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第 140 回CT加納徹††東京理科大学 工学部 情報工学科"CT" by Toru Kano (Tokyo University of Science, Tokyo)
キーワード： CT，画像再構成，アーチファクト

まえがき用いて被写体内部を画像化する技術」を構成」と呼ばれます）．すなわち，X 線

意 味 し ， 光 C T や レ ー ザ C T ， PET

CT はレントゲン撮影よりも高度な技「CT（Computed Tomography）」は， （Positron Emission Tomography）な術であると言えます．

1967 年にイギリスの Hounsfield らにども含みますが，単に「CT」と言ったよって発明された，物体の断層画像（輪場合は通常，X 線を用いた「X 線 CT」

切り図）を得ることができる技術・装置のことを指します．「X 線」と聞くとのことです．切ったり壊したりせずに「レントゲン撮影（X 線撮影）」が頭に浮物体の内部を観察できるようになった

かぶかもしれません．実際，レントゲ恩恵は計り知れず，CTは現在のわれわ

ンと X 線 CT はどちらもグレースケーれの生活に欠かせないものとなっていル画像で一見すると似ており，混同さます．CT画像の例として，著者自身のれることもあります．しかし，レント頭部断層画像を図 1 に示します．病院

ゲンは一方向からのみの単なる X 線透で，体内の異変を発見するためにこの過画像であるのに対し，X 線 CT はさような CT 検査をした，という経験がまざまな方向から X 線照射（レントゲある人も多いのではないでしょうか．

ン撮影）を行い，その情報を用いて断実は CT は，広義には「コンピュータを層画像を計算します（この計算は「再図 1 頭部 CT 画像となっており，「0」と「10」という数値データは「0, 10, 0」という並びの配列にのみで構成されています．「0」は X 線なります．図 2 では簡単のため，4 方向をほとんど吸収しない物質（例：空から X 線を照射して 4 つの投影データから X 線を照射して，さまざまな方向気），「10」は X 線を 10 だけ吸収する物を取得していますが，実際の現場ではからの投影データを収集します．この質（例：樹脂）だと考えてください．検数十〜数百方向からの投影データを収

操 作 の こ と を ， 順 投 影（ F o r w a r d

出器では X 線の強度を計測することが集します．

Projection）（もしくは CT 撮影，CT スできるので，被写体に X 線を照射した

次に，現在 X 線 CT で最も一般的なキャンなど）と呼びます．順投影の過程

際に，どの位置でどれだけの X 線が吸画像再構成法である，逆投影法についを簡単なモデルを使って表すと，図 2収されたかを知ることができます．今て説明します．原理はとても単純で，のようになります．ここで被写体は回の場合，被写体の対称性から，どの前述の順投影で収集したさまざまな方3 × 3 画素の二次元データ（断面データ）

方向から X 線を照射してもその投影向からの投影データを，

X 線 CT の原理
X線CTではまず，被写体の周囲方向

映像情報メディア学会誌 Vol. 75, No. 2, pp. 243 〜 245（2021）（97） 243

知っておきたいキーワード

順投影のときとは逆向きに，計投影であるため，最終的に 4 という方projection）と呼ばれます．しかし，こ算機上の二次元空間に足し合わせてい向数で除すことで，数値のスケーリンの方法では図 3 からもわかるように，くというものです（図 3）．この操作のグを行います．すると中央に「10」とい物質の周辺部にも値が残るため，ぼやことを，逆投影（Back Projection）と呼う数値が現れ，元の被写体の「X 線をけた画像となってしまいます．鮮明なびます．今回の例では 4 方向からの逆10 だけ吸収する物質」を再現できると画像を得るためには，処理過程にボケいうわけです．ここで紹介した方法はを相殺するフィルタ処理を含む，フィ特に，単純逆投影法（SBP: Simple backル タ 補 正 逆 投 影 法（ FBP: Filteredback projection）がよく利用されます．

X 線源（被写体の周りを回転）
再構成画像
検出器

被写体再構成画像（スケール調整後）

投影データ
÷4

図 2 順投影（Forward Projection）

アーチファクト
X 線 CT はとても優れた技術・装置

図 3 逆投影（Back Projection）

体に含まれる金属から発生する「メタ表 1 は，著者の頭部 CT 画像（図 1）にルアーチファクト（Metal Artifact）」

対して，各種アーチファクトをシミュなど，さまざまな種類が存在します．

レーション上で再現したものですが，完璧というわけではなく，さまざまな課題が残されています．その代 表 的 な も の に ，「 ア ー チ フ ァ ク ト（Artifact）」と呼ばれるものがあります．「アーチファクト」は「偽像」とも言われ，装置の不良や被写体の問題により発生する，現実とは異なる像（偽の像）のことを指します．例えば，撮影中に被写体が動くことで発生する「モーションアーチファクト（MotionArtifact）」や，検出器不良によって発生する「リングアーチファクト（Ring（a）実験サンプル（b）再構成結果Artifact）」，「シャワー状アーチファク
図 4 実データにおけるメタルアーチファクト発生例

