| 研究課題/領域番号 |
19K12779
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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) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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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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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、開発した小児型心臓動態ファントムを用いて小児心臓CT検査時の画質と被ばく線量の関係を解明し、小児心臓CT検査の最適化法を検討することである。2021年度は、小児心臓CT検査において被ばく低減手法の一つとして推奨されている低管電圧の使用が画質と線量に与える影響を評価した。造影血管の描出能の評価では、一般に、コントラスト分解能(CNR)を指標とするが、心臓CT検査の場合、体動によるモーションアーチファクトが要因の血管の不鮮鋭化の評価も重要となる。同じ理由で、ノイズの増加も問題となるが、近年では逐次近似画像再構成法(IR法)やディープラーニング画像再構成法(DLR法)の登場により、画像ノイズは診断に支障のない程度までに低減可能となっている。しかし、IR法やDLR法では、ノイズ低減と同時に信号成分も削られ、像がボケる場合があるうえ、非線形画像処理法であるため、画像の鮮鋭度評価法として従来使用されているMTFを評価する方法は適用できない。そこで我々は、金融工学分野で汎用されているローレンツ解析とジニ係数を応用した新しい鮮鋭度評価法を考案した。 心拍数を140bpmに設定し、管電圧を80 kV、100 kV、120 kVと変化させ、CTDIvolが一定となるよう管電流を調整し、心電同期下で心臓動態ファントムを撮影した。得られた画像の血管周辺に関心領域(ROI)を設定し、血管のCNRと鮮鋭度指標(ジニ係数)を測定・比較した。結果、低管電圧ほど血管のCNRは増加し、鮮鋭度は低下した。一方、独自開発した乳児型人体ファントム臓器線量計測システムを用いて臓器線量評価を行ったところ、80 kVにおける乳房線量は、他の電圧に比べ若干高い値を示した。よって、低管電圧の使用では、血管の視認性は増すが、血管の不鮮鋭化や体表臓器の線量増加に注意が必要であることが明らかになった。
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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
初年度と同様に、2021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おり、計画通りに実験を行うことができなかったが、後半は徐々に感染状況によっては実験を許可していただけるようになり、研究の実施環境が基に戻りつつあった。2021年度は、作製した心臓動態ファントムを用いて、被ばく低減を目的とした撮影条件の検討を画質と線量の両面で行なった。ただし、線量測定では、研究計画当初に予定していたガラス線量計の使用がコロナ感染状況が落ち着いた時期においても研究協力を依頼している施設において許可されなかったため、急遽、先の研究で開発済みのSi-pinフォトダイオード線量計を代用することで、臓器線量および実効線量の評価が可能となり、画質との関係性を調べることができるようなった。結果、従来臨床で推奨されている低管電圧の使用では、表面臓器(心臓CTのスキャン範囲内では乳房)の線量がわずかではあるが増加する傾向にあることがわかった。一方、年度前半は、先天性心疾患の病態を模擬するために、駆出率を40％に設定して心拍数、心位相、撮影条件等の検討を行ったが、後半では、健常児の駆出率に近づけるために60％～70％に設定して画像収集を試みた。ところが、作製した心臓モデルを構成している樹脂の伸縮性に限界があり、160 bpm以上の高心拍数に設定すると、心室部分が破裂することがわかった。乳幼児の正常心拍数の100～140 bpmでの検討においては高駆出率においても実験が可能であったため、今後も支障なく研究を進められるが、更なる高心拍での検討も視野に入れ、心臓モデルの素材の再検討も行いたいと考えている。また、冠動脈の病態を模擬した血管狭窄モデル(狭窄率25%、50%、75%)を作製した。これにより、冠動脈狭窄部の画質評価を行う準備が整った。
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度も、新型コロナウイルスの感染者数が減少した時期を見計らって、研究協力関係にある各病院へ実験を依頼するという研究実施形態になると考えられる。2021年度に、被ばく低減目的の低管電圧使用で、冠動脈の不鮮鋭化が血管内腔の評価において問題となる可能性が明らかになった。そこで2022年度の実験の予定としては、前年度に作製した冠動脈狭窄モデルを心臓動態ファントムに装着し、撮影条件や画像再構成法によって血管内腔の評価がどのように変化するかを調査する。画質評価には、前年度に考案した数理統計学的画質評価法(ジニ係数を指標とした鮮鋭度評価法)を用い、鮮鋭度と血管の視認性の相関関係を調査する。また、血管狭窄部を広げる医療器具の一つであるステントが要因となる金属アーチファクトの評価を、共同研究者の今井らが考案した極値統計学に基づくGumbel法を用いて行なう。各種アーチファクトの特性と血管の不鮮鋭化の関係を調査した後、CT装置に搭載されている各種アーチファクト低減機構の有効性を定量的に評価する。各検討条件における被ばく線量評価では、基本、2021年度と同様に、自作のSi-pinフォトダイオード線量計を人体ファントム内に多数設置した乳児型人体ファントム臓器線量計測システムを用いるが、コロナ感染状況が落ち着き、ガラス線量計読み取りシステムをお借りしている施設での入構が可能となれば、研究計画当初に予定していたガラス線量計と、先の研究で開発した日本人型0.5歳児人体ファントムを用いた臓器線量計測システムを用いて被ばく線量評価を行う予定である。ガラス線量計の使用が可能になれば、より多くの測定点での線量評価が可能になる。年度の後半では、臓器線量および実効線量と画質との相関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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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じた理由は、2021年度に作製を計画していた冠動脈モデルの形状に変更が生じ、予定していた費用よりも安価に冠動脈モデルの作製が可能となったことと、新型コロナウイルス感染拡大により、国内外の学会による研究発表会の多くが開催中止やリモート開催に変更となり、計上していた旅費を使用する必要がなくなったため、その経費を2022年度に繰り越すことになったためである。2022年度は、ステントの購入と成果発表のための旅費に当該助成金を使用することを予定している。
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