広島大学病院では2022年3月にPET-CTをリプレイスし，キヤノンメディカルシステムズ社のデジタルPET-CT「Cartesion Prime」を導入した。本講演では，Cartesion Primeの導入経験と技術的な視点での使用経験について報告する。

Cartesion Primeの導入経験

PET-CTの機器選定に当たっては多角的に検討を行った。まず，当院の状況として，PET-CTは1台のみであり，デリバリーFDG製剤を用いて検査を行う運用となっている。そのため，故障することなく，スループットが良く，少ない投与量で撮像可能な装置が求められた。また，大学病院ということもあり，現時点で最も性能の高い5リングのデジタルPET-CTにターゲットを絞って検討した。加えて現場からの要望として，画質の良さも重視した。一方で，経営側からは1台で多くの検査を行えるコストパフォーマンスの良さも強く求められ，性能も値段も妥協しない装置を入札により選考した。
選考に当たっては，以下の評価項目について検討を行った。

1．幾何学的仕様の評価
1）ガントリボア径とAFOV
幾何学的な仕様としては，ガントリボア径とAFOV（体軸方向視野）の広さを重視した。
演者は，Cartesion Prime導入以前に2機種のPET-CTの使用経験がある。最初の装置はボア径700mmであり，当時は特に問題なく使用していた。その後，ボア径780mmの装置を導入すると，痛みを軽減するためにギャッチアップや側臥位にする必要がある患者のポジショニングもスムーズにできることを実感した。現場のスタッフからも，ボア径700mmに戻ることはできないとの意見があり，更新ではボア径780mmの装置を選定したいと考えた。
また，スループット良く検査を行う必要があることから，検査時間の短縮につながる体軸方向の視野が広い装置が求められた。検討した3社の装置の中では，Cartesion PrimeのAFOVが270mmと最も広かった。

2）テーブル動作，付属品
Cartesion Primeは，テーブルの高さを47.5〜90cmの範囲で昇降でき，他社装置よりも低い位置まで下げられる点を加点評価した（図1）。以前使用していた装置は欧米人に合わせて設計されていたため，小柄な患者にとっては乗り降りが大変で，また，テーブルがU字にくぼんでいるため不安定な状態で座ると後ろに倒れそうになるなどのリスクがあった。国産のCartesion Primeのテーブルは，日本人にも合わせた設計でテーブルを低い位置まで下げられるようになっている。導入後は患者がスムーズかつ安全に乗り降りできていると実感している。
また，Cartesion Primeにはテーブル昇降操作のためのフットスイッチが搭載されている（図2）。両手が空くため，テーブルを上昇させながら素早くポジショニングを完了することができる。FDG投与後の患者に接する時間を短縮することで，検査を担当する技師の被ばくを低減でき，患者のサポートに入る看護師からも操作性が高く評価されている。
導入後に有用性を実感したものとして，付属ホルダーがある。当院ではガイドラインに従い，体幹部がんの検査では上肢を挙上，頭頸部がんの検査では上肢を下げた状態で撮像しているが，付属ホルダーを用いることでヘッドレストを換えることなく，どちらのポジショニングも容易に行える。以前は自作のホルダーを使用していたが，付属ホルダーはどのような患者にも適用しやすいため活用している。

図1　テーブルが低い位置まで下がり安全に昇降可能

図2　フットスイッチによるテーブル昇降操作

2．コスト面での評価
校正用線源（Ge-68 LINE SOURCE）は自費で購入するため，PET-CT導入に当たっては導入費用だけでなく，10年程度使用することを想定したトータルでのコストを勘案する必要がある。1年あたりの校正用線源のコストは，Cartesion Primeが61.7万円であり，検討した他社装置に比べて安価であった。導入費用と線源価格をトータルで考え，コスト面においてもCartesion Primeを加点評価した。
また，PET-CTは検出器の半導体光電子増倍器（SiPM）の数が製造コストに大きく影響するが，Cartesion PrimeはSiPMが3万4560個と多く，かつSiPM数とクリスタル数が1対1でカップリングしている点を評価した。

