日本小児放射線学会雑誌14

第 49回日本小児放射線学会シンポジウムより

特集 CT 被ばく：小児CT 被ばくの現状，各CT 機器メーカーの対応
3 . CT 機器メーカーとしての小児 CT への対応
宮西佐代子
シーメンス・ジャパン株式会社

イメージング＆セラピー事業本部

CT ビジネスマネージメント部

Contributing to pediatric CT as a medical-equipment company
Sayoko Miyanishi
CT Business Management Dpt., Imaging & Therapy System Div., Siemens Japan K.K.

Abstract
As our first priority is reduction exposure, Siemens has made market research and development of the system, based on the concept of CARE Program (Combination of Application for Reducing Exposure). It is a multiple program, consisting of“Hardware”,“Software”and“Training”.
Reducing Exposure is also an important issue in pediatric CT. It has been recognized as animportant issue as well as environmental improvement of the examination room and control of“movement”such as breathing, heart beat stop-motion in order to achieve high image quality.
Siemens provides a Solution using a variety of techniques.
Siemens is the world’s largest provider of scale in health care, and we have a lineup of many
clinically relevant innovations to meet the needs of CT. We believe that by providing a variety ofsolutions, we have a role to play in promoting the efficiency of testing and improving the qualityof medical care.
Keywords：CARE Program（Combination of Application for Reduction Exposure）,Reduction exposure

はじめにして，CARE Program（Combination of Applicationfor Reduction Exposure）のコンセプトのもと，装近年，CT の技術はめまぐるしく進歩しており，置の研究開発および製品化を行ってきた（Fig.1）．

それに伴い医療現場における CT が担う役割も非CARE Program とは“ハードウェア”，“ソフトウェ

常に多岐に渡り，必要不可欠な画像診断機器とア”の両面から被ばく低減を実現し，それらを有なっている．その一方で，UNSCEAR（国連科学委

効的に使用していただくための“トレーニング”員会） からの報告に代表されるとおり，医療被ばの 3 本柱からなる複合的なプログラムである．

1）

く全体における CT の割合が高いのも事実である．

さらに，小児 CT においては被ばく低減も重要そのため，我々医療機器メーカーは単に装置の性な課題のひとつではあるが，高画質を実現するた能を向上させるだけでなく，性能を向上させながめには呼吸・心拍動・体動などの“動き”の制御ら被ばくを下げるということが重要課題となってや検査室内の環境整備なども重要な課題と認識しいる．ている．シーメンスではこれらに対しても様々なシーメンスは被ばく低減の追求を第一優先と14技術を用いた Solution を提供している．

Vol.30 No.1, 2014
Real
Time
Display

Precisescanning

CARE
Dose4D

Ultra
Fast
Ceramics

Up to

Up to

Sure View

Adaptive
ECGPulsing

50%
1999

70%
1999

Up to

Hand
CARE

Up to

Pediatric
80 kV
Protocols

Adaptive
CardioSequence

Adaptive
Dose
Shield50%
2002

1-3 mSv

25%
2007<1 mSv

CAREkVSAFI REStellardetector

Up to

To minimize
electronicnoise

Up to68%
1994

30%
1997

No penalty

Selective
PhotonShield4D Noise
Reduction

X-CARE

IRIS

CARE
Analytics

CARE
Dashboard

Dose
Alert

No penalty

50%
2008

Up to

Dose
Analysis

Monitordose

Alert forhigh dose

2010

2010

2010

1981

2008

Up to

Up to40%2008

199960%
2009

15

2007

Up to60%
2010

Up to60%
2010

Flash
Spiral2008

2011

Fig.1 シーメンスの被ばく低減に対する取り組み（表示パーセンテージ（%）は，自社製品比）

本稿では，代表的なシーメンスの被ばく低減技

検査に個別に対応した管電圧の調節は難易度が高術と小児CTに対する取り組みに関して概説する．

く，マニュアルで毎回設定をするには日常診療に被ばく低減における小児 CT への取り組み
1 ．CARE Dose 4D
一般的な AEC（Auto Exposure Control）機構は，おいては非効率である．
Definition シリーズには CARE kV が搭載されてる．本機能は個々の患者や臨床的適応に応じた最適管電圧を自動で設定し，同時に CARE Dose4Dによって管電流の制御を行う機能である（Fig.2）．

