| 研究課題/領域番号 |
19K12779
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分90110:生体医工学関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
川浦 稚代 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 講師 (60324422)
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| 研究分担者 |
藤井 啓輔 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 講師 (40469937)
今井 國治 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 教授 (20335053)
池田 充 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 教授 (50184437)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 放射線防護 / 医療被ばく / 小児心臓CT / ファントム / 画質評価 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、近年のCT装置の技術進歩に伴い、その検査件数が急増したことで被ばくリスクの増加が懸念されている小児の心臓CT検査において、独自に開発した小児用心臓動態ファントムと小児用臓器線量計測システム、ならびに、微弱光測定システムを利用した線量分布計測システムを用いて、小児心臓CT検査時の画質と線量の関係解明を試みる。また、造影剤の物理特性が被ばく線量と画質に及ぼす影響を調査し、得られた成果を総合的に評価することで、小児心臓CT検査の最適化について検討を行う。
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| 研究実績の概要 |
小児の心疾患に対する画像診断では、超音波検査やＭＲＩ検査などの放射線を使わない画像診断検査の適用が推奨されるが、心臓CT検査は、心臓や血管、隣接する組織・臓器の微細構造を短時間に3次元的に把握することが可能であることから、治療計画や術後のフォローアップでの利用が急増している。そこで本研究では、画質を担保しつつも、放射線被ばくが低減可能な小児心臓CT検査の最適化を目的とする。現在までに我々は、小児心臓CT検査時で問題となっている、モーションアーチファクトによる画質低下に着目し、ファントム実験をベースとして、心拍数や心位相、撮影条件の違いによる画質変化を調査してきた。2022年度は、近年開発が進められているモーションアーチファクト低減技術(動態ベクトルアルゴリズム：SSF)使用時の画質改善効果において、心臓の動きや、撮影条件が与える影響を、コントラスト分解能(CNR)、画像ノイズ、鮮鋭度(ジニ係数)などの物理指標を用い、客観的に評価した。また、新たに、冠動脈断面像の形状(CircularityとRoundness)変化がモーションアーチファクトの評価指標として適用可能かどうかを検討した。心臓の動きが激しい収縮中期は、心臓の動きが静止状態の収縮末期に比べ、Circularity、Roundness共に低い値を示し、視覚的にもモーションアーチファクトにより血管像がブレて変形していることが確認できた。SSF処理後の画像では、血管像の変形が改善し、Circularity、Roundness共に高い値を示した。よって、CircularityとRoundnessは、モーションアーチファクトによる血管像の変形を評価する指標として有用であると考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2022年度も研究に協力いただいている各病院において、新型コロナウイルスの感染拡大防止対策のための入構制限が設定されている期間が多かったことから、計画通りに実験を遂行することに苦慮した。また、実験を行える機会が少ないことから、一度に多くの設定条件で画像データの収集を行わなければならなかったことや、乳幼児の心拍数を模擬するため、120-140 bpmという高心拍で激しく心臓モデルを動かしながら、長時間撮影を行うことが多かったため、心臓動態ファントムの劣化が激しく、何度か心臓モデルに穴が開き、作り直すという作業を繰り返した。そこで、心臓モデルの形状を見直し、穴が開きにくい構造に変更した。この構造変更における試作品等の作製に時間がかかり、研究の進行に遅れが出る要因となった。しかし、昨年度から徐々に蓄積した画像データを用いて、新しい画質評価指標も検討しながら画像解析を進め、実験の再現性およびデータの信頼性を確認することができた。2022年度に検討予定であった冠動脈狭窄モデルを使った狭窄部位の画像解析は、心臓モデルの形状変更に伴い固定がうまくいかなくなったため、現在、狭窄モデルの固定法の検討を行っている。また、現状の心臓動態ファントムは、水で満たした水槽内部に心臓モデルを配置した構造となっており、肺や椎体は存在しない。よって、このファントムを撮影する際の撮影条件は、実際の臨床条件よりも若干高めに設定される。そこで臨床条件に少しでも近づけるために、水槽内部に固定できる肺と椎体モデルを設計した。残念ながら研究費の関係で作製までには至っていない。現在、材料や形状を変更し、安価に作製できないか検討中である。これが作製できれば、よりヒトに近い撮影条件で画像収集が可能になると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では、モーションアーチファクトによる画質低下を改善することで、画質を診断可能レベルに担保しつつ、被ばく低減が可能な検査方法の検討を行っている。特に、モーションアーチファクト低減技術(特にSSF)に着目しており、年齢や体格、体動の違いによって撮影条件が異なる小児において、画像処理条件の最適化が可能かどうかを検討している。現在までの我々の検討から、SSFは、計算に必要な画像セットのCT値が低い場合や、心臓の動きが激しすぎる場合は動作しない場合が多いことがわかった。つまり、心拍が速い小児においては、SSFの画質改善効果は成人の場合に比べ低いと考えられる。そこで2023年度は、この問題を解決すべく、SSFの画質改善効果を向上可能な新しい画像処理法を考案し、その画質改善効果について検討を行う。本研究で考案される画質改善法の有効性が証明されれば、高心拍で不整脈を伴う小児においてもモーションアーチファクトによる画質低下がより効果的に抑制でき、画質が改善されれば、被ばく低減にもつながると考えられる。画質評価指標には、昨年度同様、コントラスト分解能(CNR)、画像ノイズ、鮮鋭度(ジニ係数)、冠動脈のCircularity、Roundnessを用いる。また、被ばく線量評価には、Si-pinフォトダイオード線量計を用いた人体ファントム臓器線量計測システムを用いる。一方、小児の心臓CT検査では、2管球CT装置の有用性も報告されている。そこで2023年度は、2管球CT装置を使用した際の画質と線量の関係解明も試みる。解析結果を基に、小児心臓CT検査における画質と線量の関係を総合的に評価し、最適な小児心臓CT検査条件を提案する。
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