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

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H03868
• 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, 教授 (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, 歯学部, 教授 (50139614) ; 荒木 和之 昭和大学, 歯学部, 教授 (50184271) ; 藤原 航三 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70332517)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 歯科用CT / フォトン・カウンティング

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。
2020年度は
１）高電圧出力を可能とした管球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、フォトンカウンティングを用いることで歯の実効原子番号、電子密度の算出及びカラー画像化が可能であることが示唆された。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

新型コロナの感染拡大により、以下の2点が遅れを招いた理由である。
１）エックス線照射装置の購入が遅れたために、その安定性試験なども大幅に遅れた。
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。出張制限が長引き、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
各種撮影条件（電圧、電流、フィルタ、フレームレート）でのモジュール温度、データ処理時間について検討する。
さらに、ピクセルごとに高速信号処理回路を付与した場合のスペクトル検知センサーの安定化について検証する。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
顎骨ファントム等を用いて、フォトン・カウンティングによる顎骨の多元分析に適した計算式を作り上げ、そのカラー画像化を目指す。また歯科用材料を埋入もしくは充填した顎骨ファントムを用いて、フォトン・カウンティングを利用したアーチファクト除去アルゴリズムを作り上げる。