JSRT中国・四国部会夏季学術大会 画像情報研究会

逐次近似再構成の臨床応用と被ばく低減

広島大学病院診療支援部
木口雅夫 藤岡知加子 横町和志
西丸英治 安田秀剛 石風呂実

Hiroshima University Hospital背 景• 2012年CT装置更新に伴い，当院に初めて逐次近似応用再構成が搭載された装置が導入された．しかし， 東芝社
製AIDR 3Dの特性を十分活かしたパラメータ設定が困難であった．
• 今回．臨床使用時における逐次近似応用再構成の被ばく低減効果および画質向上，逐次近似応用再構成の特性を活かした臨床使用方法（評価）について述べていきたい．
• また，AIDR 3Dから新たに開発された逐次近似再構成（Full Interactive Reconstruction）の画質改善と被ばく低減効果について述べていきたい．

逐次近似再構成の臨床応用と被ばく低減
逐次近似応用再構成法の原理
逐次近似再構成の画質特性
画像ノイズ低減効果とアーチファクト軽減効果
低線量撮影のルーチン化（低管電圧撮影）
低被ばく・高画質化Full interactive reconstruction

Hiroshima University Hospital逐次近似再構成の臨床応用と被ばく低減
逐次近似応用再構成法の原理
逐次近似再構成の画質特性
画像ノイズ低減効果とアーチファクト軽減効果
低線量撮影のルーチン化（低管電圧撮影）
低被ばく・高画質化
Full interactive reconstruction

Hiroshima University Hospital

RSNA 2009:Quality Counts
各社CTメーカの動向
Slice WarからDose Reduction Warへ！
逐次近似再構成採用によるLow dose CT(50-60%reduction)

TOSHIBA BoothRSNA 2010 New Products & Services

MDCTラインアップ@ hiroshima-u.

Aquilion ONE（病棟 Area detector CT）

Aquilion ONE ViSION Edition（外来： Area detector CT ）Vantage Titan™ 3T

LightSpeed VCT vision（64DAS MDCT）

LightSpeed Ultra 16(16 DAS MDCT)

逐次近似再構成
逐次近似応用再構成 （IR)東芝
AIDR 3D
ASiR
GEHC
ASiR-ViDOSE4フィリップスSAFIRE
Intelli IP

シーメンス
日立

逐次近似再構成 （Full IR)
GEHCVeoフィリップス
IMR

被ばく低減技術：AIDR 3D





原理と特徴

統計学的ノイズモデル，スキャナーモデルから，CTシステム及び撮影条件ごとに異なる複数種のノイズモデルを考慮
収集された投影データ上でノイズやストリークアーチファクトのみ効果的に除去
３次元アナトミカルモデルを用いそれぞれの部位に合わせたノイズ低減
強度
頭部用,心臓用,腹部にWeak, Mild, Standard, Strong の計16種から選択可能SD低減効果
約50%（被ばく低減率75%相当）
Acquired
Projection Data

Scanner
Model
Projection
NoiseReduction

Statistical
Model

AIDR 3D Image
Anatomical
Model Based
Optimization

Blending %Update
Object+Adaptive Iterative Dose Reduction: AIDR 3D Algorithm
１．統計学的ノイズモデルとスキャナーモデル
統計学的ノイズ（回路ノイズとフォトンノイズ）は，CTシステムごとにkV，mA，FOVなど撮影条件によって異なる．

２．投影データによるノイズ低減

逐次近似再構成処理時に収集された投影データ上で統計学的ノイズモデルやスキャナーモデルを用いて，ノイズやストリークアーチファクトのみを効果的に除去し，低線量時の画質を飛躍的に向上する．

３．3次元アナトミカルモデル
撮影部位や組織構造をベースとした3次元アナトミカルモデルを用い，それぞれの部位に合わせたノイズ低減と良好な空間分解能が得られるように最適化する．

