当院では，2019年6月に，キヤノンメディカルシステムズの新しいDual Energy CT技術“Spectral Imaging System”の使用を開始した。本講演では，Deep Learningを用いたSpectral Imaging Systemの概要と当院における使用状況，および本システムの大きな特徴である仮想単色X線画像（Mono画像）や物質弁別について，物理データと臨床データを併せて報告する。

■Spectral Imaging Systemの概要と当院における使用状況

Spectral Imaging Systemは，(1) 1回転中のX線出力を高kVと低kVに高速で切り替えながらデータを収集する“Rapid kV switching”，(2) 最大160mmのボリュームスキャンが可能な“Spectral Volume Scan”と最大80mm幅のヘリカルスキャンが可能な“Spectral Helical Scan”に対応，(3) AECを併用可能，などの特長を有する。なかでも，ヘリカルスキャンに対応できることは，非常に大きな特長と言える。
独自の画像再構成技術“Spectral Reconstruction”では，現時点でBody，Lung，Boneの3種類のパラメータが使用できる。Spectral Reconstructionでは，高kVと低kVのデータの欠損部分をDeep Learningで復元し，完全な高kVと低kVのデータから基底画像を作成して画像再構成を行う。図1に，Single Energy ModeとSpectral Image Modeのパラメータを示す。Spectral Image Modeでは，AECの設定やスキャンスピードに制限があるが，Single Energy Modeと同等のパラメータが組めるため，ルーチンの撮影パラメータへの置き換えも容易である。
当院では，Spectral Imaging Systemを用いて，約2か月間で80件近い撮影を行っている。撮影部位は，頸部，胸部，腹部，胸腹部，四肢，椎体など，先行研究で有用性が示されている部位を中心に，徐々に適応範囲を広げている。収集したデータは，Single Energyの120kVpに相当する70keVのMono画像を院内サーバに転送し，Iodine ImageとWater Imageは同社のワークステーション「Vitrea」に転送してSpectral解析を行っている。

図1　Single Energy ModeとSpectral Image Modeのパラメータ

■仮想単色X線（Mono）画像に関する検討

120kVpのSingle Energyの画像（120kVp画像）と70keVのMono画像について，CT値，ビームハードニング（BHC），解像特性，ノイズ特性の比較を行った。120kVp画像はAIDR 3D Standard，70keV Mono画像はSpectral Reconstruction  Body Standardを使用した。

1．方法・結果
・CT値：120kVpでCT値が100HUと300HUとなるヨードファントムに対してエネルギーを可変しCT値を測定したところ，70keV Mono画像が最も近い値を示した。
・BHC：ゴム板を装着した水ファントムを撮影し，120kVp画像（BHCあり・なし）と70keV Mono画像を比較した。水ファントムの中央部分と周囲4点のCT値を計測し，それぞれ差分画像を作成してCT値の変化を見ると，70keV Mono画像が最もCT値の変動が少なかった。
・解像特性：120kVpでCT値100HUと300HUのヨードロットを水に封入したファントムを作成し，TTFを計測したところ，いずれも70keV Mono画像の方が解像特性が約30％良好であった。
・ノイズ特性：120kVp画像と70keV Mono画像について，水ファントムを用いてCTDI_vol 5，10，15，20mGyのSD値を計測したところ，70keV Mono画像の方がいずれも約10％ノイズが低減していた。また，CTDI 10mGyのNPSを計測したところ，70keV Mono画像の方が低周波領域のノイズが低減されており，逆に高周波ノイズは残存していた。
さらに，肝臓ファントムでの比較も行った。CTDIを7，13，18mGyに変化させて撮影したところ，70keV Mono画像ではやはり高周波ノイズがより目立ち，細かいノイズによって画像が構成されていることがわかった。なお，Spectral ReconstructionとAIDR 3Dの画質は異なるが，ファントムのモジュールの見え方に大きな違いは認めなかった。

