JP2008119020A - 検出値較正方法、ｘ線ｃｔ装置、較正用ファントムおよび保持具 - Google Patents

検出値較正方法、ｘ線ｃｔ装置、較正用ファントムおよび保持具 Download PDF

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Abstract

【課題】有効なキャリブレーションを行い、適度なコントラストの被検体の画像を得ることを可能にする検出値較正方法、並びにこの検出値較正方法に用いられるＸ線ＣＴ装置、較正用ファントムおよび保持具を提供する。
【解決手段】Ｘ線ＣＴ撮影において検出された検出値を較正する検出値較正方法であって、液体で満たされた較正用ファントム１をＸ線ＣＴ装置に固定し、較正用のＸ線ＣＴ撮影を行うステップと、較正用ファントム１の液体中に被検体３０を入れ、被検体３０の入った較正用ファントムをＸ線ＣＴ装置に固定し、被検体３０のＸ線ＣＴ撮影を行うステップと、較正用のＸ線ＣＴ撮影により検出された検出値を用いて、被検体のＸ線ＣＴ撮影で検出された検出値を較正するステップと、を含む。これにより、Ｘ線の管電圧を下げて撮影し、較正を行うことによりＣＴデータのコントラストを高めることが可能である。
【選択図】図７

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ撮影において検出された検出値を較正する検出値較正方法、並びにこの検出値較正方法に用いられるＸ線ＣＴ装置、較正用ファントムおよび保持具に関する。
医学、生物学の分野では、実験動物の体内の経時変化を追跡することで、病気の進行や薬効を検証する方法が一般的に行なわれている。そのような方法の一つとしてＸ線ＣＴ撮影で実験動物の胴体の断層データを得て、内臓、骨、脂肪等の状態を把握する方法が知られている。
特に、マウス等の小動物をＸ線ＣＴ装置で撮影する際には、容器に入れた小動物をガス麻酔で眠らせ、数分にわたる撮影が行われる（特許文献１）。特許文献１では、測定ユニットの回転中心軸方向に伸長した中空の略円筒形状を有する容器が提案されており、この容器は小動物にガス麻酔を行うことを可能にしている。ガス麻酔が用いられるのは、Ｘ線ＣＴ装置の撮影時間が長いためであるが、近年ではわずか数十秒程度で撮影を完了できるＸ線ＣＴ装置が開発され、注射麻酔をかけたマウスを台上に寝かせてＸ線ＣＴ撮影を行うことも可能となっている。
一方、現在、小型魚類が実験動物として注目されつつある。小型魚類については、メタボリックシンドロームの予防薬の検証、ＤＮＡの解析、再生医療研究等に関する実験が行われ、その有用性が認められている。特に、ゼブラフィッシュは、マウス、ラットの次に重要視すべき第三の実験動物として米国国立衛生研究所により認定されている。ゼブラフィッシュには、（１）全ゲノム配列でヒトと８０％の相同性があり、遺伝子数もヒトとほぼ同じである、（２）体長が小さいため、小スペースで多数の個体を飼育することができる、（３）飼育が容易である、（４）多産で世代交代期間が短いという多数の長所がある。
特開２００４−１２１２８９号公報
上記のように小型魚類が実験動物として注目される中、本発明者らは、今後小型魚類のＸ線ＣＴ撮影の必要性が高まることに着目した。
しかしながら、小型魚類をＸ線ＣＴ撮影するためには、以下のような問題がある。まず、メダカやゼブラフィッシュ等の小型魚類は、Ｘ線ＣＴ撮影用の被検体としては小さすぎるため、従来の撮影方法ではＸ線が被検体を透過し十分なコントラストを有するデータが得られない。これに対して、Ｘ線の管電圧を下げることによりコントラストを高めることが可能であるが、同時に検出されるＸ線強度が小さくなり、十分なキャリブレーション（較正）用のＣＴデータが得られなくなる。
