High-speed high-spatial-resolution quad-energy X-ray computed tomography scanner using a CdTe array detector

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K10371
• Research Institution: Iwate Medical University
• Principal Investigator: 佐藤 英一 岩手医科大学, 教養教育センター, 教授 (90154038)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: Ｘ線CT / フォトンカウンティング / エネルギー弁別 / CdTeアレー / クアッドエネルギー / トリプルエネルギー / ヨウ素ＫエッジCT / ガドリニウムＫエッジCT

Outline of Annual Research Achievements

●CdTeアレーを用いたトリプルエネルギーCT（TE-CT）の最適化： この研究では0.1mmフォーカスX線管を用い，拡大撮影により画像を得る。まず拡大率を1.0～1.5倍にして，管電流を最大の0.50 mAに調整した。次いで，Raw画像によるエネルギーサブトラクションを止めて，フォトンカウント式を採用した。スレッショルドエネルギーを33と50keVに調整してTE-CT撮影を行い，空間分解能は0.07mmまで改善され，KエッジCTにより血管のコントラストも増した。
●第1世代TE-CTの空間分解能の向上： CdTeを用いた第1世代エネルギー弁別X線CTスキャナーのエネルギー分解能は1% at 59.5 keV程度であり，これ以上の改善は難しかった。ここでは0.1mmフォーカスX線管と鉛製ピンホールを用いて空間分解能を0.2mmまで向上させた。一方，YAP(Ce)-PMT検出器を用いた場合，カウントレートは100kcpsまで増加した。フォトンカウンティングによるエネルギー弁別と被写体でのビームハードニング効果を組み合わせて，画質とコントラストが改善された。
●新しいエネルギー弁別CTスキャナーの構築：　撮影に制動Ｘ線を用いた場合，被写体によりビームハードニングが発生する。被写体により低エネルギーフォトンから吸収され，高エネルギーフォトンは透過する。よって増幅器の増幅率を増すことにより，低エネルギーフォトンによるプロジェクションが消失し，実効エネルギーは増加する。実験では増幅率を増すことにより画像のコントラストが大きく変化し，実効エネルギーも増加することがわかった。

