学位論文の要約
Detection of pure ground-glass nodules in the lung by low-dose multi-detector computed
tomography, with use of an iterative reconstruction method: a comparison with conventional image
reconstruction by the filtered back-projection method
（逐次近似再構成法を用いた低線量 MDCT による肺内すりガラス結節の検出 ～従来のフィルタ補正逆投影法による画像再構成法との比較～）
Shiho Akashita 赤下 志保
Radiology
Yokohama City University Graduate School of Medicine 横浜市立大学 大学院医学研究科 医科学専攻 放射線医学
( Doctoral Supervisor : Tomio Inoue, Professor )
学位論文の要約
Detection of pure ground-glass nodules in the lung by low-dose multi-detector computed
tomography, with use of an iterative reconstruction method: a comparison with conventional image
reconstruction by the filtered back-projection method
（逐次近似再構成法を用いた低線量 MDCT による肺内すりガラス結節の検出 ～従来のフィルタ補正逆投影法による画像再構成法との比較～） http://link.springer.com/article/10.1007/s11604-014-0384-z １． 序論 2010 年，米国大規模肺がん検診の臨床試験の結果から，低線量 CT 検診群は、胸部 X 線検診 群より，死亡率を 20%も減じた事が明らかになった( Aberle et al, 2011)． 日本でも今後、肺がん検診の低線量 CT への移行が予想される．近年，逐次近似再構成法 iterative reconstruction(IR)という新技術により，被検者の被ばくの大幅な減少が可能となっている (Yu et al，2009; Yamada et al，2012; Tomozawa et al，2012; Juri et al，2013)．
今回我々は，ファントムを用い，16 列及び 64 列 MDCT の様々な撮影条件下の CT 画像の読 影実験を行い、従来のフィルタ補正逆投影法 filtered back projection(FBP)と，逐次近似再構成法 の一つの Adaptive Iterative Dose Reduction 3D(AIDR 3D)の，2 つの画像再構成法について，そ の検出能と，被ばく線量を比較検討した． ２． 実験材料と方法 右肺の上，中，下肺野に模擬病変を大きい順（直径 12，10，8，6，4mm）に５つ並べたファントム を用い，16 列，64 列 MDCT において，各々９通りの撮影条件を設定し，FBP，AIDR 3D の２通り の画像再構成法を用いて撮像した合計 36 通りの画像について，８名の診断医により読影実験を 行った．
設定上，各病変は、円形の pure ground-glass nodule (pure GGN，すりガラス結節)として描出さ れ，最初に、図１に示す様に、コントロール画像で，結節の大きさ，位置を把握した上で，ランダム に提供された画像の各結節について，その見え方を，１；指摘できない，２；1～49%辺縁が見える，
３；50%辺縁が見える，４：51～99％辺縁が見える，５；100%見える，の 5 段階評価とし，FBP と AIDR 3D における，8 人の評価の平均値（検出能）と，被ばく線量（結節の検出に要する最少線量）を比 較検討した．評価対象は，6，8，10mm の大きさの結節とした． 図１，コントロール画像 右肺の上，中，下肺野にそれぞれ，12，10，8，6，4mm の模擬病変が，上記のように，大きい順に 配置されている． ３． 結果 大きさ別の評価（表１～４） 16 列では，今回の条件では，上肺野で 6mm の結節を検出できなかった．その他は検出可能 で，AIDR 3D で，より高い検出能であった．6mm の中・下肺野と，10mm の上肺野のみ，両方法の 検出能に，有意差がみられた（表１）． 64 列では大きさや位置に関わらず検出可能（6mm の上肺野は AIDR 3D でのみ検出可能）で， AIDR 3D で，より高い検出能であり，6mm の下肺野以外の全てに，有意差がみられた（表２）．
表 1，16-row MDCT における，AIDR 3D で評価の平均値が 2 以上に達する最少実効線量での，FBP と AIDR 3D によるすりガラス結節の評価の平均値
6 mm 8 mm 10 mm
TED FBP A-3D P* TED FBP A-3D P* TED FBP A-3D P*
mSv mean (SD) mean (SD) mSv mean (SD) mean (SD) mSv mean (SD) mean (SD) Upper - - - - 0.61 1.25 (0.46) 2.13 (0.99) 0.087 0.40 1.13 (0.35) 2.63 (1.06) 0.005 Middle 0.4 1.50 (0.93) 2.25 (0.71) 0.020 0.40 2.00 (1.20) 2.25 (0.46) 0.451 0.40 3.13 (1.13) 2.88 (0.83) 0.351 Lower 0.4 1.88 (0.83) 2.75 (0.71) 0.006 0.40 2.38 (0.92) 2.38 (0.92) 1.000 0.40 3.00 (1.07) 3.38 (1.06) 0.351 * P値 <0.05 で有意差あり．
TED, total effective dose; FBP, filtered back projection;
A-3D=AIDR 3D, adaptive iterative dose reduction 3D; SD, standard deviation
表 2，64-row MDCT における，AIDR 3D で評価の平均値が 2 以上に達する最少実効線量での，FBP と AIDR 3D によるすりガラス結節の評価の平均値
6 mm 8 mm 10 mm
TED FBP A-3D P* TED FBP A-3D P* TED FBP A-3D P*