４．被ばく低減効果
収集部位に合わせてアダプティブかつ自動的に逐次近似回数が適用する．これによって，最適な高画質と高速再構成を両立する．
ノイズ低減効果で最大50％、被ばく低減効果で最大75％を実現する．

AIDR 3Dの適用範囲・パラメータの種類
パラメータ名Volume EC連動時の管電流低減率

画像ノイズ低減効果

ストリークアーチファクト
補正効果

Weak25%低低Mild50%

Standard75%

Strong75%

高高X線フォトン数同じパラメータ種を選択していても，検出器でのX線フォトン数が少ないほど補正強度が強くなる
1. 同一被写体でもX線出力を小さくするほど，ノイズ低減効果が高くなる
2. 同一X線出力でも被写体サイズが大きいほど，ノイズ低減効果が高くなる

逐次近似再構成の臨床応用と被ばく低減
逐次近似応用再構成法の原理
逐次近似再構成の画質特性
画像ノイズ低減効果とアーチファクト軽減効果
低線量撮影のルーチン化（低管電圧撮影）
低被ばく・高画質化
Full interactive reconstruction

Hiroshima University Hospital

検討項目
ノイズ低減に起因する画質変化を評価する
使用機器および評価方法
・ノイズ評価Catphan： SD法，NSP法
・分解能評価
ワイヤーファントム： MTF
Catphan： スリット部視覚評価
・低コントラスト分解能
QAファントム（GEHC）：プロファイルカーブによる平均コントラスト法

撮影条件

画像再構成

撮影方法：ヘリカルスキャン
管電圧：120 kV
管電流：50~500 mA
ローテーションタイム
：0.5 sec

画像再構成：TCOT+FBP
AIDR 3D
Weak, Mild , Standard , Strong
再構成関数：
FC14（軟部）
画像スライス厚：1 mm, 5 mm

解像度評価
ピッチファクタ：0.56
撮影スライス厚0.5 mm x 32列

ノイズ特性:SDとノイズ低減率@ 5 mm スライス厚1816SD

14121086420FBP
Weak
MildStandard
Strong60SD reduction rate (%)

2050403020100Weak
MildStandardStrong

ノイズ特性:SD@ 1 mm スライス厚SD2520FBP
Weak

15MildStandard

10Strong

5050mAs

100mAs

200mAsノイズ特性:NPS@ 1 mm スライス厚200mAs

1.0E+03
1.0E+02
1.0E+01
1.0E+00
1.0E-0150mAs

1.0E+03
1.0E+02
1.0E+01
1.0E+00
1.0E-01
1.0E-02

1.0E-020.10.61.1

1.0E+04

NPS value (mm2)1.0E+04

NPS value (mm2)

NPS value (mm2)1.0E+041.6

100mAs

1.0E+03
1.0E+02

0.1

FBP
Weak

0.6

200mAs

1.0E+01

Mild

1.0E+00

Standard 100mAs

1.0E-01

Strong1.0E-02

0.1

0.6

1.1

1.6

1.1

50mAs

1.6

ノイズ低減に起因する画質変化
解像度特性:MTF@ 1 mm スライス厚Modulation transfer function

1.1
1.00.90.7

FBP
Weak0.6

Mild

0.5

Standard

0.80.4

Strong

0.3
0.2
0.1
0.0
0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Spatial frequency (cycles/mm)

1.4

1.6

高コントラスト検出能
Catphan slit @1 mm スライス厚
FBP

Weak

Mild

Standard

Strong低コントラスト分解能
QAファントムスリット@ 5 mm スライス厚
FBP

Weak

Mild

Standard

StrongQAファントムプロファイルカーブ（@5mm ｘ 6スライス平均）
40 mAs160160140140CT value (HU)

CT value (HU)

150 mAs
12010080
60
4012010080
60
40202000020406080

75 mAs100120Distance (mm)020CT value (HU)

