「見えにくい」を「見えやすく」するX線動態撮影システム

本講演では，X線動態撮影の臨床応用について，当院の使用経験を中心に報告する。当院は，コニカミノルタ社が開発したX線動態撮影システムを本邦で，臨床機として初めて導入し，臨床研究法に基づいた臨床研究を行ってきた。
X線動態撮影は，「見えにくい」を「見えやすく」する技術であり，臨床的有用性が期待される。
X線動態撮影システムの解析用ワークステーション「KINOSIS」では，パターン認識処理により肋骨の除去も容易にできる。さらに，肺血管を見たい場合は，周波数強調処理を行うことにより，肺血管を強調して描出できる。また，呼吸によって動く横隔膜の軌跡を追うこともでき，その動きをグラフ化して解析するなど定点追跡を行うことが可能になっている。このようにX線動態撮影システムは，単一のモダリティから複数の機能画像を得ることが可能な点が大きなインパクトとなっている。

X線動態撮影の進化の歴史

X線動態撮影技術は，1980年代に理論が発表されたが，実現には時間を要した。これが可能となったのは，DRやワークステーションなどの技術進歩の影響が大きい。その後，2004年には金沢大学の田中らがX線動態撮影の基礎的な論文を発表し^1），さらに，慶應義塾大学の山田らは臨床応用に関する報告を2017年に行っている^2）。そして，コニカミノルタ社では，これらの研究を基にX線動態撮影システムを開発し，2018年にKINOSISを発表した。
X線動態撮影の特長は，(1) 低被ばく：合計線量が約1.8mGyで，胸部単純X線写真約6枚分で撮影可能，(2) 迅速性：撮影時間が15〜20秒，(3) 生理的：立位（あるいは座位・臥位）での撮影が可能，である。この特長により，患者の負担を軽減しつつ，スクリーニングや各種の解析など，診断フローの新たな入り口としての役割を担うことが期待される。

撮影の実際

X線動態撮影システムは，コニカミノルタ社の画像解析ワークステーションKINOSISとFPD「AeroDR fine」，X線パルスを照射するための一般X線撮影装置（島津社製「RADspeed Pro」）で構成される（図1）。
撮影から動画像の取得までの検査フローは簡便かつ迅速で，診療放射線技師の負担にはならない。撮影した動画像を撮影コンソールで取得した後KINOSISに送信するだけで，単純X線撮影と同様のシンプルな検査フローである。動画像は，RADspeed ProでX線パルスを67ms間隔で連続照射して取得する。また，立位，座位，臥位のいずれでも撮影が可能である。AeroDR fine（「1417HD」と「1717HD」）は画像領域が広く，体格の大きな患者にも対応する。なお，撮影時には患者の腰にベルトを巻き，体動を抑えている。

図1　X線動態撮影システムのシステム構成

当院の症例

当院では，2018年1月1日〜2019年3月31日に，73例に対してX線動態撮影を施行しており，現在も臨床研究を進めている。
被検者の年齢は平均70.8歳±10.9歳（範囲28〜91歳），性別は男性58人，女性15人。BMIは平均21.2±3.3（範囲15.0〜29.7），撮影体位は立位69例，臥位4例となっている。また，疾患別に見ると，最も多いのが閉塞性換気障害の51％で，以下，拘束性換気障害（16％），肺血栓塞栓症（13％），肺悪性腫瘍（9％）が続く。
検査時間は入室から退室まで平均6.3分で迅速な検査を行えている。撮影線量は1フレームあたり7.3μGyで，平均248フレーム撮影しており，平均1.82mGyとなっている。これは国際原子力機関（IAEA）の勧告する「胸部正面＋側面」の入射表面線量1.9mGyを下回っており，CT検査と比較すると非常に低線量で機能画像を得られる。

1．肺動脈
図2は，左肺動脈の肺血栓塞栓症である（同日に造影CTにて確定診断ずみ）。KINOSISの周波数強調処理では，右肺動脈は拍動を確認できるが，左肺動脈は下葉枝の拍動が消失しており，このことからX線動態撮影は肺疾患のfirst screeningに適応できると考えられる。

図2　左肺動脈の肺血栓塞栓症の周波数強調処理

2．局所換気
図3は，慢性閉塞性肺疾患（COPD）である。KINOSISで呼吸に伴う肺野内の濃度変化を見ると，正常例と比べ，上肺野の換気が不良であることがわかる。従来は肺機能検査（スパイロメーター）を施行しなければ診断できなかったが，X線動態撮影により動画像で換気を観察することが可能になった。