3．画質の評価
検査を担当する現場としては，画質を最も重視した。PET-CTの画質評価では，さまざまな数値を多角的に検討する必要がある。
まず，TOF時間分解能については，Cartesion Primeは280ピコ秒と高い時間分解能を有している。TOFの値だけを見るとより優れている他社装置も存在するが，Cartesion Primeにはディープラーニングを用いた画像再構成技術“Advanced intelligent Clear-IQ Engine-integrated（AiCE-i）”が搭載されており，これによる画質改善で他社装置のTOFにも対抗しうると考えて評価した。AiCE-iによる画質改善の詳細については後述する。
スループットの向上には感度も重要である。システム感度（NEMA2001）については，以前使用していた装置も約9cps/kBqと高かったが，最新の装置は20cps/kBqを超える非常に高いシステム感度を有する装置も存在する。ただし，システム感度の高さが画質の良さに直結するのではなく，実効感度も考慮する必要がある。Cartesion Primeの実効感度は61.9cps/kBqであるが，実効感度はTOFに依存するため，Cartesion PrimeへのAiCE-iの搭載が実効感度にも効果をもたらすと期待された。なお，空間分解能については，当院では主にがんを対象としたFDG検査を行っているため，評価においてはあまり重視しなかった。
さらに，他院の協力を得て収集した各装置の情報を基に画質の検討を行った。図3のグラフは，縦軸にPETのコントラストノイズ比であるQ_H，10mm/N_10mm（NEMAファントム10mmホット球の%コントラストを％バックグラウンド変動性で除した数値^1）），横軸に1ベッドあたりの撮像時間をとっている。その結果，画質が最も良いのはCartesion Prime（5リング）となった。撮像時間が1分未満ではA社（5リング）の方がわずかに高い値を示したが，実際の臨床で撮像する2分や3分ではCartesion Primeが優れていた。
このような検討をとおして，画質についてはCartesion Primeが最も優れていると評価し，入札の結果，Cartesion Primeが採用された。導入初日に臨床で撮像した患者は89.8kgと高体重であったが，AiCE-iを適用した画像は画像コントラスト，分解能，均一性において優れており，理論通りに高画質を得ることができた（図4 a）。同患者は旧装置でも撮像しているが，旧装置の画像はGaussian filterがFWHM 5mmのため，平滑化されて分解能が劣化していることがわかる（図4 b）。

図3　デジタルPET-CT装置の画質（Q_H，10mm/N_10mm）

図4　Cartesion Prime導入後1例目の検査症例

Cartesion Primeの使用経験

Cartesion Prime導入から約5か月が経過した当院での使用経験について，NEMAファントムを用いたAiCE-iの画質評価を中心に報告する。
AiCE-iの画質について，従来の画像再構成法である3D TOF OSEM法（以下，OSEM）との比較検討を行った。撮像条件，画像再構成条件は図5のとおりである。

図5　NEMAファントムによる画質評価における条件

1．SNRとコントラスト
まず，撮像時間による画質変化を視覚評価した（図6）。従来の画像再構成法であるOSEM（Gaussian filterなし）では，10秒，20秒のような短時間撮像では非常に画質が低下するのに対し，AiCE-iは10〜30秒の短い撮像時間でも高いSNRを得られている。また，コントラストについては，最小の10mm球を見ると10秒，20秒ではOSEMの方が高いように見えるが，60秒あたりからはAiCE-iの方が高くなり，視認性が良くなっている。
図7は，SNRと撮像時間の関係を示したグラフである。臨床で使用する1ベッドの撮像時間である5分程度では，AiCE-iの方がOSEMよりも圧倒的に画質が高い。臨床では使わないが，撮像時間25分程度になるとOSEMがAiCE-iを上回る。これはAiCE-iは教師データに近づき，OSEMは時間を掛けるだけ画質が改善するためと考えられる。
また，コントラストと撮像時間の関係について，縦軸を10mm球のコントラスト（Q_H，10mm），横軸を撮像時間として検討した。図6で見たように，10秒，20秒のような短時間の撮像ではAiCE-i と比べOSEMのコントラストが高かったが，5分以上ではほぼ一定となり，OSEMよりもAiCE-iのコントラストが高くなった。
撮像時間5分以内のみを取り出したグラフを図8に示す。AiCE-iのコントラストは1分未満では低下しているが，1分30秒以降はOSEMよりもAiCE-iの方がコントラストが高くなる（図8 a）。30秒あたりまでOSEMのコントラストが高くなっているのは，ノイズを拾っているものと推測される。AiCE-iの性能を発揮するには，コントラストの観点では1分30秒以上の撮像が望ましいと考えられる。SNRについては，AiCE-iは短時間でも高い改善効果が見られた（図8 b）。

図6　撮像時間による画質変化

図7　SNRと撮像時間の関係

図8　撮像時間5分以内のコントラストとSNRの変化

2．リカバリー係数
図9に，30分間撮像し，AiCE-i（a）とOSEM（b）で再構成した画像を示す。OSEMでは，10mm球の描出がほかのホット球と比べて少し低下していることが視覚的に確認できるが，AiCE-iでは改善されている。リカバリー係数は，10mm球でOSEMは0.82，AiCE-iは0.99となり，AiCE-iは部分容積効果がほとんどないと言える非常に高い値となった（図9 c）。13mm球，17mm球の方が少し高い値となっているが，これはPSF（point spread function）補正が実装されているため，Gibbsアーチファクトの影響と考えられる。