160FBP
Weak

14012010080

Mild60Standard

40

Strong200020406080

100120Distance (mm)406080100120Distance (mm)QAファントム:コントラストスケール（0.6-1.2 cycles/mm）
40 mAs120120100100Contrast value

Contrast value

150 mAs

80
60402060
40

20

00.60

0.75

0.94

01.20 (cycles/mm)

75 mAs

0.60

0.75

0.94

1.20(0.3LP)(0.4LP)(0.5LP)(0.6LP)

FBP
Weak

120

Contrast value

80100

平均コントラストスケール= CT value highStandard/CT value low
Mild8060

Strong4020(cycles/mm)

00.60

0.75

0.941.20

面内解像度の評価
低CNR の画像より MTF を得るため，水とコントラスト差 30 程度となるような樹脂製のブロックを用い ESF (edge spread function)法にて MTF を求め評価した．
ブロックは 20cmφの水中に固定し撮影した(Fig. 1)．
画像再構成は FBP 法，IR 法（雑音低減強度：強・弱）で行った．

雑音低減率ASiRSAFIREAIDR 3D

雑音低減率は，線量に依存し低減率が変化するもの，線量にほとんど依存しないものに分かれた．

面内解像度: ASiR
Discovery750HD（GE ヘルスケア・ジャパン）

150 mAsFBP
ASiR50%ASiR 100%

ASiR では逐次近似の強度が一緒であれば線量に依存せずMTF 低下の程度は一定であった

25 mAsFBPASiR 50%
ASiR 100%

SOMATOM

面内解像度: SAFIRE
Definition AS+（シーメンス・ジャパン）

150 mAsFBPSAFIRE-1
SAFIRE-5SAFIRE では
線量によって MTF 低下の程度が変化する
線量が多い時では MTFの変化は少ない
線量が下がるとMTF 低下の傾向がある

25 mAsFBPSAFIRE-1
SAFIRE-5

面内解像度：AIDR 3D
Aquilion ONE™/ViSION Edition（東芝メディカルシステムズ）
150 mAsFBPAIDR Weak
AIDR Standard

AIDR-3Dでは線量によって MTF 低下の程度が変化する
線量が多い時では MTFの変化は少ない
線量が下がると MTF 低下の傾向がある

25 mAsFBPAIDR Weak
AIDR Standard

Statistical iterative optimisation
ASiR (GEHC)iDOSE4 (Philips)
SAFIRE (Siemens)
AIDR 3D (Toshiba)
Model-based iterative optimisation
Veo (GEHC)IMR (Philips)

GEHC

PhilipsSiemensIR Level

Dose Level
12 mGy, 48 mGy, 84 mGy, 120 mGy

Scan condition

Brain kernel

ToshibaToshiba

Siemens

PhilipsGEHC

12 mGy48 mGy84 mGy120 mGy

NPS:GE (84 mGy)

NPS:GE (12 mGy)

NPS:Philips (84 mGy)

NPS:Philips (12 mGy)

NPS:Siemens (84 mGy)

NPS:Siemens (12 mGy)

NPS:Toshiba (84 mGy)

NPS:Toshiba (12 mGy)

CNR:GE

CNR:Philips

CNR:Siemens

CNR:Toshiba

GEHCPhilipsSiemens

Toshiba異なる逐次近似応用再構成法における画像描出の違いについて

逐次近似応用再構成法の線量に対する挙動は種類により全く異なり，撮影条件による画像への影響も変化する．
逐次近似応用再構成を臨床応用する際には，これらの影響因子を考慮，理解して使用する必要がある．

逐次近似再構成の臨床応用と被ばく低減
逐次近似応用再構成法の原理
逐次近似再構成の画質特性
画像ノイズ低減効果とアーチファクト軽減効果
低線量撮影のルーチン化（低管電圧撮影）
低被ばく・高画質化
Full interactive reconstruction

