Dual energy CT（DECT）では，仮想単色X線画像による画質やコントラストの改善，基準物質画像の作成，ヨードマップなどの物質弁別，実効原子番号画像や電子密度画像など，従来のsingle energy CT（SECT）ではできなかったイメージングが可能である。
キヤノンメディカルシステムズの新しいdual energy技術“Spectral Imaging System”では，rapid kV switching方式が採用されている。Spectral Imaging Systemは，deep convolutional neural network（DCNN）の応用によりエネルギー分離の向上，空間分解能の維持，ノイズ低減を同時に実現し，従来のrapid kV switchingの課題を解決している。また，auto exposure control（AEC）を実行可能で，患者やスキャン部位ごとに線量の最適化が可能である。さらに，Area Detector CT（ADCT）での撮影により，一度に広範囲の撮影が可能となっている。

Spectral Imaging Systemの基本原理と進化─Phase 1からPhase 2へ

rapid kV switching方式では，撮影管電圧を高kVと低kVで高速に切り替えて投影データを収集する。そのため，高kVと低kVのいずれの投影データも欠損部があるスパースなデータとなる。
Spectral Imaging Systemでは，DCNNを用いて投影データの欠損部を推定して復元する。復元された投影データを物質弁別して水やヨードなどの基準物質の投影データを作成し，それを再構成して基準物質画像を作成する。そして最後に，基準物質画像から仮想単色X線画像やヨードマップ，電子密度画像といった各種解析画像を作成する（図1）。

図1　Spectral Imaging Systemの概要

撮影管電圧を高kV/低kVと切り替える場合，管電圧波形が矩形になることが理想的だが，実際には，管電圧が切り替わる過渡期が存在するため波形となる。さらに，管電流を変調させると電流により波形が変化するためデータ収集のタイミングにズレが生じ，高kVあるいは低kVの安定している時間帯にデータを収集することが困難となる。Spectral Imaging Systemでは，管電圧の切り替えのサイクルを最適化することで，管電圧が安定している時間帯のデータを主に使用することができる。
また，高kVと低kVの投影データに欠損が生じるというrapid kV switching方式の課題に対しては，対側あるいは移行部の管電圧の投影データも活用しDCNNを応用することで，欠損部のデータを復元する。
Spectral Imaging Systemは，すでに実装されているPhase 1から改良が進められており，現在，アーキテクチャが最適化されたPhase 2を開発中である。Phase 2では，投影データの復元における実データの活用を最適化することで欠損部の復元の精度を向上させるとともに，ターゲットデータの使い方を最適化している。
腹部の仮想単色X線画像をPhase 1とPhase 2で比較すると，Phase 2ではノイズが少ないにもかかわらず，構造物の辺縁がより鮮鋭な画像を実現している（図2）。また，基準物質画像（ヨード，水）の比較でも，Phase 2ではノイズが少なく，空間分解能の高い画像が実現されている（図3）。

図2　Phase 1とPhase 2（W.I.P.）の仮想単色X線画像の比較

図3　Phase 1とPhase 2（W.I.P.）の基準物質画像の比較

Spectral Imaging Systemの物理特性

Spectral Imaging Systemの物理特性について検討した。画像ノイズをPhase 1とPhase 2で比較したところ，70keVより低い実効エネルギー領域では，Phase 2の方が低かった。なお，Phase 2では，「Vitrea」で後処理することで，低い実効エネルギー領域に特化した，さらなるノイズ低減処理技術の開発も進められている。
また，肝実質に対する大動脈のcontrast noise ratio（CNR）をPhase 1とPhase 2で比較したところ，70keV付近のCNRはほぼ同等であったが，ほかの実効エネルギーでは高keV，低keVいずれもPhase 2の方が高くなった。
noise power spectrum（NPS）について，SECTとPhase 1，Phase 2を比較したところ，0.4 cycles/mmより低い空間周波数領域ではPhase 2のNPSが最も低い傾向になった。
空間分解能を比較するため，スリットファントムをSECT，Phase 1，Phase 2で撮影し，CT値プロファイルを測定した。その結果，Phase 2が最も良好にスリットを分解しており，最も高い空間分解能を有することが確認できた。
さらに，modulation transfer function（MTF）をSECT，Phase 1，Phase 2で比較したところ，ほぼすべての空間周波数領域でPhase 2のMTFが最も高いことが示された。
ファントム画像による粒状性の比較では，SECT，Phase 1に比べて，Phase 2では細かい粒状性を保ちながら，構造物の輪郭をより明瞭に描出することが認められた。
以上の検討結果から，Spectral Imaging SystemのPhase 2は優れた物理特性を有していると考えられる。

Spectral Imaging Systemの最新臨床画像

Spectral Imaging SystemのPhase 2による最新の臨床画像を提示する。
症例1（図4）は，70歳代，男性，中分化肝細胞がんの肝ダイナミックCT動脈相である。70keVの仮想単色X線画像（図4 a）では，肝左葉内側区に早期濃染を示す腫瘍が認められる。ヨードマップ（図4 c）では早期濃染がより明瞭となり，仮想非造影画像（図4 d）では腫瘍がやや低吸収な領域として描出されている。

図4　症例1：肝ダイナミックCT動脈相（W.I.P.）

症例2（図5）は，40歳代，男性，胆管がん術後で，腫瘍マーカーの上昇が見られた。腹部CT平衡相の70keVの仮想単色X線画像（図5 a）で，左椎弓根に硬化性の骨転移が認められ，ヨードマップ（図5 b）で骨転移に一致して濃染が示されている。また，骨盤部のヨードマップ（図5 d）で左坐骨背側に軽度濃染が認められ，新たな骨転移が出現していることがわかる。

図5　症例2：腹部CT平衡相（W.I.P.）

症例3は，Spectral Imaging Systemで撮影した心臓CTで，心拍数が48bpsと遅いため心電図同期なしで明瞭に心臓を描出できた。本症例は心尖部付近に血流低下が存在しており，ヨードマップ（図6 b）でより明瞭にとらえられた。Vitreaによりスペクトラルカーブ（図6 c）や実効原子番号値のヒストグラム（図6 d）など，さまざまな解析が可能である。

図6　症例3：心臓CT（W.I.P.）
（画像提供：華岡青洲記念病院・山口隆義氏）

症例4（図7）は，肺野条件の胸部CTで，0.5mmスライス厚の画像である。肺野の末梢まで血管が良好に描出されていることがわかる。症例5（図8）は骨格CTで，骨条件でも十分な空間分解能が得られていることがわかる。

図7　症例4：胸部CT（肺野）（W.I.P.）

図8　症例5：骨格CT（W.I.P.）

まとめ

現在開発中のSpectral Imaging SystemのPhase 2は，Phase 1と比較し，ノイズの低減，空間分解能の向上などが図られており，画質の改善のみならず，物質弁別や実効原子番号画像，電子密度画像などの解析精度の向上が期待される。

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