2．臨床データ
図2は，肝臓がん症例をほぼ同線量で撮影した120kVp画像（a）と70keV Mono画像（b）であるが，動脈相では70keV Mono画像の方が多血性腫瘍の辺縁がより明瞭である（b左）。これは，70keV Mono画像の優れた解像特性が反映されているためと考えられる。門脈相においても70keV Mono画像の方がノイズがより細かく，肝実質や脈管が観察しやすい（図2 b右）。

図2　ほぼ同線量で撮影した120keV画像と70keV Mono画像の比較

■仮想単色X線（Mono）画像の効果と物質弁別の概要

Mono画像では任意の単色X線エネルギー（keV）の画像を作成可能であり，高keVでは金属アーチファクトの低減，低keVでは造影コントラストの増強効果が得られる。また，基準物質画像による物質分別が可能であり，Spectral Imaging Systemでは，現時点ではヨードと水，カルシウムと水の組み合わせの画像が得られる。
Mono画像のエネルギー変化がもたらす効果について検討を行った。エネルギーを35〜135keVに変化させた時のCT値とノイズの関係について，70keVの時のCT値300HU，ノイズ6（5mm），造影剤量100mLを1として正規化した場合で検討すると，50keVではCT値が2倍に上昇するため，造影剤量は約半分に低減可能となる。ただし，40keVではCT値は3倍になるが，ノイズは9倍となるため，低keVにおけるノイズ低減のためのさらなる技術の進歩が求められる。

■症例提示

症例1は総腸骨動脈瘤で，eGFRが39mL/min/1.73m²と腎機能が低下していたため，造影剤量を約4割減量して撮影を行った。70keV Mono画像では総腸骨のCT値が約255HUであるのに対し，50keV Mono画像では約510HUにまで上昇しており，3D再構成を行ったところ臨床に十分提供可能な画像が得られた。さらに，50keV Mono画像に対して，造影効果を増強する“CE Boost”を適用した画像（図3 a）では，CT値が40keV Mono画像（図3 b）と同等の約700HUにまで上昇したが，SDは抑制されていた。このように，Mono画像に既存技術を組み合わせることも有用である。

図3　症例1：50keV Mono画像＋CE Boostによる造影増強効果（総腸骨動脈瘤）

症例2（図4）は腰椎後方椎体固定術後であるが，70keV Mono画像（a）と比較して，135keV Mono画像（b）では金属アーチファクト（→）が低減し，スクリューと椎体の評価がより行いやすくなっている。ただし，金属の種類などによっては高keV画像よりも，120kVp画像に金属アーチファクト低減アルゴリズム“SEMAR”を併用した方が良好な画像が得られるため，適切に使い分ける必要がある。

図4　症例2：135keV Mono画像による金属アーチファクト低減（腰椎後方椎体固定術後）

症例3（図5）は上咽頭がんであるが，70keV Mono画像（a）と比較して，50keV Mono画像（b）では腫瘍の境界（→）が明瞭となり，さらにヨードマップ（c）を重ねることで視認性が向上している。

図5　症例3：50keV Mono画像＋ヨードマップによる腫瘍の視認性の向上（上咽頭がん）

症例4（図6）は腰椎圧迫骨折で，事前のMRI（c）で確認されていたL2の髄内新生出血（→）が，CTのWater/Calcium Image（b）でも確認可能であった。ただし，MRIでやや高信号となったL1をCTでは描出できていないため，水とカルシウムの分離パラメータの見直しを検討中である。

図6　症例4：Water/Calcium Imageによる髄内新生出血の確認（腰椎圧迫骨折）

症例5（図7）は頭蓋骨海綿状血管腫であるが，MRI（b，d）で明瞭な腫瘍の広がり（→）を，Water/Calcium Image（c，e）でも同様に確認可能であり，CT検査の付加情報としての有用性が期待できる。

図7　症例5：Water/Calcium Imageによる腫瘍の広がりの評価（頭蓋骨海綿状血管腫）

■まとめ

Spectral Imaging Systemは，ルーチン検査でも活用可能と考えられるが，CE BoostやSEMARなど既存技術との併用や使い分けも重要である。また，今後，低keV画像のノイズ低減や，Fat/Water Imageの表示が可能になれば，より優れた装置になると考えている。