Photon‐counting 技術によるマンモグラフィ装置のコントラスト特性評価

Photon‐
Photon‐counting 技術によるマンモグラフィ装置のコントラスト特性評価
要旨
目的：Photon-Counting 技術によるマンモグラフィ装置（Micro Dose Mammography L30，SECTRA
社製、以下 MDM）は，ターゲット／フィルタに W／Al を用い，管電圧を 30kＶ以上に設定するため，
コントラスト特性が従来と異なる可能性がある．よって従来の直接変換型マンモグラフィ装置
（MAMMOMAT Novation DR SIEMENS 社製，以下 DR）とその特性を比較評価する．方法：RMI156
ファントム，アクリルで挟んだステップファントム及びウエッジ形状の水ファントムを，MDM は 32kＶ，
DR では 28kＶ～35kＶ（ターゲット／フィルタ：Mo/Mo，Mo/Rh，W/Rh）で撮影し、ピクセル値と濃度
プロファイルを比較した．また取得画像を視覚的に比較した．結果及び考察：模擬腫瘤のコントラス
トは，DR Mo/Mo 33kV 以下のとき MDM より勝っていた．またステップファントム及び水ファントムの
コントラストでは，低吸収領域では線質の影響により DR が勝り，高吸収領域ではマルチスリットスキ
ャンによる散乱線除去効果によって MDM が勝っていた．よって MDM のコントラストを DR に近づけ
るためには，低吸収領域のコントラストを高くすることが必要であると考えられ，MDM の臨床画像に
おいて試験的に行ったコントラスト補正によりその効果が示された．
Ⅰ．緒言
Photon-counting 技術（Detector に入射する光子の数を検出し画像とし
て表現する技術）を用いたデジタルマンモグラフィ装置である SECTRA 社
製 Micro Dose Mammography L30（以下，MDM）は，上下２つのコリメータ
ーが連動しスリット状の X 線ビームによりスキャンしていくため従来よりも低
線量かつ散乱線の影響が少ない撮影が可能である．また MDM は従来と
異なる点として，ターゲット/フィルタに W/Al を用い，30kV 以上の硬い線質
を設定する．そのためコントラスト特性が従来装置と異なる可能性があるた
め，本研究ではその特性を従来の直接変換型マンモグラフィ装置と比較検
討する．
Fig.1
MDM のマルチスリット
スキャン
Ⅱ．使用
Ⅱ．使用機器
使用機器
・ Photon-counting マンモグラフィ装置：Micro Dose Mammography L30 SECTRA 社製
・従来型直接変換型マンモグラフィ装置：MAMMOMAT Novation DR SIEMENS 社製
・画像解析ソフト：ImageJ
・ファントム：RMI156 ファントム，ステップファントム，水ウエッジファントム
Table 1 線質
Ⅲ．方法
1) 線質
実験で用いた各装置における管電圧，
ターゲット／フィルタ及び線質を Table.1 に示す．
装置
管電圧(kV)
半価層
MDM
32(W/Al)
0.61
DR
28～35(Mo/Mo)
0.34
28～35(Mo/Rh)
～
28～35(W/Rh)
0.58
2) コントラスト評価
Table １で示した線質にて以下に示すようにファントムを撮影し，その画像のローデータを用いて解析を
行った．
a. RMI156 ファントム
RMI156 ファントム画像の最も大きな模擬腫瘤上とそのバックグラウンドに ROI をとり(Fig.2a)，式１によっ
てコントラスト算出した．
コントラスト＝
ROIB－ROIA
ROIB + ROIA
・・・式１
b. ステップファントム
リン酸カルシウムにて吸収係数を 10 段階に調節したステップファントムを 2 枚のアクリル板で挟んだ（上
に 10mm，下に 20mm）状態で撮影し，画像の各ステップ上に ROI をとり(Fig.2b)，ステップが低吸収から高
吸収になるにつれてデジタル値がどのように変化するか調べた．
c. 水ウエッジファントム
最も厚い部位で 60mm となる水ウエッジファントムを撮影し，濃度プロファイルを作成した(Fig.2c)．
最も大きな模擬腫瘤
ROI-A
バックグラウンド
ROI-B
(a) RMI156 ファントム
ROI
ROI
(b) ステップファントム
(c) 水ウエッジファントム
Fig.2 コントラスト測定で用いたファントム
Ⅳ．結果
1) コントラスト測定
a． RMI156 ファントム
Fig.3 は管電圧を変化させたときの模擬腫瘤のコントラストの
変化を示したものである．模擬腫瘤のコントラストではＤＲ Mｏ
/Mｏが 33ｋＶ以下において MDM より勝っていた．
0.0270
0.0230
ト
ス
ラ
ト0.0210
ン
コ0.0190
0.0170
0.0150
b.ステップファントム
DR
Mo/Mo
DR
Mo/Rh
DR
W/Rh
MDM
0.0250
25
27
29
31
管電圧（ｋV)
33
35
37
Fig.3 模擬腫瘤のコントラスト
Fig.4 にステップファントムの濃度変化を示す．MDM の濃度変化は直線的であり，吸収体によらずほぼ
一定のコントラストを示すことがわかった．また，高吸収域では MDM のほうが高いコントラストを示した．
