| 研究課題/領域番号 |
25350536
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| 研究機関 | 愛知県立大学 |
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研究代表者 |
戸田 尚宏 愛知県立大学, 情報科学部, 教授 (00227597)
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| 研究分担者 |
小山 修司 名古屋大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (20242878)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | X線CT / 散乱線 / モンテカルロ法 / 被曝線量 |
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| 研究実績の概要 |
昨年度、グリッドを使用する方法（従来法）よりも散乱線を積極的に利用する方法（提案法）の方が被曝を減少させられる一つの数値実験結果を得た。しかしながら、異なる種々の条件での検証は本年度の検討となっていた。そこで、本年度は異なる条件、特に異なる乱数による多数回の検証実験をまず行った。即ち、８×８ボクセルの対象物に対しコーンビーム照射シミュレーションを行い、モンテカルロ法により散乱線を用いる再構成と従来からの直接線のみを用いる（理想的なグリッドを用いる）方法との間で再構成誤差を比較する検証数値実験を８種類実行した。その結果、直接線のみを用いる方法より誤差が低くなったのは２例にとどまった。
これを受け、昨年度来の計画を変更し、安定に（平均的に）再構成誤差の低くなる条件の検討を最優先した。そのために、対象を細いシリンダ状の均一な物体とし、その長軸に沿ってペンシルビームX線を照射し、透過した直接線と、シリンダ周囲のリング状の検出器により計測された散乱線を測定し、直接線のみを用いた場合と、散乱線も用いる場合とで、減弱係数（１個）の推定誤差を比較する数値実験を新たに構成した。その結果、散乱線を測定するための補助的な検出器を付加する事が精度改善、即ち被曝減少のために必要である事が分かった。幾何学的な条件によっては、およそ１／１００程度にまで被曝を減少させられる例も存在した。しかしながら、断層像再構成にその原理を活かせるか否かに関しては次年度以降の検討課題となった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究開始当初においては散乱線の利用による再構成への影響に関しては検出器前面のグリッドの有無のみが条件であると考えていた。本年度の検証において明らかとなったのは、まず、現行のコーンビーム型CTに設置されている検出器の前面のグリッドの有無で再構成精度に大差は生じない、という点である。この点が明らかとなった事で言える事は、現行の方式であれば、ソフトウエアの載せ替えを行なうだけで、グリッドが不要になるため、その作成にかかるコストの削減を見込めるという点である。しかしながら、グリッドの除去により望める被曝の減少はグリッドにより失われる直接線の減少分のみであり多くても30％程度に留まる。この点のみでは、これまでに得られている散乱線補正の知見からある程度は推し量る事が可能である。しかし、散乱線の持つ情報はそれに留まるものではないと考え、本年度はこの点をさらに深く追求した。即ち、同じ被曝線量でも、検出器に到達する光子の数が多い程精度は高くなる筈であるという原理がどのような場合に成立するか、という原理的な考察から、問題を単純化し、細いシリンダ状の物体を対象とし、その周囲で散乱線を計測するための検出器を新たに設置し、モンテカルロ計算を用いた減弱係数の推定を行えば、直接線のみによる推定よりも精度が上がる筈であるという予想を得た。統計的な観点から、これを検証するため、極めて多数回に登る数値シミュレーションの結果、この予想に違わぬ結果を得る事ができた。上記概要にも記したとおり、条件によっては被曝を１／１００程度にまで減らせられる場合がある事が分かった。この効果に関しては過去に知られていないと考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
上記達成度の項目で記した通り、本研究開始当初は、単に現行のCTからグリッドを取り外せば精度も向上すると考えていたため、本年度のような原理的な点の考察に関しては計画されていなかった。しかし、本年度の成果はその点が本質的であるという認識を深めさせた。従って、一昨年度来の方針である空間量子化の精細化とエネルギー（スペクトル）情報の導入に関しては暫くの間据え置き、原理の追求とその利用法の検討に力を注ぐ。次年度はシリンダに加えて微小球を対象として、散乱角度方向の情報の有用性を検証していく。その結果を踏まえて、散乱線の角度を検出する原理の検討を進めていく。現時点ではコンプトンカメラの原理の利用を考えている。また、先行研究の中で散乱線イメージイングという概念が存在した事を踏まえ、その発展としの本研究の位置づけについても検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実績の概要に述べたように、検証を進めていく上で、散乱線利用の原理的な検討の重要性が高まった。従って計算処理は小規模なサイズの数値実験の結果を吟味し、次の実験を計画していく研究方法が主流となった。従って当初はCPU速度は遅くても多数の並列計算が必要であったが、方法の変更により、高速なCPUが少数の計算環境の有用性が高まった。そこで、本年度は計画より高速なCPUを搭載した計算機を単体で購入する事となり、次年度の使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
２７年度は今後の計画に述べた通り、原理の究明をさらに推し進めるが、理論究明のための協力者（学生）の雇用費用と国際学会（投稿中）の旅費を計画している。
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