デュアルエネルギーCT

デュアルエネルギーCT（Dual-energy CT, DECT）は、異なるX線エネルギー情報を同時または準同時に取得し、物質のエネルギー依存性に基づいて減弱特性を分離・解析する画像技術である。単エネルギーCTに比べ、仮想単色画像や仮想単純CT画像、ヨード定量、有効原子番号・電子密度推定などを通じてコントラスト最適化やアーチファクト低減、定量評価を可能にし、救急・血管・腫瘍・痛風・尿路結石などで臨床的意義が高い。実装はデュアルソース、高速kVスイッチング、二層検出器、分割ろ過などがあり、分光分離・FOV・線量効率にトレードオフが存在する。一方でノイズ挙動やモデル仮定への依存などの限界があり、適切な撮影プロトコルと品質管理が求められる。

 定義 
デュアルエネルギーCT（DECT）は、異なるX線エネルギー情報を同時または準同時に取得し、物質ごとのエネルギー依存性に基づいて減弱特性を分離・解析することで画像化する技術の総称である。単純（単エネルギー）CTが1つの管電圧・ポリクロマチックビームを前提とするのに対し、DECTはエネルギー差を活用して基底物質の寄与を推定し、密度や組成の推定、造影剤の定量、ビームハードニング（硬化）影響の低減などに資する。この枠組みは画像生成そのものではなく、取得データを物質固有の応答へ写像する解析手法を含む点に特徴があり、スペクトルCTとも呼ばれる。定義上は装置アーキテクチャに依存せず、方式差は「原理同一・実装多様」の関係として位置づけられる。一方、臨床的利点は被写体や課題により異なり、画像ノイズやアーチファクトの挙動、解析仮定による不確実性などの制約を理解して用いる必要がある。代表的なアウトカムは仮想単色画像や仮想単純CT画像、元素・物質指標の推定値などである。

 歴史・背景 
デュアルエネルギーCT（DECT）の概念はCTの初期から提案されていたが、当初は管電圧の切替えや二回撮影による空間位置ずれ、線量増加、計算資源の不足などが実用化の障壁であった。マルチスライス化と検出系・電子回路・再構成アルゴリズムの進歩を背景に、2000年代半ば以降に臨床実装が加速し、方式の多様化とともに普及が進んだ。臨床応用の拡大を後押しした要素として、仮想単色画像の普及によりコントラスト雑音比が改善し、造影最適化や読影の安定性が向上したことが挙げられる。線量面では、撮影戦略と再構成技術の改良により単エネルギーCT（SECT）と同等〜近似の水準で運用可能な報告がある一方、装置・部位・プロトコルに依存して増減し得ることが示されている。また「スペクトルCT」という用語が浸透し、物質分解やエネルギー依存性情報の臨床利用を前提とした教育的整理が進んでいる。

 原理 
DECTは、線減弱係数 μ(E) のエネルギー依存性を利用し、測定信号を基底物質（例：光電効果成分とコンプトン散乱成分、あるいは水とヨード）への線形結合として近似する。2種類の異なる有効スペクトルで得た投影から連立方程式を解くことで、投影域または画像域で物質分解を行い、エネルギー依存の情報を再構成に反映する。K吸収端をもつ高原子番号物質（例：ヨード）では、閾値付近での吸収変化が分解精度を高め、選択的な感度向上に寄与する。一方で、物質分解は統計雑音を増幅しやすく、低・高エネルギー画像間のノイズ相関やスペクトル分離の程度、検出器クロストーク補正などがSNRや定量性を左右する。さらに、制約条件や先験情報を用いた拡張分解により、二基底を超える多物質推定も提案されている。

 技術的方式 
 デュアルソース 
 仕組み：管球・検出器を2系統搭載し、低kV／高kVを同時照射して2スペクトルを同時計測。投影域で分離して再構成する。
 長所：同時取得ゆえ動体整合性と時間分解能に優れる（心臓撮影など）。
 留意点：世代により高エネルギー側のFOVが相対的に制限される。装置構成が複雑。
 主用途例：心血管領域、高速心拍の症例など。

 高速kVスイッチング 
 仕組み：単一管球で投影ごと（サブプロジェクションごと）に管電圧を高速切替して2スペクトルを生成。
 長所：幾何が1系統なので空間位置の整合性が高く、一般的な装置構成で適用可能。
 留意点：電源の応答性やスペクトル分離、空間分解能とのトレードオフが議論される。目的に応じたプロトコル最適化が必要。
 主用途例：全身造影検査、腹部・胸部の一般撮影など広範。

 二層検出器 
 仕組み：検出器を上下2層に積層し、高・低エネルギーを同時に分離計測。時間整合性が完全。
 長所：同時取得かつ通常のFOVを確保しやすい。SECTと同様のワークフローで運用可能。
 留意点：層間クロストークや分光分離の設計制約があり、定量性・SNRは実装依存。
 主用途例：造影定量、仮想単色画像、仮想単純CT画像、電子密度推定など。

 分割ろ過（スプリットフィルタ） 
 仕組み：1本のビームを異なる材質のフィルタで2分し、検出器の領域ごとに低E／高Eスペクトルを同時取得。ヘリカル走査で両スペクトルの情報を各ボクセルに割り当てる。
 長所：同時取得で位置ずれが小さく、FOV全幅を確保しやすい。電圧切替を要さずスペクトルが安定。
 留意点：フィルタ境界に伴う幾何学的条件や分光分離の度合いが画質・定量に影響。ピッチ設定や再構成での補間・ノイズ制御が重要。
 主用途例：腹部・胸部造影検査、仮想単色画像／仮想単純CT画像／ヨード定量の日常運用。

 画像生成と派生画像 
取得したスペクトル情報から再構成アルゴリズムにより各種の派生画像が生成される。代表例の仮想単色画像（VMI）は任意keVでの減弱を合成し、低keVでヨード造影のコントラストを高め、高keVでビームハードニング（硬化）や金属アーチファクトの低減に寄与する。仮想単純CT画像は造影成分を数理的に除去して非造影像を近似し、ヨード密度画像（ヨードマップ）は造影剤量の定量と可視化を可能にする。さらに、有効原子番号（Zeff）や電子密度マップは物質識別に加え、放射線治療における線量計算や阻止能比（SPR）推定の基盤データとしての応用が報告されている。VMIの描出や指標の頑健性は装置方式や再構成に依存し、プラットフォーム間での評価が進んでいる。また、低keV VMIは病変コントラストと診断能を改善し得ることが報告されている。表示keVやカラーマップの選択、校正・品質管理は偽陰影や定量誤差の回避に重要である。

 脚注 

カテゴリ:X線撮影