2020 Fiscal Year Annual Research Report

Novel concept of IVR system based on object identification in X-ray fluroscopic images for drastic dose reduction

Research Project

Project/Area Number	19H04478
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	菊池洋平東北大学, 工学研究科, 准教授 (50359535)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小谷光司秋田県立大学, システム科学技術学部, 教授 (20250699) 千田浩一東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (20323123) 志田原美保 (古本美保) 東北大学, 工学研究科, 講師 (20443070) 渡部浩司東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 教授 (40280820) 狩川大輔東北大学, 工学研究科, 准教授 (40436100) 松山成男東北大学, 工学研究科, 教授 (70219525) 松原佳亮秋田県立循環器・脳脊髄センター(研究所), 放射線医学研究部, 研究員 (40588430)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	インターベンショナルラジオロジー / 半導体検出器 / 医用画像処理技術 / 低被ばく化技術 / X線エネルギー分解画像
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題では、ハードウェア面の研究開発として、X線エネルギー分解画像を取得可能なフラットパネル検出器に活用するための半導体検出器（Double sided strip型）の開発を行う。これについて、候補の中からガリウムヒ素（GaAs）を主たる材料として選択し、前年度抽出されたプロセス条件に従って検出器デバイスの試作・性能評価を行った。評価の結果、GaAs検出器の両面に形成された積層金属電極の整流作用によってこの検出器が良好な逆バイアス特性を有していることが分かった。また、低エネルギーガンマ線に対する検出信号の取得を通じて、この逆バイアス特性が低ノイズでの光子計測に寄与していることが確認された。上記のハード面の開発に並行して、前年度に引き続きX線エネルギー分解画像による透視画像内の物体特定に基づく低画質透視画像の高画質化手法についての方法論の開発を行った。この開発を通じて、画素間のビニング処理を行うことで、一桁低い統計精度が低いエネルギー分解画像においても高画質化手法に活用しうることが予想される物体特定情報が抽出できることが分かった。また、機械学習モデルを用いた同様の物体特定技術（セグメンテーション）についても検討を行い、当該のモデルがX線透視下での治療に用いられるガイドワイヤー等の線状の医療デバイスに対して良好な判別性能を示したことが確認された。また、最終的な画質改善処理が施された画像を主観的・認知工学的な視点から評価するのに用いる予定の視線追跡評価法についての方法論の検討については前年度までの成果を進展させた。特に、医療従事者を対象とした認知的な実験において重要となる視線情報についてのキャリブレーション手法について新たな手法を提案ができる可能性を示唆する知見が得られた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の計画に沿って、研究・開発を進捗することができた。検出器開発においては、昨年度に引き続き、文科省の装置利用プロジェクト（ナノテクプラットフォーム）や国立研究所（高エネルギー加速器研究機構）からの協力を得ることで問題無く進展しており、特に、検出器自体の開発に関して計画当初に予想した性能が得られていることを示唆する結果が得られている。また、画像処理技術に関しても、その根幹となるセグメンテーション法の検討などで良好な結果が得られており、成果発表などに耐えるデータも蓄積している。このため、本課題にかかる研究は順調に進捗しているものと考える。
Strategy for Future Research Activity	今年度（２０２０年度）までと同様に、概ねのところ当初計画した流れに沿った項目について実施していく予定である。計画初年度の研究開発を通じて、検出器開発においては、当初複数を候補として挙げていた検出器材料（CdTeとGaAs）を絞ることについての考慮が必要であることが推測された。これについて、今年度の研究の成果から後者を使用することが効率的な研究の進行に寄与することを明らかにすることができており、その方針に従って今後の研究を進捗していく予定である。