. 3 に示した．Sitting position，superman
position，supine position の CTDIvol は，2.7±0.0 mGy (CTDIの測定用ファントム直径16 cm，以下同様)，8.0±4.3 mGy (32 cm)，20.0±7.2 mGy (32 cm) で，DLP はそれぞれ，43.4±0.0 mGy・cm，204.7±116.6 mGy・cm，584.8±315.8 mGy・cm であった．Sitting

position は他のポジションと比較してCTDIvol とDLP 両者共に有意に低い値となった．
35p＜0.001

1600

p＜0.001

1200
DLP (mGy・cm)

25CTDIvol (mGy)p＜0.001

1400

30

20

p＜0.001p＜0.005

15101000
800
600

p＜0.05400

520000Sitting position

Superman position

Supine position

Sitting position

Superman position

Positioning

Positioning

(a)

(b)

Supine position

Fig. 3 (a)ポジション別の CTDIvol と (b)ポジション別の DLP. 図中の”×“は平均値を表す．

骨画像 と軟部画像のTTF と NPS をFig. 4 とFig. 5 に示す．TTF において骨画像 と軟部画像共に Sitting position が最も高い値を示した． NPS において骨画像 と軟部画像共に Supine position が約0.5〜1.1 cycles/mm を除く周波数成分で相対的に高い値を示した．
骨画像の NPS で約1.1 cycles/mm 以下までは Superman position が最も低い値を示したが，約1.1 cycles/mm 以上になると Sitting position が最も低い値を示した.
観察実験におけるOverall image quality について， Reader1 とReader2 のLikert スコ
アの中央値は，Sitting position で5.0と5.0，Superman position で4.0と3.5，Supineposition で4.0と2.0であった．Sitting position の画質が他のポジションより統計的に有意に優れていることが認められた．Fig. 6 に，Sitting position ，Superman position および Supine position の代表的なアキシャルとコロナルおよびサジタルMPR 画像を示した．

3.5

1.0
Sitting position

Sitting position
0.9

Superman position

3.0
2.5

Supine position

0.7

Task transfer factor

Task transfer factor

Superman position

0.8

Supine position

2.0
1.5
1.0

0.6
0.5
0.4
0.3
0.2

0.5

0.1
0.0

0.0
0.0

0.5

1.0

1.5

0.00.5

Spatial frequency [cycles/mm]

1.01.5

Spatial frequency [cycles/mm]

(a)

(b)

Fig. 4 各ポジションにおける TTF の比較. (a)骨画像, (b)軟部画像.

1000001000

Sitting position

Sitting position

Superman position

Superman position

Supine position

10000

Supine position

Noise power spectrum

Noise power spectrum

100
1000

100

10

110

1

0.1
0.0

0.5

1.0

Spatial frequency [cycles/mm]

(a)

1.5

0.00.5

1.0

Spatial frequency [cycles/mm](b)

Fig. 5 各ポジションにおける NPS の比較. (a)骨画像, (b)軟部画像.

1.5abcdefghiFig. 6 各ポジションにおける代表的なアキシャルとコロナルおよびサジタル画像.
(a), (b),(c) Sitting position (d),(e),(f) Superman position (g),(h),(i) Supine position.
Sitting position, Superman position, Supine position の CTDIvol はそれぞれ 2.7 mGy(16 cm), 9.7 mGy (32 cm), 23.3 mGy (32 cm) であり, DLP は 43.4 mGy · cm, 331.1mGy · cm, 584.4 mGy · cm であった. Reader 1 と Reader 2 の overall image quality
は, Sitting position で 5.0 と 5.0, Superman position で 4.0 と 3.0, Supine position で4.0 と 3.0 であった.

[考察]Sitting position の CTDIvol と DLP の平均値は Superman position と比較して1/3倍と1/4.7倍，Supine position と比較して1/7.4倍と1/13.5倍になった．しかし，2名の放射線科医による観察実験により，Sitting position は Superman position と Supineposition と比較して全体的に優れた画質であると評価した．加えて TTF 評価では，Sitting position が全周波数領域において最も高い値となった．また骨画像の NPS で約1.1 cycles/mm 以上になると，Sitting position が最も低い値を示した．Sitting positionが骨の微細な構造を観察する際に高解像度を維持しつつノイズが少ないことを示している．
CT 検査は撮影中にポジションの安定性とX 線高吸収な物体が撮影範囲内に存在しないようにすることが求められる．加えて，微細な構造を観察するため空間分解能も重要である．今回我々が提案した Sitting position は，前述した肘関節撮影に求められる条件をすべて達成する．さらに他の利点として，作成する MPR 画像の再現性が高いことが挙げられる．画像作成者間で MPR の角度が異なると正確な診断や治療効果判定に影響を及ぼす．
したがって，X 線単純撮影と同様，再現性の高い中間位による撮影が望ましい．Sittingposition は，坐位にて段ボールの上に肘関節を置いて撮影することから，X 線単純撮影のような中間位が比較的容易であり再現性が高い．
歩行可能な患者は年齢に関わらず Sitting position がほぼ可能であるためポジショニン
グにかかる時間を大幅に短縮可能となり，さらに位置決め画像も省略するのでワークフロウが大幅に改善される．撮影時間も0.5 sec と非常に短時間なので，身体が小さく体位保持が難しい幼児患者も保護者と協力して保持する事で適応可能となり，Sitting positionは肘関節撮影において第一選択になり得ると考えている．

[結論]我々が提案した肘関節撮影におけるADCT を使用したSitting position は，ヘリカル撮影を使用した Superman position および Supine position よりも優れた画質を提供可能であった．また， Superman position と比較して79％，Supine position と比較して93％の線量低減が実現可能な他，肘関節以外の直接的なX 線の被ばくを無くすことが可能となる．
本研究で提案した手法は，今後の肘関節撮影のスタンダードとして採用すべき手法である．