mSv mean (SD) mean (SD) mSv mean (SD) mean (SD) mSv mean (SD) mean (SD) Upper 0.41 1.13 (0.35) 2.63 (1.19) 0.005 0.25 1.00 (0.00) 2.13 (0.99) 0.015 0.25 1.13 (0.35) 2.25 (1.04) 0.007 Middle 0.41 1.50 (0.76) 3.25 (1.04) 0.002 0.25 2.25 (0.71) 3.38 (0.92) 0.002 0.25 2.63 (0.92) 3.88 (1.13) 0.005 Lower 0.25 1.50 (0.76) 2.25 (1.16) 0.111 0.25 2.25 (0.89) 3.25 (0.89) 0.033 0.25 2.50 (0.76) 3.75 (1.16) 0.019 * P 値<0.05 で有意差あり．
TED, total effective dose; FBP, filtered back projection;
16 列、64 列いずれも，検出に要する最少線量（評価の平均値が 2 以上となる最少線量）は，小 さく，上肺野ほど，高線量である傾向がみられた． 6mm では位置に関わらず，FBP より AIDR 3D で必要線量が低減されていた．8mm，10mm では 上肺野のみ AIDR 3D で低減されていた（表３，表４）． 表 3，16 列 MDCT における評価の平均値が 2 以上に達する最少の実効線量 6 mm 8 mm 10 mm
FBP AIDR 3D FBP AIDR 3D FBP AIDR 3D Upper - - 1.20 0.61 0.80 0.40 Middle 0.61 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 Lower 0.61 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 FBP, filtered back projection; AIDR 3D, adaptive iterative dose reduction 3D
表 4，64 列 MDCT における評価の平均値が 2 以上に達する最少の実効線量
6 mm 8 mm 10 mm
FBP AIDR 3D FBP AIDR 3D FBP AIDR 3D Upper - 0.41 0.74 0.25 0.74 0.25 Middle 0.74 0.41 0.25 0.25 0.25 0.25 Lower 0.41 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 FBP, filtered back projection; AIDR 3D, adaptive iterative dose reduction 3D
全体としての評価（表 5） 16 列，64 列の各機種における全体としての検出能を調べるため，設定条件の最少，中間，最 大線量における 6，8，1０mm の各結節の評価全てを平均化して，比較検討した． いずれも，同線量では，AIDR 3D で，より高い検出能が確認された．また，最少線量では，FBP では結節を検出できなかったが，AIDR 3D では検出できた．中間線量，最大線量ではいずれの再 構成法でも検出できた． 16 列では，最少線量においてのみ両者の検出能に有意差がみられた．64 列では，線量に関 係なく，有意差が得られた（表 5）．
表 5，6，8，10mm の全ての結節の評価の平均値 16-row MDCT 64-row MDCT TED FBP Mean (SD) A-3D Mean (SD) P* TED FBP Mean (SD) A-3D Mean (SD) P* 0.40 1.89 (1.11) 2.32 (1.00) p<0.001 0.25 1.72 (0.86) 2.65 (1.27) p<0.001 1.20 3.19 (1.40) 3.25 (1.32) N.S. 0.74 3.11 (1.19) 3.46 (1.06) p<0.001 2.50 3.56 (1.45) 3.64 (1.42) N.S. 1.60 3.54 (1.27) 4.32 (1.27) p<0.001 * P値<0.05 で有意差あり． N.S., not significant 有意差なし
TED, total effective dose; FBP, filtered back projection;
A-3D=AIDR 3D, adaptive iterative dose reduction 3D; SD, standard deviation
４． 考察
2010 年の米国大規模肺がん検診の臨床試験の結果から，低線量 MDCT の有用性が明らかに なった．過去，Imanishi et al.（2005）および Riley K（2009)により，MDCT による放射線の過剰被ば くによる脱毛症が報告されて以降，被ばく低減のために、Image based filter technique，auto exposure control (AEC)，などの様々な技術が開発されてきた（Kubo et al，2008; Yu et al，2009; Matsumoto et al，2011）． 近年，逐次近似再構成法(IR)という新技術により，被検者の被ばくの大幅な減少が可能となって おり，今回我々は，肺がん検診におけるその有用性を調査するために，ファントムを用い，現状の 普及機である 16 列及び 64 列 MDCT の様々な撮影条件下の CT 画像の読影実験を行い，FBP と，IR の一つである AIDR 3D の，2 つの画像再構成法について，その検出能と，被ばく線量を比 較検討した． 肺がん CT 検診上 5mm 以上の病変を検出する必要があり，今回の模擬病変の大きさの設定上， 必須と思われる， 6mm の結節を検出可能な最少の実効線量を求め， FBP と AIDR 3D について， その検出能を比較検討した． 更に，10mm は生検等による結節の質的診断の基準値であり，8mm はこれらの中間値として，同 様に比較検討した．