また、メダカやゼブラフィッシュ等の小型魚類は、マウスとは異なり水中以外では長時間生きられないため、撮影中に水から出して台上に置くと、たとえ短時間でも大きいダメージを与えてしまう。また、Ｘ線吸収率が水に近い小型魚類を空気中で撮影すると、その皮膚に近い部位では、空気のＸ線吸収率に対して小型魚類の吸収率が大きいため、撮影されたＣＴデータを画像表示したとき、その部位の周囲に対するコントラストが強調されすぎる。すなわち、吸収差が大きい領域が隣接すると、画像処理のエッジエンハンス効果が働き、その領域に近い臓器や脂肪が画像上視認できなくなる。また、本来均一であるべき臓器が画像上不均一に見えてしまうこともある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、有効なキャリブレーションを行い、適度なコントラストの被検体の画像を得ることを可能にする検出値較正方法、並びにこの検出値較正方法に用いられるＸ線ＣＴ装置、較正用ファントムおよび保持具を提供することを目的とする。
（１）上記の目的を達成するため、本発明の検出値較正方法は、Ｘ線ＣＴ撮影において検出された検出値を較正する検出値較正方法であって、液体で満たされた較正用ファントムをＸ線ＣＴ装置に固定し、較正用のＸ線ＣＴ撮影を行うステップと、前記較正用ファントムの液体中に被検体を入れ、前記被検体の入った前記較正用ファントムをＸ線ＣＴ装置に固定し、前記被検体のＸ線ＣＴ撮影を行うステップと、前記較正用のＸ線ＣＴ撮影により検出された検出値を用いて、前記被検体のＸ線ＣＴ撮影で検出された検出値を較正するステップと、を含むことを特徴としている。
このように、本発明の検出値較正方法は、被検体の入った較正用ファントムで被検体のＸ線ＣＴ撮影を行い、較正用のＸ線ＣＴ撮影により検出された検出値を用いて、被検体のＸ線ＣＴ撮影で検出された検出値を較正する。これにより、組織間でコントラストが得られ難い被検体であっても、Ｘ線の管電圧を下げて撮影し、較正を行うことによりＣＴデータのコントラストを高めることが可能である。また、小型魚類を撮影する場合には、小型魚類を水中から出して撮影する必要がないため、撮影によるダメージを低減し、同じ個体についての変化を測定することを可能にする。
また、従来の方法で空気中にある魚のＣＴ画像を得ようとした場合、魚の皮膚周辺部位にて画像のコントラストが強調される。この現象は、ＣＴ画像のエッジ効果によりＸ線吸収差の大きい部位で画像のコントラストが強調されるために起こる。このように空気中にある魚のＣＴ画像を得ると、魚の皮膚近くの臓器・脂肪等の空気に近い部位を視認できない、または本来均一であるべき臓器に不均一性が見られるなどの画質問題が生じる。本発明の検出値較正方法では、被検体を液体中でＣＴ撮影するため、この方法で魚の撮影を行うときには上記のような問題が解決される。
（２）また、本発明に係る検出値較正方法は、前記較正用のＸ線ＣＴ撮影および前記被検体のＸ線ＣＴ撮影では、いずれも２５ｋＶ以上４０ｋＶ以下の管電圧によりＸ線を発生させることを特徴としている。このように、本発明の検出値較正方法では２５ｋＶ以上４０ｋＶ以下の管電圧によりＸ線を発生させるため、被検体の組織のコントラストを高めるとともに、最低限のＸ線強度を検出することができる。
（３）また、本発明に係る検出値較正方法は、前記被検体のＸ線ＣＴ撮影を行うステップの前に、前記被検体を容器に掬い、麻酔液を滴下するステップを更に含むことを特徴としている。これにより、被検体が動くのを防止してＸ線ＣＴ撮影をすることができる。また、麻酔を被検体に注射する場合に比べ、被検体へのダメージを小さくし、かつ作業を容易にすることができる。
