Development of photon counting mammography using ultra-sensitive semiconductors

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K12716
• Research Institution: Gihu University of Medical Science
• Principal Investigator: 篠原 範充 岐阜医療科学大学, 保健科学部, 教授 (00402222)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小口 真一 岐阜医療科学大学, 保健科学部, 研究員 (40899142) ; 西原 利幸 岐阜医療科学大学, 保健科学部, 研究員 (50899143)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: マンモグラフィ / イメージャ / Ｘ線フォトンカウント / 深層学習

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、マンモグラフィに使用される検出器の感度と解像度を大幅に向上させることで、受診者に対する被曝量を大幅に低減させるとともに、画像診断の精度を格段に向上させることで乳がんの早期発見につなげることを目的とした．
我々は、最先端の低ノイズ回路技術と、桁外れの高感度光検出専用フォトダイオードを組み合わせた超高速撮像、超高解像度、超高感度イメージャ（ CPD CMOS Photon Detector ）を用いて今までの医療用X線画像検出器にはない新たなイメージングを実現する医療用X線検出器の開発を進めてきた．
2021年度は，Ｘ線出力および焦点をCPDの特性に合わせたＸ線管球を購入して基礎特性の把握と物理評価を行う予定であった．しかし，コロナの影響によりＸ線管球の納品が大幅に遅れたため，これまで基礎研究に用いて医療用装置のデータを基に断片的な画質評価やシミュレーションの見積もりを行った．Ｘ線管球納品後も現地で共同研究者と実験することも難しい状況であったが，CPDテストチップとシンチレータを組み合わせたＸ線フォトンカウント受光素子を16個作成し、感度、エネルギー特性などの物理特性の計測を行った．まず，新たに購入したＸ線管球とCPDの特性を把握するため，モリブデン，アルミ，銀などのフィルタを入れて計測した．その中でアルミが最適と考え，ホワイトノイズを4時間かけて3回取得して，CPD素子をキャリブレーションした．その後，直径と薄さの異なる金属を撮像して空間分解能，コントラスト分解能のおおよその見積もりを行った．また，検出したＸ線フォトンを画像化する際にフォトンが入射した領域が近い場合にフォトン数を正確にカウントできない課題が明らかになった。これらに対して深層学習を用いたアプローチを初期的に開始した．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

コロナの影響によりＸ線管球の納品が大幅に遅れた．また，Ｘ線管球納品後も現地で共同研究者と実験することも本学規定により難しい状況であった

Strategy for Future Research Activity

Ｘ線フォトンカウントを深層学習を用いて予想するアプローチを初期的に開始する．また，
2021年度に引き続き，CPDのエネルギー特性の最適化を行う．
さらに，ACR（American College of Radiology）推奨ファントムやCDMAM（Contrast-detail Mammography ）ファントムの撮像を行い，フォトンカウント画像と従来型積分画像との画質比較を系統立てて実施する．評価には，MTF（Modulation transfer function）、NPS（Noise Power Spectrum）、DQE（Detective Quantum Efficiency）などを用いる．これらをフィードバックさせながら受光素子の構造、物理特性と画像変換プロセスを最適化させる。

Causes of Carryover

コロナ禍により物品の搬入が遅れるとともに，共同実験者が本学に来学することが難しかった，そのため，実験の大半を2月末から3月となり，本学年度末の清算に間に合わず，旅費使用を来年度に繰り越した．