シーメンス社が開発した次世代型検出器“Stellar Detector”は，RSNA2011で発表され，「SOMATOMDefinition Edge」と「SOMATOM　Definition Flash」に搭載されている。本講演では，Stellar Detectorの物理特性について，従来のConventional Detectorと比較した検証を行ったので報告する。

Stellar Detectorの特長と検証内容

Stellar Detectorは，検出器の構造を見直し，フォトダイオードとADC（アナログデジタル変換器）を一体化して，アナログ伝送部分を排除した。これによって信号回路からの電気ノイズを低減し，回路上のクロストークを抑制することで，SNRと空間分解能の向上を実現している（図1）。Stellar Detectorでは，逐次近似画像再構成法との組み合わせによって，さらなるノイズと被ばくの低減が可能になると思われるが，実際にどの程度の性能があるか，従来のDetectorとの比較検討を行った（データ収集協力：当院CT班，埼玉医科大学総合医療センター，春日部市立病院，埼玉CTテクノロジーセミナーの関係者）。
検証に使用した機種は2タイプのSOMATOM Definition Flashで，Stellar Detector搭載機とConventional Detector搭載機である。以下に比較項目を挙げる。

(1) 再構成関数が同等かどうか
・X-Y平面の空間分解能（MTF）

(2) 撮影条件の変化における特性変化の比較
・Standard Deviation（SD）
・Noise Power Spectral（NPS）
・低コントラスト検出能

(3) 造影剤に対する感度の比較

(4) ストリークアーチファクト

(5) Edge technologyの検証
・section sensitivity profile on Z-axisの測定

図1　Conventional DetectorとStellar Detectorの比較

比較検証結果

●再構成関数による比較（MTF）

X-Y平面のMTFの測定条件は，120kV，200mAs，0.5s，ピッチ：1.0，再構成関数は肺野から腹部を想定したB10，25，40，60で撮影し，MTF解析ソフト（CTPSF，ワイヤー法）で測定した。図2は，センター付近での解析結果だが，再構成関数を変えてもStellar DetectorとConventional Detectorでの差は認められなかった。オフセンターでの計測でも同様であった。

図2　MTF（XY）の再構成関数による影響

●撮影条件による特性変化

1）SD
SDは，250mmの水ファントムを用いて中心と辺縁に40×40pixelの5個のROIを設け，電圧を80，100，120，140kV，電流は30，50，100，150，200，250mAsで測定した。画像の視覚的評価でも，低線量でStellar Detectorのノイズが少ないことがわかるが，SDのkVとmAsによる変化をグラフ化した（図3）。80kVの30mAsではSDは27.7％の向上が見られ，Stellar Detectorは低線量領域で優れた特性を持っていることがわかる。一方で，120kV，30mAsではSDの向上はわずかであった。

図3　画像SDのkVとmAsによる変化

2）NPS
NPSは，SDと同様に電圧を80〜140kV，電流は30〜250mAsまで変えて計測を行った（図4）。SDと同様に低線量ほど効果が高く，また，低周波領域が改善されているのが特徴である。低線量（30mAs）で電圧を変えて撮影してみると，低電圧ではやはり，低周波領域が良好になっていることがわかる。

図4　Noise Power Spectrum（NPS）の変化

3）低コントラスト検出能
Catphanファントム（CTP263）を用いて，120kV，30〜250mAsで，低コントラスト検出能を確認した。Stellar DetectorとConventional Detectorの画像を線量ごとに比較すると，Stellar Detectorの方が若干ノイズが少ないことがわかる。低コントラスト検出能を定量的に検証するのは難しいところだが，100mAsと250mAsでROC解析を行ったところ，低線量など条件が悪い時に差異があることが示唆された（図5）。

図5　低コントラスト検出能（ROC解析）

●造影剤に対する感度

管電圧の変化で造影剤の感度が変わるかどうかを比較した。Stellar Detectorの方がCT値が若干高いが，両者の性能的な差異ははっきりしない。

●ストリークアーチファクト

ストリークアーチファクトの評価は，ブタの骨を水ファントム上に置いて撮影して，比較した。120kV（30mAs）のSDではStellar Detectorが18.8，Conventional Detector21.1で，画像上のストリークも少なく見える。しかし，ストリークアーチファクト測定でSDを用いるのは定量性の面で問題があると考えられた。埼玉CTテクノロジーセミナーでは，名古屋大学・今井らによる「極値統計によるストリークアーチファクトの定量評価法」（European Journal of Medical Physics, 2010.）をもとに，Gumbel分布直線によるストリークアーチファクトの定量評価について共同研究を行っている。
同論文では，“画像ノイズはGauss分布に従うと言われているが，基本的にストリークアーチファクトによるCT値変動はGumbel分布に従う”と報告されている。Stellar DetectorとConventional Detector（当院Sensation64）で，SDが一定になるようにストリークアーチファクトを発生させ，得られた画像からGumbel分布グラフを作成した（図6）。右に行くほどストリークアーチファクトが多いことを示すが，低線量であるほど差異が大きく，Stellar Detectorの方がストリークアーチファクトが低い値となった。図7は肺がん検診のCT画像だが，Conventional Detector の42mAsでの撮影と比べても，Stellar Detectorでは36mAsでストリークアーチファクトが低減されていることがわかる。

図6　ストリークアーチファクトのGumbel分布直線による定量評価

図7　肺がんCT検診画像におけるストリークアーチファクトの比較

●Edge technologyの検証

Edge technologyは，Stellar Detectorでチャンネル間のクロストークを最小化することで，検出器の本来の性能を引き出す技術である。それによって，より正確なスライスプロファイルの生成が可能になり，0.6mm検出器幅で0.5mmのスライスデータが得られると言われている。Edge technologyの効果について，(1)section sensitivity profile on Z-axis（SSPz）の測定，(2)ピッチ変化とFWHMの関係，(3)得られたプロファイルよりMTFを算出して検討を行った。
SSPzについて，ピッチ0.35時のプロファイルを0.5mm再構成と0.6mm再構成で比較した（図8）。0.5mmではプロファイルの形状が鋭角になっており，0.6mmと比べて明らかに違うことがわかる。FWHMは0.579mmと0.671mmで，かなり公称スライス厚に近い値であると考えられる。MTFでは，0.5mm再構成は直線に近く，相関が高いことがわかる。
ピッチを上げていくとFWHMも若干上がっていくが，0.5mm再構成ではピッチ1までは0.5mmに値する数値となっており，ピッチ0.6で撮影してもz-sharpによって公称スライス厚に近いことがわかった（図9）。

図8　ピッチ0.35におけるSSPzとFWHM
0.5mm再構成vs.0.6mm再構成

図9　ピッチと再構成スライス厚の変化

まとめ

これらの結果から，Stellar Detectorは，低線量では効果が高く，ストリークアーチファクトも低減していた。肺がん検診やより低線量撮影などには有効であると考えられる。低周波での改善については，Stellar Detectorの回路からの電気ノイズの低減の効果が大きいことがNPSからわかるが，これは逐次近似画像再構成法とのマッチングが良い可能性を示唆（検出器：低周波数領域の改善，逐次近似再構成：低周波数領域の改善が少ない）していると考えられる。Stellar Detectorとシーメンス独自の被ばく低減技術“CARE”を組み合わせることで，さらなる効果が期待できると思われる。