（４）また、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を発生させるＸ線発生部および前記Ｘ線を検出する検出器を有する撮影系と、前記撮影系を回転させる回転機構と、内部を液体で満たして前記撮影系の回転軸上に固定され、前記検出器により検出された検出値を較正するために用いられる較正用ファントムと、を備え、前記較正用ファントムの液体中に被検体を入れてＸ線ＣＴ撮影を行うことで、有効な較正を行うのに用いられることを特徴としている。
このように、本発明のＸ線ＣＴ装置は、較正用ファントムの液体中に被検体を入れてＸ線ＣＴ撮影を行うのに用いられるため、有効な較正を行い、明りょうな断層画像を得ることができる。すなわち、組織間でコントラストが得られ難い被検体であっても、Ｘ線の管電圧を下げて撮影し、較正を行うことによりＣＴデータのコントラストを高めることが可能である。また、小型魚類を撮影する場合には、小型魚類を水中から出して撮影する必要がないため、撮影によるダメージを低減し、同じ個体についての変化を測定することを可能にする。また、被検体を液体中に入れて撮影するため、空気中での撮影に比べ周囲との吸収差を小さくして画像でのコントラストの強調を防止できる。また、同一臓器についてコントラストの均一性が得られる。
（５）また、本発明に係る較正用ファントムは、Ｘ線ＣＴ撮影において検出された検出値を較正するのに用いられる較正用ファントムであって、一端に開口を有し、他端には空気排出口を有する中空円筒形状の筒体と、前記筒体の開口から水密に挿入できるように形成された挿入体と、を備え、前記筒体と前記筒体に挿入された挿入体とにより形成される空間に液体および被検体を入れて用いることを特徴としている。
このように、本発明の較正用ファントムは、空気排出口を有する中空円筒形状の筒体に挿入体を水密に挿入できるため、筒体内部から空気を抜いて筒体内部を液体で充填しＸ線ＣＴ撮影を行うことができる。したがって、較正用ファントムとして液体のみを充填して較正用の撮影に使用する以外に、被検体を液体内に入れてＸ線ＣＴ撮影を行うことができる。そして、液体のみを充填して撮影したＣＴデータを用いて被検体のＣＴデータを較正することができる。
その結果、組織間でコントラストが得られ難い被検体であっても、Ｘ線の管電圧を下げて撮影し、較正を行うことによりＣＴデータのコントラストを高めることが可能である。また、小型魚類を水中から出して撮影する必要がないため、撮影によるダメージを低減し、同じ個体についての経時変化を測定することを可能にする。また、被検体を液体中に保持して撮影するため、空気中での撮影に比べ、周囲との吸収差を小さくして画像でのコントラストの強調を防止できる。また、同一臓器についてコントラストの均一性が得られる。
（６）また、本発明に係る較正用ファントムは、前記筒体の外径ｄ１は、前記Ｘ線ＣＴ撮影における前記液体の線減弱係数をμ、前記Ｘ線ＣＴ撮影に用いられる検出器のダイナミックレンジをＤ、測定にあたり最低限必要とされるＳ／Ｎ比をηとしたとき、以下の数式を満たすことを特徴としている。
このように、筒体が上記の式を満たす外径を有しているため、検出器は最低限測定に必要とされるＸ線強度を検出することができる。したがって、この式を満たす外径の筒体を用いることで、組織間のコントラストが得られ難い被検体であっても管電圧を下げてＸ線ＣＴ撮影を行うことが可能となる。また、上記の式では、発生されるＸ線のエネルギーや検出器の能力、筒体の材質も考慮されているため、これらが変わっても上記の式を満たす外径を有する筒体を用いて測定が可能となる。
（７）また、本発明に係る較正用ファントムは、前記筒体は、水のＣＴ値に近いＣＴ値を有する材質により形成されていることを特徴としている。このように筒体は、水のＣＴ値に近いＣＴ値を有する材質により形成されているため、ＣＴ値により脂肪と区別することができる。実験動物の脂肪のＣＴ値は、およそ−２５０以上−５０以下の範囲にある。したがって、特にＣＴ値−５０以上５０以下の材質を有することでＸ線ＣＴ撮影して脂肪を検出する実験では、筒体と被検体とを明確に区別することが可能となる。