図9　リカバリー係数

3． 投与量（放射能濃度）による画質変化
投与量（放射能濃度）による画質変化について，通常のNEMAボディファントム（adult-NEMA：水充填で約10kg）と小児用NEMAボディファントム（ped-NEMA：水充填で約4kg）を用いて検討した。1ベッドあたりの撮像時間はいずれも2分，放射能濃度はadult-NEMAは2.53 kBq/mL（成人の基準投与量：3.7MBq/kg投与1時間後の濃度）の一点のみ，ped-NEMAは0.4〜3.5kBq/mLまで濃度を変化させて撮像した。図10は，放射能濃度の異なるped-NEMAを撮像し，AiCE-i（a）とOSEM（b）で再構成した画像である。OSEMは低濃度では2分間の撮像でもSNRが大きく低下するが，AiCE-iは低濃度でもSNRが高く保たれていることがわかる。このことから，AiCE-iは撮像時間短縮だけでなく，低投与量（低濃度）の検査で活用できると期待される。当院のようなデリバリーFDGを使用する施設では，同一検定の後半の患者ほど投与量が低下するが，その場合にもAiCE-iが有効であると考える。
図11に，縦軸にSNR，横軸に放射能濃度をとったグラフを示す（adult-NEMAは基準投与量で撮像し，OSEM再構成）。ped-NEMAのOSEMはadult-NEMAよりもSNRが低下しているが，これはkgあたりの投与量が同じ場合でも，4kgのped-NEMAよりも10kgのadult-NEMAの方が放射能は高く，カウントが多くなるためであり，どのメーカーの装置で実験しても同様の結果となる。一方，ped-NEMAのAiCE-iはadult-NEMAのSNRを大きく超えていることがわかる。
また，図12に，縦軸に10mm球のコントラスト（Q_{H, 10mm}），横軸に放射能濃度をとったグラフを示す。2分間撮像しているため，コントラストについてはOSEMとAiCE-iで差はない。放射能濃度1kBq/mL未満ではAiCE-iもコントラストが低下しているが，言い方を変えれば1kBq/mL程度まで投与量を低減してもAiCE-iではコントラストを維持可能であり，投与量低減の可能性が示唆されていると言える。Q_{H, 10mm}/N_10mmを縦軸，放射能濃度を横軸にとったグラフでも，放射能濃度が1kBq/mLよりも高いとAiCE-iのコントラストノイズ比が安定する結果となった（図13）。

図10　投与量（放射能濃度）による画質変化

図11　放射能濃度変化とSNRの関係

図12　放射能濃度変化とQ_H，10mmの関係

図13　放射能濃度変化とQ_H，10mm/N_10mmの関係

4．小　括
NEMAファントムを用いた検討の結果，AiCE-iは短時間撮像，低投与量においてSNRに優れていた。また，AiCE-iのコントラストを生かすためには，90秒以上の撮像が望ましい。さらに，ファントム上では，AiCE-iは投与量低減の可能性が示唆された。
検討の結果を受け，当院では臨床画像にAiCE-iを積極的に用いて，1ベッドの撮像時間を全例で90秒以上とし，患者体格と部位により撮像時間を可変させて撮像している。なお，当院における2022年4月の1日あたりのPET-CT検査人数は平均12.3人/台であった。第一検定で4人，第二検定で5人，第三検定で4人の最大13人の検査を，週に半分程度実施しているが，8時30分に開始し，17時30分には検査を終了できている。

まとめ

導入前の検討や臨床での使用経験から，Cartesion Primeは非常に画質が良い装置であると評価している。また，スループットに優れ，1台で多くの検査をこなせることから，コストパフォーマンスの高い装置であると言える。

＊Advanced intelligent Clear-IQ Engine-integrated（AiCE-i）は画像再構成処理の設計段階でAI技術を用いており，自己学習機能は有しておりません。

＊記事内容は，講師の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。

^{●参考文献
1）日本核医学技術学会学術委員会・他：がんFDG-PET/CT撮像法ガイドライン　第2版. 核医学技術, 33：377-420, 2013.}

一般的名称：X線CT組合せ型ポジトロンCT装置
販売名：PET-CTスキャナCartesion Prime PCD-1000A
認証番号：301ACBZX00003000

高内　孔明（Takauchi Koumei）
2005年　川崎医療短期大学放射線技術科卒業。広島平和クリニック勤務を経て，2011年　広島大学病院入職。2022年3月　広島大学大学院医歯薬保健学研究科を修了，博士（医学）。第1種放射線取扱主任者。

 

●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）