2013 Fiscal Year Research-status Report
モンテカルロ法により散乱線の情報を利用するX線スペクトラルCT
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25350536
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Aichi Prefectural University |
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Principal Investigator |
戸田 尚宏 愛知県立大学, 情報科学部, 教授 (00227597)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小山 修司 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (20242878)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | X線CT / 散乱線 / モンテカルロ法 / 被曝線量 |
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| Research Abstract |
本年度の計画においては、線減弱係数を展開表現する基底関数を１個に限定した上で、散乱線の利用の方法論を構築する予定であった。その際、X線源のスペクトル構造は、実際のX線管のスペクトル分布を用いる事を想定していたが、やはり計算量が多くなる事を鑑み、さらに条件を簡略化させ、X線スペクトルは、単色として検討を行った。また、CT再構成対象領域の量子化を粗くする事（再構成する画像のピクセル数を８×８）で、原理的な可能性の検証を最優先とした。
計算機によるシミュレーション実験により、まず、入射光子数を一定とした上で、散乱線を除去してCT再構成する従来の方式と、本研究で提案する散乱線をモンテカルロ法により考慮する方式を比較した。比較基準は真の減弱係数画像からの２乗誤差とした。その結果、散乱線を考慮する提案方式の方が誤差が小さくなる事を確認した。さらに、従来法において、入射光子数を増加させて行き、本研究の方式と同程度の誤差を与える入射光子数を測定した。その結果、従来方式では10倍程度の入射光子数が必要である事が判った。即ち、提案する方式は、従来の１／１０の被曝で同程度の再構成像が得られる可能性がある事を意味している。
これは、ある限定的な条件の下での結果であり、今後さらに広範な条件の下での検証をシミュレーションにより行い、被曝低減の期待できる効果について追求する必要がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実績の概要に述べたように、本年度はまず、問題の規模を小さくした上で精度の向上が見られる事の検証、及び、本来は２７年度に実施する予定であった被曝の評価に関しても検討した。その理由として、放射線を利用した医療診断において、最も問題となるのは被曝であり、もし、本研究で提案する方式が有効であるならば、被曝を低減できる筈である、という基本的な効果をまず検証する必要性を重視したためである。結果は、上述したように、１／１０以下の被曝で同程度の断層像再構成を行える場合が存在する事が確かめられた。研究計画を作成した時点では、被曝低減に関しては最終的に評価を行えば良いと考えていたが、それが本研究の根幹をなす研究意義である事が進捗とともに明らかとなり、計画の順序の変更に至った。
従って、本年度の予定のうち、PCの並列化による大規模シミュレーションの環境構築に関しては次年度以降に持ち越す事とした。従って、研究を進める意義に関する確証が得られた反面、現実規模での検証環境の構築が遅れていると判断されたため、達成度を（２）とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
被曝を１／１０以下に抑えられるという結果は極めて好ましいものであるが、ある特定の条件下における数値実験結果でしかない。従って、この実験の追試を行う必要がある。本年度実験を担当した大学院生の修了を契機に、次年度は新たに配属される学部学生に第三者的にこの実験の追試を担当させ、その結果の妥当性を確認する。その上で、異なる幾何学的体系下で同様な結果が得られる事を複数の条件下で確認する。さらに空間量子化の精細化（現時点では８×８ピクセルの所を１６×１６ピクセル程度への増大）を行い、被曝低減の画像サイズに伴う変化に関しても検討を行なう。また、数値実験の結果を裏付ける理論的な考察も進める。
また、進捗に問題が無ければ２エネルギーへの拡張を次年度に行なう。そのために、まず、再構成モデルの基底関数は１個のままでX線管のX線スペクトルを単色から多色とした実験を行なう。これはDual-Energyではない通常のX線CTの条件と同じであり、そうしたCTであっても被曝の低減が可能である事の証左ともなり得る。その確認の後、基底関数の数を本来の目標である２個へと増やす。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
実績の概要にも述べたとおり、放射線を利用した医療診断において、最も問題となるのは被曝であり、もし、本研究で提案する方式が有効であるならば、被曝を低減できる筈である、という基本的な効果をまず検証する必要性が重要であるという認識が研究を進める段階で明確となり、本来は２７年度に実施する予定であった被曝の評価を小規模な問題で行なう事とした。これに伴い２５年度での予定であった、複数台のPCの接続による並列化計算環境の構築を次年度以降に繰り越したため、物品の購入の内、PCは一台のみとなった。
２６年度は今後の計画にも述べた通り、引き続き、種々の条件下での被曝の低減の検証と、空間量子化の高精細化を行なう。そのための複数台のPC購入、および学生の雇用費用、さらには学会発表のための旅費を計画している。
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