本講演では，東芝メディカルシステムズ社のADCTによるDual Energy Imagingで可能になる，Raw Data Based Dual Energy CT（rDE）の特徴と，それによって得られる仮想単色X線画像，実効原子番号と電子密度による画像の評価について述べ，最後に電子密度を用いた脳腫瘍評価についても報告する。

rDEの特徴

画像ベース（Image Data Based）のDual Energy（DE）に対して，生データベース（Raw Data Based）のrDEは，同じ生データを2つの管電圧で収集し，管球軌道も一致させる必要があることから，ボリュームスキャンのみの撮影となる（図1）。画像再構成は，Image Data Based DEと同様の高kV，低kVの2つの画像に加えて，iodine/water，Ca/waterなどの基準物質の画像も得られる。画像解析については，rDEでは従来のヨードマップや仮想単純画像の画質が大きく改善するほか，画像再構成由来のアーチファクトの影響をほとんど受けないというメリットがある。さらには，仮想単色X線画像，実効原子番号や電子密度画像，Material Decomposition，Basis Material Analysisなど，さまざまな解析が可能になる。

図1　Image Data Based DEとRaw Data Based DEの撮影方式の違い

仮想単色X線画像：Virtual Monochromatic Image

X線管球から発生するX線は，管電流（mA）と管電圧（kV）によって熱電子の量やX線エネルギーの強度が決まる。発生したX線はさまざまな成分を含んでおり（白色X線），この成分をX線のエネルギー（単位はkeV）と呼ぶ。X線の成分ごとの分布であるスペクトル分布は，管電圧（kV）ごとに異なり，電圧を上げるほどX線エネルギー（keV）も上昇する。一方，1つのエネルギーだけの成分を持っている単色X線を発生させることは難しいが，仮想的に特定の単色X線で撮影したような画像を作成するのが仮想単色X線画像である。
rDEによる仮想単色X線画像は，生データのパスごとに2つの基準物質に分解して再構成する。基準物質はkeVごとの吸収係数が既知であり，作成したいkeVの画素ごとに合成吸収係数を算出しCT値に変換することで，任意のエネルギー（keV）の仮想単色X線画像が作成できる。rDEでは，再構成由来のアーチファクトの影響を受けにくく，線質硬化現象（Beam Hardening Effect：BHE）が少ない画像が得られる。
そこで，rDEでBHEがどの程度抑制されているかについて，ファントム実験を行った。アクリルのファントム内に希釈ヨード造影剤，砂糖水（軟部組織模倣），オリーブ油を入れた試験管を挿入し，アクリルファントムの直径を20cm，25cm，30cmと変化させて，120kVとrDEで作成した仮想単色X線画像で検証した（図2）。横軸にヨード造影剤濃度，縦軸にCT値を取ったグラフを作成すると，120kVの画像ではアクリルファントムのサイズの変化によってCT値の差が生じた。一方，仮想単色X線画像では，BHEが軽減されたことでサイズに依存したCT値の差は補正されている。臨床的には，BHE補正効果によって，肝臓がんの多血腫瘍の検出能の向上などが期待される。

図2　ファントムを用いたBHEの検証

次に，仮想単色X線画像における最適なkeVについて検証した。低keVでは，ヨードのコントラストが上がり検出能は向上するが，ノイズも増加する。東芝メディカルシステムズ社が提供する解析ツールである“Best CNR”では，最もCNRを高くしたい2つの領域にROIを設定することで，自動的に最適keVが決定される（図3）。

図3　自動的に最適なkeV画像を決定：Best CNR

また，臨床では従来の120kVで撮影した画像に近いイメージが要求されることから，仮想単色X線画像でCT値を計測し120kVと近い値になるkeVを検証した（図4）。ファントムに軟部組織を模した濃度の異なる砂糖水を挿入して，仮想単色X線画像のkeVごとのCT値を計測し，120kVと近いCT値となるkeVを求めたところ，約65keVが最も近いことが示された。腹部の臨床画像で，65keVの仮想単色X線画像と120kV画像を比較したところ，単純画像（図5a）では違和感のないコントラストの画像が得られている。造影効果としては，仮想単色X線画像では腎臓を中心に造影効果の上昇が見られた（図5b）。

図4　120kV like imageの検証

図5　120kV画像と仮想単色X線画像（65keV）との比較

実効原子番号と電子密度

実効原子番号（Effective Z）は，あるボクセルを単一の原子で置き換えると仮定した時に，そこに該当する原子番号のことであり，どちらかというとCT値に近い振る舞いをする。一方の電子密度（Electron Density）は，単位体積内に存在するであろう電子の個数を表しており，コンプトン散乱に影響を与えることから放射線治療の領域で注目されている。電子密度は，CT値とは大きく異なる振る舞いをすることがある。図6は，仮想単色X線画像（65keV），実効原子番号と電子密度の腹部の画像である。実効原子番号画像では造影されている部分が白く，通常のCT画像に近いコントラストだが，電子密度画像では単純CTのようなコントラストとなっている。

図6　実効原子番号，電子密度の腹部画像例

そこで，CT値と実効原子番号，電子密度について，濃度の異なる砂糖水とヨード造影剤を挿入したファントムによる定量的評価を行った（図7）。CT値は溶液濃度に依存して線形的に増加するが，実効原子番号では造影剤は濃度に依存して非線形に増加する。砂糖水は濃度によらずほぼ一定となり，CT値に近い部分もあるが違う傾向も示した。それに対して電子密度では，造影剤は濃度によらずほぼ一定，ないしは緩やかな減少傾向を示した。砂糖水では，濃度に依存して線形に急激に増加している。このことから電子密度では，CT値とは異なる新たな情報が埋もれている可能性が示唆された。当施設では，電子密度を用いた脳腫瘍の悪性度評価の研究を進めているが，Perfusion CTのblood volumeによるグレード分類とほぼ同等の診断能を持つ可能性が示唆されている。電子密度は単純CTで計測が可能なことから，今後が期待される。

図7　ファントム画像における実効原子番号と電子密度

まとめ

ADCTのボリュームスキャンで得られた生データを用いたDual Energy（rDE）について述べた。撮影面で制約はあるものの仮想単色X線画像，実効原子番号，電子密度などさまざまな解析が可能であり，FIRSTの適用などを含めて今後の発展に期待したい。

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