フォトン・カウンティング機能を搭載した新しい組織分析型歯科用ＣＴの開発

Research Project

Project/Area Number	20H03868
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 57040:Regenerative dentistry and dental engineering-related
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	飯久保正弘東北大学, 歯学研究科, 教授 (80302157)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	青木徹静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (10283350) 佐々木啓一東北大学, 歯学研究科, 非常勤講師 (30178644) 河合泰輔日本歯科大学, 生命歯学部, 教授 (30350143) 石幡浩志東北大学, 歯学研究科, 助教 (40261523) 小林馨鶴見大学, 名誉教授 (50139614) 荒木和之昭和大学, その他部局等, 特任教授 (50184271) 藤原航三東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70332517) 小嶋郁穂東北大学, 大学病院, 講師 (80447169)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥16,120,000 (Direct Cost: ¥12,400,000、Indirect Cost: ¥3,720,000) Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000) Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000) Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2020: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Keywords	歯科用CT / フォトン・カウンティング / 歯科用ＣＴ
Outline of Research at the Start	歯科用コーンビームCT（歯科用CT）は、アーチファクトの軽減と組織のＸ線吸収値の安定化（定量化）が課題である。近年、微弱なＸ線を感知する素子としてテルル化カドミウム（CdTe）半導体が注目されている。CdTe半導体は、Ｘ線を直接感知することができるため、光子（フォトン）をそのままカウントすることにより、物質の原子番号や電子密度を定量評価することが可能である。本研究は、CdTe半導体を用いた歯科用CTに実用可能なフォトン・カウンティング機能を開発することを課題とする。これにより、アーチファクトの極めて少ない、高い濃度分解能と空間分解能を有した歯科用CT装置を開発し、実用化することを目的とする。
Outline of Annual Research Achievements	歯科用コーンビームCT（歯科用CT）は、Ｘ線不透過性の極めて高いインプラントや歯科材料が撮影範囲に含まれるため、アーチファクトの軽減と組織のＸ線吸収値の安定化（定量化）が課題である。近年、微弱なＸ線を感知する素子としてテルル化カドミウム（CdTe）半導体が注目されている。CdTe半導体は、Ｘ線を直接感知することができるため検出感度や画質の低下が少なく、光子（フォトン）をそのままカウントすることにより、物質の原子番号や電子密度によるエネルギースペクトルの変化を定量評価することが可能である。本研究は、CdTe半導体検出器を歯科用CTに搭載することで、歯科用CTに実用可能なフォトン・カウンティング機能を開発し、骨や歯のエックス線に対するモノクロマティック特性に依存した多元的分析が可能であり、かつアーチファクトの極めて少ない、高い濃度分解能、空間分解能を有した歯科用CT装置の実現化を目指すものである。 2021年度は１）高電圧出力を可能とした管球およびライン型CdTe半導体検出器をプロトタイプの歯科用CT開発用冶具（以下、開発用冶具）に設置した。２）抜去歯に対し、CdTe半導体検出器によるフォトン・カウンティング機能を用いて、エナメル質と象牙質の実効原子番号及び電子密度の算出を可能とする計算式を検討し、そのカラー画像化を試みた。その結果、エナメル質と象牙質には明瞭な差が確認され、う蝕についても明瞭にカラ―表示が可能であった。３）フォトンカウンティングを用いて、下限値設定を行っての画像化を検討した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 以下の2点が遅れを招いた理由である。１）CdTe半導体検出器の改良を行いながら研究を進めていく予定であったが、半導体が入手困難となり、検出器設計に大幅な遅れが生じている。２）静岡大学で申請者および分担者が資料のエックス線撮影をしながら、装置および撮影条件の改良を加えていき、適切な撮影条件を検討するはずであった。新型コロナの感染拡大により、幾度かの出張制限がおこり、一緒に実験を行うことが出来なかったため、実験の進行が大幅に遅れた。
Strategy for Future Research Activity	[1]CdTeモジュールと電気回路の改良今年度は各種撮影条件（電圧、電流、フィルタ、フレームレート）でのモジュールの受光能力やデータ処理の安定性について検討する。さらに、得られたスペクトルデータを集約する高速処理LSIのさらなる高速化を進める。 [2]多元分析画像用アルゴリズムの開発１）フォトンカウンティングをにより、エネルギーの下限値処理を行ってのCT画像作製を行い、歯科用材料のアーチファクト軽減と画像解像度を検討する。２）１）で検討した撮影条件ごとの画質（空間分解能、濃度分解など）について歯科用CT評価用ファントムおよび頭頸部ＣＴ用ファントムを用いて評価する。さらに、歯科用材料をファントムに埋め込み、アーチファクト除去アルゴリズムについても検討する。