図3　COPDの肺野内濃度変化

3．気　管
気管の疾患である呼気中枢気道虚脱は，COPDの増悪回数と相関し，ステントの留置が必要になることもある。従来，呼気中枢気道虚脱では，吸気相と呼気相のCT検査または気管支鏡検査が行われてきたが，CTでは虚脱を過小評価するリスクがあった。そこで，KINOSISの周波数強調処理を用いたところ，気管の虚脱を明瞭に描出し，吸気と呼気での気管支径の差も観察可能であった（図4）。

図4　呼気中枢気道虚脱の周波数強調処理

4．横隔膜
COPD患者の横隔膜をKINOSISを用いて定点追跡すると，正常例では撮影フレームに合わせて肺の動きが滑らかになっているが，COPDの場合は，明らかに正常例と異なる動きをしている（図5）。
また，肺線維症（間質性肺炎）では，線維化により壁が硬くなるため，肺の動きも滑らかさが失われる。定点追跡でも肺実質の硬さを反映した波形を示すなど，疾患の特徴を表す情報を得られた（図6）。
図7は，右の横隔神経麻痺である。KINOSISで定点追跡することで，正常な左の横隔膜運動とは反対の動きを示すなど奇異性運動を確認できた。

図5　横隔膜（COPD）の定点追跡

図6　肺線維症（間質性肺炎）の定点追跡

図7　右の横隔神経麻痺の定点追跡

研究の報告

田中らは，2004年にFPDとコンピュータ解析により，動態解析の手法を理論的に確立した^1）。さらに，田中らは，2006年にFPDを用いて肺疾患患者の呼吸機能評価を行った^3）。一方，山田らは，2017年にCOPD患者と健常者の横隔膜運動の違いについて検討し，COPD患者の方が横隔膜がより長く，より速く動くことを明らかにした^2）。このほか，田中らは，呼吸に伴う肺野濃度の変化について生体ブタの肺を用いて検討し，選択的にブロックした部位が著しく濃度低下を来したことを発表した^4）。
このようにX線動態撮影のエビデンスは蓄積されてきており，それが「根」となって，今後多くの臨床データが蓄積されると思われる。

今後の活躍

X線動態撮影は，低コストで施行できることから，呼吸器内科領域においてスパイロメーターを補完する技術として期待される。一方，呼吸器外科領域では，耐術能のスクリーニングへの適応が考えられる。また，救命救急領域では，肺血栓塞栓症のスクリーニングに用いることができる。さらに，リハビリテーション領域では，栄養療法や呼吸指導の効果判定など，介入後の横隔膜・胸郭の評価にも適している。このほか，整形外科領域では，関節の可動性の評価など，治療戦略に役立つ情報を得られると思われる^5）。
このようにX線動態撮影は，胸部だけでなくリハビリテーションや整形外科など，幅広い領域での適応が可能な技術である。今後，アプリケーションの開発などにより，適応が拡大していくことが予想される。われわれも含め多くの施設が，X線動態撮影のデータを蓄積し，“Dynamic radiography”として世界に発信していくことを期待している。

^{●参考文献
1）Tanaka, R., Sanada, S., Suzuki, M., et al. : Breathing chest radiography using a dynamic flat-panel detector combined with computer analysis. Med. Phys., 31・8, 2254〜2262, 2004.
2）Yamada, Y., Ueyama, M., Abe, T., et al. : Difference in diaphragmatic motion during tidal breathing in a standing position between COPD patients and normal subjects ; Timeresolved quantitative evaluation using dynamic chest radiography with flat panel detector system（“dynamic X-ray phrenicography”）. Eur. J. Radiol., 87, 76 〜82, 2017.
3）Tanaka, R.,  Sanada, S., Okazaki, N., et al : Evaluation of pulmonary function using breathing chest radiography with a dynamic flat panel detector ; Primary results in pulmonary diseases. Invest. Radiol., 41・10, 735〜745, 2006.
4）Tanaka, R., Tani, T., Nitta, N. : Pulmonary Function Diagnosis Based on Respiratory Changes in Lung Density With Dynamic Flat-Panel Detector Imaging ; An Animal-Based Study. Invest. Radiol., 53・7, 417〜423, 2018.
5）真田  茂 : 形態・機能・生理情報を取得できるスクリーニング動態X線検査法（pfRAD : physiologic-functional Radiography）. J. Wellness Health Care, 42・1, 1〜8, 2018.}

長谷部光泉（Hasebe Terumitsu）
1994年慶應義塾大学医学部医学科卒業。博士（医学），博士（工学）。96〜99年ハーバード大学。2005年国家公務員共済組合連合会立川病院放射線科医長。2008年東邦大学医療センター佐倉病院放射線科講師。2009年同病院放射線科准教授。2012年東海大学医学部医学科専門診療学系画像診断学領域教授〔付属八王子病院画像診断科科長（兼務）〕。慶應義塾大学医学部臨床研究推進センター客員教授。