超解像Deep Learning再構成PIQEの実際　
山口　隆義（華岡青洲記念病院放射線技術部）
Session(3) : CT

2023-6-26

冠動脈CT撮影のさまざまな課題のうち，高度石灰化やステントの描出における課題を解決するためには空間分解能が重要なカギとなる。本講演では，高空間分解能を実現するキヤノンメディカルシステムズの新しいDeep Learning再構成である「Precise IQ Engine（PIQE）」の特長と，当院におけるさらなる画質向上への取り組みについて報告する。

PIQEの特長

低線量下における空間分解能の評価として，FBP法と，「Adaptive Iterative Dose Reduction 3D（AIDR 3D）」「Forward projected model-based Iterative Reconstruction SoluTion（FIRST）」「Advanced intelligent Clear-IQ Engine（AiCE）」の解像特性（TTF）およびノイズ特性（NPS）を評価した。TTFはFull IRであるFIRSTが最も良好であったが，NPSの値はやや高く，ノイズ低減効果はAIDR 3Dよりも低かった。一方，高空間分解能なFIRSTの画像を教師画像としたAiCEは，低線量下においてはFIRSTよりやや解像度は劣るものの，NPSの値はAiCEが最も低く，大幅なノイズ低減が可能との結果であった。
さらに，新たに登場したPIQEは，高精細CT「Aquilion Precision」の画像を教師画像としており，「Aquilion ONE」などの通常解像度のCT画像から高解像度な画像の取得が可能となる。ファントムを用いた評価や物理評価においても，PIQEは前述のいずれの画像再構成法よりも解像度が高く，ノイズ低減効果もきわめて高いことが確認できた。

心臓CTへのPIQEの臨床応用

図1は，コバルトクロム製の3mmのステントが留置された症例であるが，AIDR 3D（a）やFIRST（b）と比較しPIQE（c）では，ステントストラットのCT値が上昇し，内腔は均一に描出されている。2.5mmや2.25mmの小径ステントにおいても，PIQEでは内腔の評価がある程度可能である。
近年，大きな側枝のある血管の経皮的冠動脈形成術（PCI）においては，側枝閉塞を来さないようにステントを留置するため，ステントを明瞭に描出できる三次元光干渉断層法（3D-OCT）画像が用いられる。そこで，PIQEにて再構成した高解像度画像を用いて3D-OCT like imageを作成したところ，良好な画像が得られた（図2）。一方，FIRSTでは同様の画像は作成できなかった（図2 右下：別症例）。
PIQEでは，優れたノイズ低減効果によって微小な石灰化の描出能が向上しており，血管外側の脂肪組織の境界も明瞭となる。
また，心筋の遅延造影効果の描出能向上も期待できる。図3 上段は陳旧性心筋梗塞症例の遅延造影画像で，PIQEではAiCEよりも優れたノイズ低減効果が得られるが，心筋梗塞の壁の深達度評価は困難である。そこで，遅延相から冠動脈相をサブトラクションして遅延造影画像を得るSMILIE（図3下段）を作成したところ，PIQEによって特に側壁の心筋梗塞の内膜側の遅延造影効果が明瞭となった。

図1　各画像再構成法におけるステント内腔の描出能

図2　PIQEによる3D-OCT like image

図3　PIQEによる遅延造影効果の向上
（陳旧性心筋梗塞症例）

PIQEによる石灰化評価とさらなる画質向上への取り組み

各画像再構成法による高度石灰化の描出能を評価したところ，いずれも同等レベルであることがわかった。われわれは，PIQEの画像をよりAquilion Precisionの画像に近づけるための工夫を試みた。
Aquilion Precisionには，X線管の焦点サイズがlarge （L焦点）4種類，small（S焦点）2種類の計6種類ある。大西圭一氏（所沢ハートセンター）の報告によると，線量と画質の関係より冠動脈CT検査ではL焦点（1.0×1.4mm，0.8×1.3mm）を使用していたことがわかった^1）。Aquilion ONEにはL焦点とS焦点の2種類があるが，100kV・420mA，120kV・350mAより高い場合はL焦点であり，多くの冠動脈CT検査はL焦点での撮影だと考えられる。そこで，われわれは，Aquilion ONEのS焦点（0.9×0.8mm）で撮影することで，Aquilion PrecisionのL焦点のL2：0.8×1.3mmよりも小さい焦点サイズでの撮影が可能になると考えた。
X線管焦点サイズによるTTFの変化について，FIRSTのL焦点（FIRST L），PIQEのL焦点（PIQE L），1/2線量のPIQEのS焦点〔PIQE S（1/2）〕を比較したところ，PIQE S（1/2）の空間分解能が最も高く，10％ TTFの値も向上していた（図4）。また，NPSの値はPIQE Lが最も低いが，PIQE S（1/2）および（1/4）でもFIRSTより低く，PIQE Sでは低線量下においても優れたノイズ低減効果が得られることが明らかとなった（図5）。

図4　X線管焦点サイズによるTTFの変化
120kV，0.275s/rot, 480mA（左），240mA（右）

図5　各画像再構成法におけるNPS

PIQE S焦点撮影の症例提示

図6は，左前下行枝（LAD）近位部に3.25mm，末梢に2.5mmのコバルトクロム製ステントが留置された症例である。FIRST L（図6 a）と比較しPIQE S（図6 b）では，2.5mmステントの内腔やストラットの1つ1つが明瞭に描出されており，内腔評価も可能である。また，S焦点での撮影では線量を強制的に下げているため，CTDIvolはFIRST Lの16.9mGyに対しPIQE Sでは7.9mGyと，線量低減効果も得られた。
図7はPIQE LとSの比較で，上段は，LADにコバルトクロム製の3mmのステントが留置されており，その外側に比較的粗大な石灰化を伴っている症例である。PIQE Sでは，PIQE Lにて評価が困難な石灰化部分の内腔が明瞭に描出されており，プロファイルカーブでも同様の結果が得られた。また，図7 下段はLADの近位部に3.5mm，末梢に2.5mmのステントが留置された症例であるが，PIQE Sではステントのストラットがきわめて明瞭である。プロファイルカーブでも内腔が比較的均一に描出されており，描出能が向上していることがわかる。
石灰化の描出についても検討した。図8は三枝ともに非常に強い石灰化を認める症例であるが，PIQE S（b）によって石灰化と内腔のコントラスト差が明瞭となり，プロファイルカーブでも石灰化のCT値が高く，内腔が均一であることがわかる。