Hiroshima University Hospitalノイズ低減効果，HCC TACE後FBP

SD12.2AIDR 3D MildSD9.3

約1.3倍のSDの改善が見られる → 約40%程度の被ばく軽減ノイズ低減効果，HCCFBP

5 mm

1 mm

AIDR 3D Mild

スライス厚の違いによる影響はない

3 mm

ノイズ低減効果，アーチファクト軽減効果
高体重症例
FBP

AIDR 3D Mild

166 cm 93 kg BMI 33.8

ノイズ低減効果，アーチファクト軽減効果
高体重症例
FBP

AIDR 3D Mild

166 cm 93 kg BMI 33.8

ノイズ低減効果，アーチファクト軽減効果
Au-198 グレイン治療後
FBP

AIDR 3D Mild

高吸収な物質からのアーチファクトも軽減している

アーチファクト軽減評価（ストリークアーチファクト）
肝ダイナミック：拳上困難症例
FBP

AIDR 3D Mild

救急撮影時には特に画質改善効果が認められるノイズ低減効果：冠動脈CT
FBP 100mA
SD 71

Strong 100mA
SD 27

RR 40%

RR 40%
ECG dose modulation

Mild 450mA
SD 25

RR 75%

通常では診断が困難に条件下でも診断可能な画像が提供可能

ノイズ低減効果：冠動脈CT
FBP 100mA
SD 71
FBP

Strong 100mA
SD 27

Mild 450mA
SD 25

Weak
MildStandard
Strong

RR 40%

RR 40%
ECG dose modulation

RR 75%

ノイズ低減効果：冠動脈CT
FBP 100mA
SD 71

Strong 100mA
SD 27

RR 40%

RR 40%ECG dose modulation

Mild 450mA
SD 25

RR 75%

ノイズ低減効果：冠動脈CTFBPAIDR 3D Mild

血管形状の再現性

再構成法に起因する画質変化
低コントラスト検出能:Catphan ロッド @ 0.5 mm スライス厚
FC15FC14FC14
AIDR MildFBP
AIDR Mild

SD 8.1
CNR 1.07

SD 6.9CNR 1.23
ノイズ低減によるCNR向上

SD 7.8CNR 1.08

再構成法に起因する画質変化
高コントラスト検出能:Catphan スリット @ 0.5 mm スライス厚
FC15FC14FC14
AIDR MildFBP
AIDR Mild

逐次近似再構成レベルと再構成関数の組み合わせ画質向上

逐次近似再構成の臨床応用と被ばく低減
逐次近似応用再構成法の原理
逐次近似再構成の画質特性
画像ノイズ低減効果とアーチファクト軽減効果
低線量撮影のルーチン化（低管電圧撮影）
低被ばく・高画質化
Full interactive reconstruction

Hiroshima University Hospital低管電圧撮影への応用：60 kg，腎機能低下症例（eGFR 44）
400 mgI/ kg

100 kV AIDR 3D Standard

Aorta: 249 HU

460 mgI/ kg

Portal vein: 145 HU

120 kV AIDR 3D Mild

Aorta: 207 HU

Portal vein: 149 HU

低管電圧撮影への応用：60 kg，腎機能低下症例（eGFR 44）
400 mgI/ kg

100 kV AIDR 3D Standard

Aorta:249 HU

460 mgI/ kg

Portal vein:145 HU

120 kV AIDR 3D Mild

Aorta:207 HU

Portal vein:149 HU

逐次近似再構成の臨床応用と被ばく低減
逐次近似応用再構成法の原理
逐次近似再構成の画質特性
画像ノイズ低減効果とアーチファクト軽減効果
低線量撮影のルーチン化（低管電圧撮影）
低被ばく・高画質化
Full interactive reconstruction

Hiroshima University Hospital

低線量肺がんCT検診への応用

胸部ファントム N-1 ラングマン：株式会社京都科学

チェストプレート：前後30 mm

模擬結節低線量肺がんCT検診への応用：標準体型
8 mm, 10 mm: - 680 HU
120 kV 30 mA 0.5 sec
CTDIvol :0.9 mGy , DLP:32.4 mGy・cm , 0.45 mSv