本撮影前に撮るトポグラム（位置決めスキャン）
をまた，最新の STRATON 管球は上記機能に加元にして管電流制御を行うが，CARE Dose 4D はえて 70 kV も選択可能となっているため（CAREトポグラムからの情報だけでなく，撮影中にもあChild），さらなる被ばく低減が期待できる．

る方向で受けた減弱のデータを 180 度後の出力に反映させることで線量コントロールを行っている．また，この角度調整を x－y 面内で最大 200 ポイント行っており，減弱の大きな部位においてもより適切な線量調整が可能なため，より最適な線量コントロールが行え，画質を維持しながら被ばく低減が可能である．

2 ．CARE kV
前述に紹介した管電流の制御は既に確立された方法であるが，管電圧の制御に関しても，被検者

70 kV
80 kV
100 kV
120 kV140 kVおよび検査目的に応じて最適な管電圧を選択することで線量が低減できることも報告されている2，3）．
しかし，CT の管電流，管電圧および画質（造影コントラスト，ノイズおよびコントラスト－ノイズ
比：CNR）は複雑に関係しているため各被検者やFig.2 CARE kV

15

日本小児放射線学会雑誌

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3 ．Adaptive Dose Shieldの狭小化によるウィンドミルアーチファクト，ガマルチスライスCT の登場から10 年以上が経過

ントリ回転速度の高速化による画像ノイズの増加

し，現在では多列や検出器幅を謳った CT が存在などが存在し，FBP による画像再構成では非常にするが，被ばく低減の観点から考えると，これら悩ましい問題として直面している．

は単純に喜べる話ではない．検出器幅より細かく

画像再構成法の分野で現在，注目を集めている

管電流制御を行うことは不可能であり，過度な被のが，逐次近似型の画像再構成である．シーメン

ばくを助長する一因になっているだけではなく，スでは PWLS 法（Penalty Weighted Least－Square）

スパイラル撮影時には画像再構成領域の前後 180を 応 用 し た SAFIRE（Sinogram Affirmed Iterative

度分のデータ収集（X 線照射）が必須であり，画像Reconstruction）を 2010 年に発表した．

再構成領域以外にも被ばくすることになる．このSAFIRE は PWLS 法を応用しており，フォワー割合は多列化した CT・検出器幅の広い CT ほど高ドプロジェクションの過程において，焦点サイズくなる．

や検出器サイズ，エックス線スペクトルなど CT

Definition シリーズに搭載された Adaptive Dose

装置の物理特性を加味した計算を行うことができ

Shield は，2 枚のコリメータブレードが独立した
正確かつ高速な動作により画像再構成領域以外への被ばくを低減する．スパイラルスキャン時において開始時には非対称に開き，関心領域ではビーム幅に合わせて開放され，終了時は開始時と同様に非対称に閉じる（Fig.3）．ピッチに連動したコリメータブレードの制御は，画像再構成領域以外への不必要な X 線ビームを遮断し，腹部のルーチン検査では 20％以上（自社製品比）もの被ばく低減を実現する4）．

4 ．SAFIRE（Sinogram Affirmed Iterative
Reconstruction）

Raw data
reconstruction

Image data
reconstruction

Imagecorrection

現在の CT 画像再構成において主に採用されている方法は，統計学的には近似解型に分類される
FBP（Filtered Back－projection）
だが，近年の CT の発展に伴うデメリットとして検出器の多列化によるコーンビームアーチファクト，コリメーション

Fig.4 SAFIRE の原理図

Non Adaptive Dose Shield

Adaptive Dose Shield

Conventional tubecollimation
Pre-Spiral
Dose

Post-Spiral DoseSTRATON with
Adaptive Dose Shield
No Pre-Spiral
Dose

Image area
Conventional technology

Image area
Adaptive Dose ShieldFig.3 従来型コリメーション（左）と Adaptive Dose Shield（右）16No Post-Spiral DoseVol.30 No.1, 201417