ト（Shower-shaped Artifact）」，被写

表 1 CT における代表的なアーチファクト
名称

モーションアーチファクト

リングアーチファクト

シャワー状アーチファクト

メタルアーチファクト

再現画像

症

状

画像全体がぼやける

円状の筋が発生する

シャワー状の筋が発生する

大量の筋が発生する

原因

撮影中の被写体の移動

特定の検出器の感度不良

特定方向からの投影データの欠損

撮影対象に含まれる金属244 （98）

映像情報メディア学会誌 Vol. 75, No. 2（2021）

CTとなります．これらアーチファは，樹脂の容器の中に 5 本の鉄釘を立察できない状態となっていることがわ

クトの中でも，特に「メタルアーチて，容器内を樹脂のビーズで満たしたかります．以下では，この問題の解決ファクト」は重大かつ解決困難とされ実験サンプルであり，図 4（b）はそのに向けて，著者らが行ってきた研究のてきました．実際の CT で撮影したCT 撮影の結果となっています．鉄釘一部を紹介いたします．

データにおける，メタルアーチファク部分から放射状のメタルアーチファクトの発生例を図 4 に示します．図 4（a）

トが発生し，その周囲の断層画像が観メタルアーチファクト低減に関する研究
X 線 CT における再構成計算では，「物体による X 線の吸収量は指数関数に従う」ことを前提としています（ランベルト・ベールの法則： BeerLambert Law）．しかし，一般的な X
線光源と金属の間ではこのような単純な法則が成立しないため，計算過程で矛盾が生じ，その矛盾がメタルアーチ（a）補間を用いた結果（b）反復計算を用いた結果ファクトの原因となるわけです．メタルアーチファクト低減のアプローチと

図 5 メタルアーチファクト低減技術の適用結果（対象：図 4 の実験サンプル）

して最も多く見られるのが，投影デー
タ上の金属領域を欠損データとして扱は充分な効果を発揮できませんでした（b））．メタルアーチファクト低減のい，インペインティング（Inpainting） （図 5（a））．次に考えたのが，シミュ効果を数値で示すことはとても難しいなどの画像修復技術により補間するとレーション上でメタルアーチファクトですが，画像の低周波数成分（滑らかいうものです．著者らは，投影データを正確に再現するモデルを構築し，投さ）を用いてある程度見積もることがを並べたときに，物体の投影軌跡がサ影計算と逆投影計算の反復処理を実行できます．図 4（b）のメタルアーチ

インカーブになるという性質に着目することで，徐々に正解の断層画像にファクト発生画像を基準にすると，画し，サインカーブに基づく新しい補間近づけていくというものです 2）3）．こ像の低周波成分は図 5（a）では 107.8，手法を開発し，一定のアーチファクトの方法を用いることで，補間を使うよ

図 5（b）では 349.2 増加しており，数値低減効果を確認しました 1）．しかし，りも高精度にメタルアーチファクトを的にも改善されていることが示されて補間を用いる方法は，複雑なケースで低減することに成功しています（図 5います．

参むすび
本稿では，CT の概要とその基礎的な原理，そして現状の課題と課題解決のため著者らが取り組んできた研究を紹介しました．しかしながら，現状では課題の完全な解決には至っていません．加えて，CT の性能に関する課題は，今もなお多岐にわたり残っています．今後も，われわれの生活の質を向上させるために，世考文献1）加納徹，小関道彦： 二次元的なメタル
アーチファクト低減手法と三次元データへの拡張 ，計測自動制御学会論文集，50，9，pp.633-639（Sep. 2014）2）加納徹，小関道彦： X 線 CT 画像における逐次近似法を用いたメタルアーチファク
ト低減 ，計測自動制御学会論文集，51，12，pp.836-844（Dec. 2015）3）T. Kano and M. Koseki: "A new metal
artifact reduction algorithm based on adeteriorated CT image", Journal of X-Ray
Science and Technology, 24, 6, pp.901-912

か の うとおる

加納徹

2016 年，信州大学総合工学系研究科博士課程修了．
同年，東京工科大学メディア学部助手．2017 年，東京工科大学メディア学部助教．2019 年，東京理科大学助教，現在に至る．X 線
CT の性能向上に関する研究に従事．博士（工学）．

(Dec. 2016)

界中で CT の性能改善に向けたさま
ざまなアプローチが試みられていくでしょう．

（2020 年 11 月 24 日受付）

（99） 245