16 列，64 列いずれも，同線量では， AIDR 3D で，より高い検出能が確認された．両者の有意 差は，16 列では限定的であったが，64 列では一部を除いて，大きさや位置に関わらず，ほぼ全般 に有意差が見られた． 16 列では，今回の条件では，上肺野で 6mm の結節を検出できなかった．64 列では AIDR 3D に おいて検出可能であった． 検出に要する最少線量（評価の平均値が 2 以上となる最少線量）は，小さく，上肺野ほど，高線 量である傾向がみられた．上肺野は，肺尖部の肋骨によるアーチファクトが検出に影響していると 思われる． 16 列，64 列の各機種における全体としての検出能も， AIDR 3D で，より高い検出能が確認さ れた．最少線量では，FBP では GGN を検出できなかったが，AIDR 3D では検出できた．16 列で は，最少線量においてのみ両者の検出能に有意差がみられた．64 列では，線量に関係なく，有 意差が得られた． つまり，64 列 MDCT では，いずれの条件下でも IR 法を用いた再構成の方が，従来法の FBP と 比べて，検出能が良好であり，16 列 MDCT でも，一定の条件下で同様の結果であり，ファントム実 験において，IR 法が，pure GGN（すりガラス結節）の検出能向上に寄与することが示された，という 事が言える． ただし，実際の人の肺がんスクリーニングでは，１）結節病変の多様性，２）背景肺の状態，３）胸 郭の状態，４）心拍数など，ファントム実験では解決できない問題が多々あり，それに適した CT の 撮影条件を決めるには，更なる臨床研究が必要である．
引用文献
Aberle, D.R., Adams, A.M., Berg, C.D., Black, W.C., Clapp, J.D., Fagerstrom, R.M., Gareen, I.F., Gatsonis, C., Marcus, P.M., and Sicks, J.D. (2011), Reduces lung-cancer mortality with low-dose computed tomographic screening, N Engl J Med , 365, 395-409.
Imanishi, Y., Fukui, A., Niimi, H., Itho, D., Nozaki, K., Nakaji, S., Ishizuka, K., Tabata, H., Furuya, Y., Uzura, M., Takahama, H., Hashizume, S., Arima, S., and Nakajima, Y. (2005) , Radiation-induced temporary hair loss as a radiation damage only occurring in patients who had the combination of MDCT and DSA, Eur Radiol, 15, 41-6.
Juri, H., Matsuki, M., Itou, Y., Inada, Y., Nakai, G., Azuma, H., and Narumi, Y. (2013) , Initial experience with adaptive iterative dose reduction 3D to reduce radiation dose in computed tomographic urography, J Comput Assist Tomogr, 37, 52-7.
Kubo, T., Ohno, Y., Gautam, S., Lin, P.P., Kauczor, H., and Hatabu, H. (2008), Use of 3D adaptive raw-data filter in CT of the lung: effect on radiation dose reduction, AJR, 191, W167-74.
Matsumoto, K., Ohno, Y., Koyam, H., Kono, A., Inokawa, H., Onishi, Y., Nogami, M., Takenaka, D., Araki, T., and Sugimura, K. (2011), 3D automatic exposure control for 64-detector row CT: Radiation dose reduction in chest phantom study, Eur J Radiol , 77, 522-7.
Riley, K. (2009), FDA Makes Interim Recommendations to Address Concern of Excess Radiation Exposure during CT Perfusion Imaging [U.S. Food and Drug Administration Web site], Dec 7, 2009, available at:http://www.fda.gov/NewsEvents/Newsroom/PressAnnouncements/ucm193190.htm
Tomizawa, N., Nojo, T., Akahane, M., Torigoe, R., Kiryu, S., and Ohtomo, K. (2012), Adaptive iterative dose reduction in coronary CT angiography using 320-row CT: assessment of radiation dose reduction and image quality, J Cardiovasc Comput Tomogr , 6, 318-24.
Yamada, Y., Jinzaki, M., Hosokawa, T., Tanami, Y., Sugiura, H., Abe, T., and Kuribayashi, S. (2012), Dose reduction in chest CT: comparison of the adaptive iterative dose reduction 3D, adaptive iterative dose reduction, and filtered back projection reconstruction techniques, Eur J Radiol , 81, 4185-95.
J.G., and Mccollough, C.H. (2009), Radiation dose reduction in Computed tomography: techniques and future perspective, Imaging Med , 1, 65-84.
論文目録
Ⅰ 主論文
Detection of pure ground-glass nodules in the lung by low-dose multi-detector computed
tomography with use of an iterative reconstruction method: a comparison with conventional image
reconstruction by the filtered back-projection method
Shiho Akashita, Yasuhiko Tachibana, Kentaro Kanemaki, Keiji Sogawa, Tomio Inoue : Japanese