（Correction Image），一方で計算式としての解の評価と実績を有しているシーメンスでは，次世代安定化を図るために正規化（Regularization）を取における被ばく低減を見据えた取り組みとしてり入れたパートもある（Fig.4）．これにより，低新しい検出器『Stellar Detector』（Fig.5）を開発し，線量撮影において，単に画像ノイズを低減するだ

2011 年の北米放射線学会で発表し，2012 年よりけでなく，空間分解能の担保も実現した理想的な実機搭載を行っている．

CT 画像を作成することが可能となった．結果と従来の X 線検出器構造ではシンチレータで入してはSAFIREを使用することにより最大60％（自射 X 線の強度に比例した光に変換し，フォトダイ社製品比）の被ばく低減を実現することが可能でオードで光から電気信号に変換する．次に信号はあり，2011 年 11 月に米国の政府機関である FDA

フォトダイオードからアナログで出力されるが，（Food and Drug Administration）の 認 可 を 得 て，この際にアナログ回路上のノイズが生じる．特に被ばく低減の有効性が認められている．

低線量撮影の場合には SNR 低下の影響は大きく，

5 ．Stellar Detector

これが線量低減にリミテーションをもたらす 1 つの要因となっている．

シーメンスは検出器素材の開発を自社のディテ

しかし，シーメンスが新しく開発した検出器

クタ開発研究所で行っており，現行の全ての CT

Stellar Detector では，アナログデジタル変換を行において，感度が高く残光特性の良い検出器素材

う AD コンバータをシンチレータに直接蒸着するである UFC（Ultra Fast Ceramic）を使用している．

技術を開発し，入射 X 線をデジタル信号として取この検出器素材における発光効率は従来の 2.5 倍，り出せる IC チップ化の具体化に成功した．この残光特性は 250 倍の能力を有しており，被ばく低シーメンス独自の技術により従来の検出器に比べ減を実現するために必要不可欠なハードウェアとて大幅にノイズを低減させることで，低線量撮影して広く認知されている．

においても SNR を担保した画像の取得が可能と近年では SAFIRE に代表される逐次近似法による画像再構成法に注目が集まっているが，もちろん被ばく低減に対する取り組み方法は冒頭に示したとおり多岐にわたる．被ばく低減において高いなった．

被ばく低減以外における小児 CT への取り組み
1 ．装置の静寂性小児の検査において，高画質と低被ばくを両立することも重要だが，これらを実現するためには患児が安心して検査を受けることができる環境を整えることも重要であると考える．
通常，CT 装置はガントリ内に発生した熱はファンによる冷却，空冷方式が一般的である．特別なシステムが不要ではあるが，冷却ファンによる音によって寝ている患児が起きてしまったり，起きた状態で検査可能な患児は恐怖心を抱いてしまったりと検査に支障をきたす場合がある．
これらに対して，Definition シリーズではガント
リ内に発生した熱を直接外気と熱交換可能な水冷方式を選択することが可能なスキャナーを有している．水冷方式の場合，室外にチラーシステムを設置する必要があるが，ガントリ自体にファンがないため，静寂性を担保することができる．また，Fig.5 Stellar Detector 概観図

ガントリ内で発生した熱は検査室内に放熱せず，

17日本小児放射線学会雑誌18

外気と直接熱交換するため，検査室内が高温にな固定をするのに一工夫が必要で，検査を始めるまらないため，室内を快適な温度に設定することがでに時間を要してしまうこともある．

可能である．検査を受ける側にとっても最適な室

しかし，当社の CT 装置には小児専用の固定具

温に設定できるメリットはもちろんだが，検査室（Fig.6）が選択可能なため，簡便に固定かつ安全内の温度変化が少ない状態を保つことができるたに検査を行うことができる．