（８）また、本発明に係る保持具は、前記較正用ファントムを、前記較正用ファントムの一端において保持する保持具であって、前記Ｘ線ＣＴ撮影に用いられるＸ線ＣＴ装置の撮影系の回転軸に合わせて、前記較正用ファントムの中心軸を固定する固定部を有し、前記Ｘ線ＣＴ装置内に設置可能に形成されたことを特徴としている。
このように本発明の保持具は、Ｘ線ＣＴ装置内に設置可能であって、Ｘ線ＣＴ装置の撮影系の回転軸に合わせて、較正用ファントムの中心軸を固定する。これにより、較正用ファントムを定位置に固定することができ、有効な較正を行い明りょうな断層画像を得ることができる。また、保持具は、較正用ファントムの一端を保持することで較正用ファントムを保持している。この片持ち構造により、保持具がＸ線ＣＴ撮影を阻害するのを防止する。保持具にはアクリル樹脂などの非金属材料を使用し、管電圧を低くしてＸ線ＣＴ撮影を行うときに保持具によりアーチファクト（偽像）が生じるのを防止する。
本発明によれば、組織間でコントラストが得られ難い被検体であっても、Ｘ線の管電圧を下げて撮影し、較正を行うことによりＣＴデータのコントラストを高めることが可能である。また、小型魚類を撮影する場合には、小型魚類を水中から出して撮影する必要がないため、撮影によるダメージを低減し、同じ個体についての変化を測定することを可能にする。また、被検体を液体中に入れて撮影するため、空気中での撮影に比べ周囲との吸収差を小さくして画像でのコントラストの強調を防止できる。また、同一臓器についてコントラストの均一性が得られる。
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
図１（ａ）は、較正用ファントム１を示す斜視図である。また、図１（ｂ）は、較正用ファントム１を示す正面図である。較正用ファントム１は、筒体１０および挿入体２０から構成され、内部に水を充填され較正用のＸ線ＣＴ撮影に用いられる。また、較正用ファントムは、被検体を保持した状態で被検体のＸ線ＣＴ撮影にも兼用される。筒体１０は、中空の円筒形状に形成されており、一端に開口１３を有し、他端には空気排出口１２を有している。開口１３付近の側壁１１の内側には、ネジ溝１３ａが設けられており、筒体１０に挿入体２０をネジ溝１３ａに螺合させて挿入した後の調整が容易となっている。空気排出口１２は、中空内部から外部に通じる孔１２ａを有しており、その先端が空気の排出方向に突出する形状を有している。突出した空気排出口１２の先端部分を固定支持することでＸ線ＣＴ撮影中の較正用ファントム１の固定が容易となる。
筒体１０は、たとえばアクリル樹脂のような有機化合物で形成されている。筒体１０の材質は、樹脂であることが好ましい。また、筒体１０の材質は、水のＣＴ値に近いＣＴ値を有していることが好ましい。水のＣＴ値に近いＣＴ値とは、脂肪のＣＴ値とは区別でき、かつ臓器が通常有するＣＴ値の範囲を超えない範囲のＣＴ値を指す。筒体１０の材質は、その中でも−５０以上５０以下のＣＴ値を有する材質であることが好ましい。筒体１０のＣＴ値が大きいと筒体１０を透過するＸ線強度が減弱し十分な検出値が得られなくなる。一方、筒体１０のＣＴ値が小さいと測定結果の解析の際にＣＴ値−２５０〜−５０の脂肪と筒体１０との区別がつき難くなる。なお、ＣＴ値とは、材質のＸ線減弱率を水が０、空気が−１０００となるように換算した相対値である。
図１（ｃ）は、図１（ｂ）における筒体１０のＡ−Ａ’切断部を示す端面図である。図１（ｃ）に示すように、筒体１０は円筒中空であり、外径ｄ１に対して内径ｄ２は、側壁１１の壁厚分小さくなっている。筒体１０の外径ｄ１は、Ｘ線ＣＴ撮影における水の線減弱係数をμ、Ｘ線ＣＴ撮影に用いられる検出器のダイナミックレンジをＤ、測定にあたり最低限必要とされるＳ／Ｎ比をηとしたとき、以下の数式を満たすことが必要である。