DR 28kV
DR 29kV
DR 31kV
DR 33kV
DR 35kV
MDM 32kV
10000
1000
値
タル
ジデ
100
DR 28kV
DR 29kV
DR 31kV
DR 33kV
DR 35kV
MDM 32kV
10000
1000
値
ル
タジ
デ
0
2
4
6
ステップ番号
8
10
12
(a) DR Mo/Mo と MDM
10
28kV
29kV
31kV
33kV
DR 35kV
MDM 32kV
1000
値
ル
タジ
デ
100
100
10
DR
DR
DR
DR
10000
0
2
4
6
ステップ番号
8
10
10
12
0
(b)DR Mo/Rh と MDM
2
4
6
8
ステップ番号
10
12
(c)DR W/Rh と MDM
Fig.4 ステップファントムの濃度変化
次に各ステップ間コントラストをグラフ化すると Fig.5 のようになった．MDM は DR と比較して高吸収域に
おいて高コントラストを示し，低吸収域において低コントラストを示すことがわかった．
コントラスト
0.25
0.20
0.15
0.10
DR 28kV
DR 29kV
DR 31kV
DR 33kV
DR 35kV
MDM 32kV
0.30
0.25
コントラスト
DR 28kV
DR 29kV
DR 31kV
DR 33kV
DR 35kV
MDM 32kV
0.30
0.05
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
0
2
4
6
ステップ番号
8
0.00
10
0
(a) DR Mo/Mo と MDM
2
4
6
ステップ番号
8
10
(b) DR W/Rh と MDM
Fig.5 ステップ間コントラスト
1.2
1
c.水ウエッジファントム
0.8
水ウエッジの濃度プロファイルを Fig.6 に示す．濃度プロファ
値
タル0.6
ジ
デ
イルからも MDM は，高吸収域で比較的高いコントラストを示す
0.4
ことがわかった．
0.2
DR　28kV
DR　29kV
DR　31kV
MDM 32kV
0
0
1000
2000
距離
3000
4000
5000
Fig.6 水ウエッジの濃度プロファイル
2) 取得画像
実際に取得されたステップファントムの画像を Fig.7 に示す．低吸収域では，DR Mo/Mo 28kV のコント
ラストが最も高く，MDM より DR のほうが高コントラストを示した．高吸収域では MDM が高いコントラストを
示した．DR では管電圧が高い方が高いコントラストを示した．
(a)MDM
(b)DR Mo/Mo (c)DR Mo/Mo
Fig.7
35kV
32kV ステップファントムの取得画像
28kV
(d)MDM
(e)DR Mo/Mo (f)DR Mo/Mo
(a)～(c)：低吸収域，(d)～(f)：高吸収域
28kV
35kV
32kV
Ⅴ．考察
模擬腫瘤のコントラスト測定では，DR，Mo/Mo/33kV 以下のコントラストが他より勝り，ステップファントム
の低吸収域で DR が勝ったのは，MDM の 32kV/W/Al より，DR が線質低いことによるものと考える．一方，
高吸収域では MDM のコントラストが勝ったのは，MDM のスリットスキャンにより，散乱線が大幅に除去さ
れたためであると考えられる．よって MDM のコントラストを DR に近づけるためには，低吸収域のコントラス
トを高くする処理が適していると考えられる．
そこで MDM に対するコントラスト補正について検討した．Fig.8 は MDM と DR の減弱曲線，Fig.9 はこ
の減弱曲線から算出した MDM に対する DR のコントラスト比である．よって低吸収になるに従いコントラス
トを増強するような look-up table (LUT) (Fig.10)にて処理すると MDM のコントラストを DR，Mo/Mo/28kV
に近似可能であると考えられる．Fig.11 はその例であり，コントラスト補正の効果が示された．
2.5
3.5
3
2
y = -0.0855x + 3.178
コントラスト比
LOG E
2.5
2
3
2
y = -0.0004x + 0.0136x - 0.1953x + 2.8872
1.5
MDM
1.5
コントラスト比
1
DR
1
線形 (MDM)
0.5
多項式 (DR)
0.5
0
0
2
4
6
8
10
12
ステップ番号
Fig.8 減弱曲線
(a)MDM：Old LUT
0
0.01
0.1
1
減弱率
Fig.9 コントラスト比(DR/MDM)
(b)MDM：New LUT
Fig.10 LUT
(c)DR：28kV
Fig.11 MDM に対するコントラスト補正の臨床画像例
Ⅵ．結語
Photon-counting 技術を用いたマンモグラフィ装置は，ターゲット/フィルタが W/Al で 30kV 以上を使用
することから従来と異なるコントラスト特性を示し，低吸収域で従来よりコントラストが低く，高吸収域で高い
ことがファントム実験により示された．よって従来装置にコントラスト特性を近づけるためには LUT 処理パラ
メータを考慮する必要がある．

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