め，装置の安定稼動にも繋がるメリットもある．

3 ．時間分解能の向上
2 ．小児専用固定具

小児の検査において，被ばく低減は最も重要でCT 装置には撮影部位に応じた固定具が付属品はあるが，高画質を実現するためには呼吸・心拍として用意されているが，どれもが成人用のもの

動・体動などの動きに対する制御も肝要である．

がほとんどである．そのため，小児の検査の際は動きを制御するためには時間分解能を向上させることが最も効果的である．CT で定義される時

クッション

腕固定用マジックテープストラップ
ヘッドサポート

間分解能は，x－y 面内（シャッタースピード）および z 軸方向（テーブルスピード）の 2 つに分けられる．心拍動の影響には x－y 面内の時間分解能の向上が，呼吸・体動の影響には z 軸方向の時間分解能の向上が大きく寄与する．
SOMATOM CT のフラッグシップモデルである
Dual Source CT（ 以 下，DSCT），Definition Flash
は x－y 面内の時間分解能は 75 msec，z 軸方向の時間分解能は 46 ㎝/secと，ともに非常に高い時間分解能を実現しているため，DSCT だからこそ実現できた高速二重螺旋撮影が搭載されている．

フラップ
ボディサポート

胴体固定用マジックテープ

Fig.6 小児専用固定具

Standard Spiral(Single Source CT)
not sedated

Fig.7 SSCT と DSCT の比較

18

Single Source CT（以下，SSCT）の場合，小児

マットは成人のように意思疎通が可能ではないため，鎮静を行わないとクオリティの低い画像（Fig.7a）になってしまう．鎮静下ではクオリティの高い画像

Standard Spiral(Single Source CT)
sedatedFlash Spiral(Dual Source CT)
not sedateda b c

Vol.30 No.1, 2014

を得ることが可能であるが（Fig.7b），投薬のリスクが伴う．それに対して DSCT では，鎮静を行わずともクオリティの高い画像を得ることが可能
5，6）
で，かつ低被ばくも実現している（Fig.7c）．

さらに，前述の CARE Child・SAFIRE・StellarDetector を組み合わせることで，更なる被ばく低減の実現が期待できる．

まとめ
シーメンスは常に被ばく低減を優先課題として取り組んでおり，その一部を本稿で紹介した．しかし被ばく低減へのアプローチは多岐にわたり，紹介しきれなかった内容も数多く存在するため，ウェブサイト www.siemens.com/low-dose（英語）もあわせてご覧いただきたい．
また，シーメンスは医療における世界最大規模のプロバイダーであり，CT においては臨床ニーズに即した多くのラインナップを有している．加えて，単なる製品の提供だけではなく，今回紹介した被ばく低減技術をはじめとする医療環境にまつわる様々なソリューションの提供により，医療19●文献1） Mettler FA Jr, Thomadsen BR, Bhargavan M,et al : Medical radiation exposure in the U.S. in2006 : preliminary results. Health Phys 2008 ; 95 :502 - 507.
2） Siegel MJ, Schmidt B, Bradley D, et al : Radiationdose and image quality in pediatric CT : effect oftechnical factors and phantom size and shape. Radiology 2004 ; 233 : 515 - 522.
3） McCollough CH, Primak AN, Braun N, et al : Strategies for Reducing Radiation Dose in CT. Radiol
Clin North Am 2009 ; 47 : 27 - 40.
4） Deak PD, Langner O, Lell M, et al : Ef fects of
Adaptive Section Collimation on Patient Radiation
Dose in Multisection Spiral CT. Radiology 2009 ;252 : 140 - 147.
5） Lell MM, May M, Deak P, et al : High-Pitch SpiralComputed Tomography effect on image quality
and radiation dose in Pediatric Chest Computed
Tomography. Invest Radiol 2011 ; 46 : 116 - 123.
6） Han BK, Lindberg J, Grant K, et al : Accuracy andsafety of high pitch computed tomography imaging in young children with complex congenital
heart disease. Am J Cardiol 2011 ; 107 : 1541 - 1546.の質の向上や検査の効率化が推進する一役を担っていきたいと考える．

19