5 mm
FBP: FC 155 mm
FBP: FC 50

通常体型では，低線量でも十分診断可能

低線量肺がんCT検診への応用：高体格
8 mm, 10 mm: - 680 HU
120 kV 30 mA 0.5 sec
CTDIvol :0.9 mGy , DLP:32.4 mGy・cm , 0.45 mSv

5 mm
FBP: FC 155 mm
FBP: FC 50

高体格では，ノイズの影響を大きくうける低線量CT，高体型：高画質化（高周波強調再構成関数）
8 mm, 10 mm: - 680 HU

5 mm: FBP: FC 155 mm: FBP: FC 50

5 mm: AIDR Strong: FC 155 mm: AIDR Strong: FC 50

肺野関数も使用可能である．

低線量CT，高体型：高画質化（スライス厚）
8 mm, 10 mm: - 680 HU

2 mm: FBP: FC 152 mm: FBP: FC 50

2 mm: AIDR Strong: FC 152 mm: AIDR Strong: FC 50

スライス厚2mmによってパーシャルボリューム効果の影響減少

低線量CT，高体型：高画質化（5 mm小病変）
5 mm: - 680 HU2 mm:
FBP: FC 152 mm:
FBP: FC 502 mm
AIDR Strong: FC 50

スライス厚2 mmによって小病変の検出可能となるDynamic Volume Scan（機能画像診断）への応用
Dynamic Volume Scan
連続スキャンが必要→被ばく線量の増加
低電圧および低線量の必要性

形態画像診断 → 機能画像診断
臨床応用
脳血管造影 4D-CTA（DSA）
嚥下造影
アデノシン負荷心筋パフュージョン
肝臓・膵臓パフュージョン
胸部動態撮影（胸膜癒着診断）
胸部再手術に際して胸膜癒着の有無の術前評価
開胸アプローチ、治療戦略に役立てるDynamic Volume Scan：4D DSA（左横S状静脈洞AVF）

Dynamic volume scan
80 kV 100 mA 0.5 sec AIDR 3D Standard

開胸歴のための胸膜癒着診断CT
骨肉腫・肺転移；左下葉切除術前

開胸歴のための胸膜癒着診断CT
骨肉腫・肺転移；左下葉切除術前Dynamic volume scan
100 kV 30 mA 0.35 sec 10sec FC51 AIDR-3D MildCTDIvol 18.5 mGy DLP 295.8 mGy・cm

逐次近似再構成の臨床応用と被ばく低減
逐次近似応用再構成法の原理
逐次近似再構成の画質特性
画像ノイズ低減効果とアーチファクト軽減効果
低線量撮影のルーチン化（低管電圧撮影）
低被ばく・高画質化
Full interactive reconstruction

Hiroshima University Hospital

LL-PHE4176

Understanding the Principle, Image Characteristics,
and Radiation Dose of Full- and Hybrid Iterative
Reconstruction (IR) at CT
Wataru Fukumoto
Toru Higaki , Fuminari
Tatsugami, Yuko Nakamura
Kazuo Awai
Akira Taniguchi , et al.

Hiroshima University HospitalFull interactive reconstruction
東芝メディカルシステム株式会社の国内薬事未承認品（WIP）が含まれる内容です．
申し訳ありませんが，表示はひかえさせていただきます．

結 語
逐次近似応用再構成法は，画像ノイズ改善，アーチファクトの低減により，診断能の向上，被ばく線量低減が明確となった．
しかし，線量低減に対する挙動はメーカにより全く異なり，撮影条件による画像への影響も変化する．
低線量撮影のルーチン化に加えて，ノイズ低減＋高周波再構成関数による高画質化，低管電圧撮影への応用，動態画像，機能画像による評価が可能となった．
今後，Full iterative reconstructionの導入により，更なる被ばく低減および高画質化（ノイズ低減＋高分解能）が期待される．