Research Products

• [Journal Article] Whole cancer-region enhancement using meglumine-gadopentetate-glucose solution and 7.0-T magnetic resonance imaging (2021)
  • Author(s): Sato Eiichi、Yoshida Sohei、Takeda Kota、Yoshida Ryoko、Sato Yuichi、Yoshioka Kunihiro、Moriyama Hodaka、Hagiwara Osahiko、Matsukiyo Hiroshi、Enomoto Toshiyuki、Watanabe Manabu
  • Journal Title: Magnetic Resonance Imaging Volume: 80 Pages: in press
  • DOI: 10.1016/j.mri.2021.04.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a dose-rate dosimeter for x-ray CT scanner using silicon x-ray diode (2021)
  • Author(s): Yamaguchi Satoshi、Sato Eiichi、Ieko Yoshiro、Ariga Hisanori、Yoshioka Kunihiro
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 92 Pages: 053103～053103
  • DOI: 10.1063/5.0047546
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Triple-sensitivity X-ray computed tomography using analog and digital amplifiers (2021)
  • Author(s): Yoshida, S., Sato, E., Oda, Y., Yoshioka, K., Moriyama, H., Watanabe, M.
  • Journal Title: Med. Imag. Inform. Sci. Volume: 38 Pages: 1-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Near-infrared-ray computed tomography with an 808?nm laser beam and high spatial resolutions (2021)
  • Author(s): Sato Eiichi、Oda Yasuyuki、Yoshida Sohei、Yoshioka Kunihiro、Moriyama Hodaka、Watanabe Manabu
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 92 Pages: 013702～013702
  • DOI: 10.1063/5.0018976
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Variations in X-ray dose rate with copper filtration (2020)
  • Author(s): Sato, E., Oda, Y., Yoshida, S., Yayaguchi, S., Yoshioka, K., Moriyama, H., Hagiwara, O., Enomoto, T., Watanabe, M.
  • Journal Title: Ann. Rep. Iwate Med. Univ. Center Lib. Arts Sci. Volume: 55 Pages: 1-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-ray-dose-rate measurement using an ionization gap and a digital voltmeter (2020)
  • Author(s): Sato, E., Ichikawa, M., Chiba, T., Oda, Y., Yoshida, S., Yayaguchi, S., Yoshioka, K.
  • Journal Title: Ann. Rep. Iwate Med. Univ. Center Lib. Arts Sci. Volume: 55 Pages: 6-10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A capacitor dosimeter with disposable silicon-diode substrates for 4-MV X-ray beam detection in radiation therapy (2020)
  • Author(s): Yamaguchi Satoshi、Sato Eiichi、Ieko Yoshiro、Ariga Hisanori、Yoshioka Kunihiro
  • Journal Title: Physics Open Volume: 4 Pages: 100026～100026
  • DOI: 10.1016/j.physo.2020.100026
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Triple-sensitivity high-spatial-resolution X-ray computed tomography using a cadmium-telluride detector and its beam-hardening effect (2020)
  • Author(s): Yoshida Sohei、Sato Eiichi、Oda Yasuyuki、Yoshioka Kunihiro、Moriyama Hodaka、Watanabe Manabu
  • Journal Title: Applied Radiation and Isotopes Volume: 159 Pages: 109089～109089
  • DOI: 10.1016/j.apradiso.2020.109089
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Hypoxic-cancer visualization using meglumine-gadopentetate-glucose solution and 7.0-T magnetic resonance imaging (2021)
  • Author(s): 佐藤英一，吉田宗平，武田航太，佐藤裕一，吉岡邦浩，森山穂高，渡邉学
  • Organizer: 第121回日本医学物理学会学術大会
• [Presentation] Triple-sensitivity high-spatial-resolution X-ray computed tomography using a 0.1-mm-focus tube and its beam-hardening effect (2021)
  • Author(s): 佐藤英一，小田泰行，吉田宗平，佐藤裕一，山口哲，有賀久哲，吉岡邦浩，渡邉学
  • Organizer: 第121回日本医学物理学会学術大会
• [Presentation] アナログ増幅器を利用したトリプルエネルギーＸ線CT (2021)
  • Author(s): 佐藤英一，小田泰行，佐藤裕一，吉田宗平，吉岡邦浩
  • Organizer: 第53回日本生体医工学会東北支部大会
• [Presentation] 808nmレーザーを用いた高空間分解能近赤外線CTスキャナーの開発 (2021)
  • Author(s): 佐藤裕一，佐藤英一，小田泰行，吉田宗平，吉岡邦浩
  • Organizer: 第53回日本生体医工学会東北支部大会
• [Presentation] ガドペント酸メグルミン・グルコースとMRIを用いた癌の造影 (2021)
  • Author(s): 佐藤英一，小田泰行，佐藤裕一，吉田宗平，吉岡邦浩
  • Organizer: 第53回日本生体医工学会東北支部大会
• [Presentation] Cancerous-region visualization utilizing a meglumine-gadopentetate-glucose solution and 7.0-T MRI (2020)
  • Author(s): 佐藤英一，小田泰行，武田航太，佐藤裕一，吉田宗平，有賀久哲，吉岡邦浩，森山穂高，渡邉学
  • Organizer: 第119回日本医学物理学会学術大会
• [Presentation] Photon-counting triple-energy X-ray computed tomography utilizing beam hardening (2020)
  • Author(s): 佐藤英一，小田泰行，吉田宗平，有賀久哲，吉岡邦浩，森山穂高，渡邉学
  • Organizer: 第119回日本医学物理学会学術大会
• [Presentation] Triple-sensitivity X-ray CT using a cadmium-telluride detector and its beam-hardening effect (2020)
  • Author(s): 佐藤英一，小田泰行，佐藤裕一，吉田宗平，山口哲，有賀久哲，吉岡邦浩，渡邉学
  • Organizer: 第119回日本医学物理学会学術大会
• [Presentation] High-sensitivity 850-nm-peak near-infrared-ray computed tomography with high spatial resolutions (2020)
  • Author(s): 佐藤裕一，佐藤英一，小田泰行，吉田宗平，山口哲，有賀久哲，吉岡邦浩
  • Organizer: 第119回日本医学物理学会学術大会