国立がん研究センター先端医療開発センターおよび国立がん研究センター東病院とキヤノンメディカルシステムズは，2020年7月に締結した包括協定，ならびに同年11月に締結した共同研究基本契約に基づき，国産初のフォトンカウンティング検出器搭載型X線CT（PCD-CT）の共同研究を開始した。2022年12月にPCD-CTの薬機法認証を取得後，2023年4月から特定臨床研究を開始している。本講演では，PCD-CTの最新状況を報告する。

■PCD-CTの原理と特徴

キヤノンメディカルシステムズでは，Area Detector CT（ADCT）の開発と並行してPCD-CTの開発を進めていたが，半導体検出器モジュールの開発・製造を行っていたレドレン・テクノロジーズ社を2021年に子会社化したことで，PCD-CTの開発が一気に加速した。
従来のCT装置の検出器（energy integrated detector：EID）は，入射X線をシンチレータで光信号に変換し，それをフォトダイオードで電気信号に変換するのに対し，フォトンカウンティング検出器（photon counting detector：PCD）は，入射X線を半導体で受け取り，それを直接電気信号に変換している。変換された電気信号は，application specific integrated circuit（ASIC）と呼ばれる集積回路で，フォトンを1つ1つカウントしていく。EIDでは，入射X線を光信号に変換するためセパレータが必要となるが，PCDではX線を直接電気信号に変換するため，セパレータが不要となり，検出器の小型化や高分解能化が可能となるほか，フォトンを直接計測することで回路ノイズが除去され，線量効率の向上が見込まれる。
図1に，PCD-CTの特徴と期待される効果を示す。PCD-CTは，従来のCTの性能を有していることに加え，さらなる被ばく低減や高分解能化によって，X線CTの基本性能が向上することが期待される。また，物質弁別の実現によって，造影剤低減や新しい造影剤などのアプローチ，体内物質や薬剤などの定量的な弁別が可能になるなど，新しい臨床応用の可能性も期待できる。これらの効果によって，従来，高精細CTとdual energy CTの2台で行ってきたことが，PCD-CT1台で可能になると考える。

図1　PCD-CTの特徴と期待される効果

■PCD-CTの性能評価

1．従来CTとの比較
ADCTである「Aquilion ONE / ViSION Edition」をベースとしたPCD-CTの試作機と，Aquilion ONE / ViSION Edition（従来CT：EID-CT）の画質について検討した。スリットファントムを用いて空間分解能を比較したところ，PCD-CTのNRモードの画質はEID-CTとほぼ同等であるが，SHRモードではEID-CTよりもスリットが明瞭に描出された。

2．高精細CTとの比較
次に，高精細CT「Aquilion Precision」をベースとしたPCD-CTの試作機と，Aquilion Precision（EID-CT）の画質を検討した。スリットファントムの画像を比較したところ，PCD-CTではNRモードでもスリットがわずかに高分解能に描出されていた。

■PCD-CTの臨床画像供覧

撮影に用いたPCD-CTのスペックは，Aquilion Precisionベース，PCDはレドレン・テクノロジーズ社のCZT（CdZnTe）半導体検出器，撮影スライス厚：6mm×64列および0.2mm×192列，最速スキャン速度：0.35s/rot，X線管/焦点サイズ：0.4mm×0.5mm，FOV：500mmである。また，以下の画像はすべて，逐次近似応用再構成法「Adaptive Iterative Dose Reduction 3D（AIDR 3D）」を適用した。

●肺条件
肺条件・NRモードの画像を見ると，十分に良好な画像が得られているが，MPR画像ではややボケが生じる。また，NRモード（スライス厚0.6mm）とSHRモード（スライス厚0.2mm）の画像を比較したところ，アキシャル画像ではそれほど画質に差を認めないが，スライス厚1mmのMPR画像では，SHRモードの方が病変がより明瞭であった（図2）。

図2　肺条件におけるNRモードとSHRモードの比較

●血管系
図3は，腹部大動脈ステント留置後症例であるが，腸間膜動脈に留置されたステントがSHRモードにて明瞭に描出されている。

図3　腹部大動脈ステント留置後症例のSHRモードの画像

●頭頸部
頭頸部の中でも耳小骨は特に高精細画像が要求されるが，PCD-CTのSHRモード画像（スライス厚0.2mm）にて明瞭に描出可能である。さらに，MPR画像にて耳小骨の連結も明瞭に視認できる（図4）。
咽頭後壁がんの症例について，NRモード（スライス厚0.6mm）とSHRモード（スライス厚0.2mm）を比較した。SHRモードのアキシャル画像およびサジタル画像（図5）では，ややノイズが目立つものの，腫瘍内部の乳頭状の充実成分が明瞭に描出された。
また，喉頭がんの症例について，NRモード（スライス厚1mm）とSHRモード（スライス厚2mm）の画像を比較したところ，SHRモードでは画像を拡大しても病変が明瞭に描出された。

図4　SHRモードのMPR画像による耳小骨の連結の描出

図5　咽頭後壁がん症例におけるNRモードとSHRモードの比較（サジタル画像）

■Aquilion PrecisionとPCD-CTの画像比較

右腎腫瘍の症例にて，Deep Learning Reconstruction（DLR）の「Advanced intelligent Clear-IQ Engine（AiCE）」を適用したAquilion Precisionの画像と，AIDR 3Dを適用したPCD-CTの画像（共に1024×1024マトリックス，スライス厚5mm）を比較したところ，ほぼ同等の画質が得られた。また，AIDR 3Dを適用したAquilion Precision（スライス厚0.5mm）およびPCD-CT（スライス厚0.2mm）のthin slice画像を比較したところ，解像度はほぼ同等であった（図6）。なお，同じthin slice画像で，Aquilion PrecisionにはAiCEを適用したところ，ノイズが低減し良好な画質が得られた。ここからわかるとおり，DLRの画質改善効果は高く，PCD-CTにおいても有効性が期待される。

図6　右腎腫瘍におけるAquilion PrecisionとPCD-CTのthin slice画像の比較

■まとめ

PCD-CTは現時点で，Aquilion Precisionとほぼ同等の高精細画像を提供することができている。今後は，DLRの併用やSpectral解析の適用などのさらなる発展が期待される。

＊記事内容はご経験や知見による，ご本人のご意見や感想が含まれる場合があります。

＊AiCEは画像再構成処理の設計段階でAI技術を用いており，本システム自体に自己学習機能は有しておりません。

一般的名称：全身用X線CT診断装置
販売名：CTスキャナ TSX-501R
認証番号：304ACBZX00019000

●そのほかのセミナーレポートはこちら（インナビ・アーカイブへ）