減弱したＸ線強度Ｉは、入射強度をＩ０、Ｒを行程としたとき、Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μＲ）で表される。したがって、Ｉｍを測定に必要な最低限の測定値、Ｉｓを検出器の飽和測定値、ｄｍを測定可能な筒体１０の外径の最大値としたとき、次の式が成り立つ。
この式は以下のように変形可能である。Ｉｎは、ノイズの強度を示している。


上記の結果から、測定可能な範囲のｄ１はｄ１≦ｄｍを満たす必要があり、式（１）が測定の条件となることがわかる。式（１）では、発生されるＸ線のエネルギーや検出器６４の能力、筒体１０の材質も考慮されているため、これらが変わっても式（１）を満たす外径を有する筒体１０を用いて測定が可能となる。
筒体１０の外径ｄ１は、２０ｍｍ以下であることが好ましい。本発明者らは、樹脂製の筒体１０、ダイナミックレンジ４０００の検出器６４を用いて撮影した場合に、管電圧が２５ｋＶ以上４０ｋＶ以下であることが好ましいこと、さらには、その条件下で筒体１０の外径ｄ１が２０ｍｍ以下の場合に、十分なコントラストで測定できることを見出した。したがって、Ｘ線の管電圧が２５〜４０ｋＶで、筒体１０の材質が水に近いＣＴ値を有し、検出器のダイナミックレンジが約４０００である場合には、水に入っているゼブラフィッシュの組織を十分に識別できる。
また、ゼブラフィッシュが成長したときの体幅を考慮すると、筒体の内径ｄ２は、８ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好適である。ゼブラフィッシュやメダカ等の小型魚類を被検体とする実験には、今後大きな有用性が認められる。これらの実験に適した筒体１０の内径ｄ２は、ゼブラフィッシュ等の小型魚類が成長する過程で実験しやすいことが条件となる。したがって、ゼブラフィッシュが成長したときの体幅を考慮すると、筒体１０の内径ｄ２は、８ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好適である。また、ゼブラフィッシュ等の体長から、筒体１０の長さは２５ｍｍ以上であることが好適である。
挿入体２０は、本体２１、ネジ山２２から構成されている。本体２１は、樹脂により円筒状に形成されている。本体２１の一端には、ネジ山２２が設けられている。ネジ山２２の直径は、筒体１０の内径ｄ２に概略一致しており、ネジ溝１３ａに螺合するように形成されている。これにより、挿入体２０を筒体１０の中空内部に水密に挿入できる。なお、挿入体２０を筒体１０の中空内部に水密に挿入できれば、必ずしもネジ溝１３ａおよびネジ山２２を設けなくてもよい。例えば、これに代わる機構として、すり合わせ、Ｏリングなどの機構がある。また、挿入体２０の先端部を、容易に変形可能な弾性体で形成することで先端部外周を内壁に密着させる機構としてもよい。このような較正用ファントム１が設置されるＸ線ＣＴ装置５０を以下に説明する。
図２は、Ｘ線ＣＴ装置５０の電気的構成を示すブロック図である。Ｘ線ＣＴ装置５０は、走査ガントリ部６０、ステージ部７０およびコントロール・データ処理部８０から構成されている。走査ガントリ部６０は、さらに、ガントリ制御ユニット６２、Ｘ線発生装置６３、検出器６４、拡大率変更用３軸モータ６６ａ〜６６ｃ、Ｘ線照射中表示灯６７、位置決め用レーザポインタ６８、モータアンプ６９ａ、およびアーム回転モータ６９ｂから構成されている。
ガントリ制御ユニット６２は、ＣＰＵにより構成され、各部の動作を制御している。Ｘ線発生装置６３は、検出器６４の方向に円錐状にＸ線を放射するものであり、回転アーム（図示せず）の一方に固定されている。Ｘ線発生装置６３は、Ｘ線の焦点サイズをミクロン単位で調整できるマイクロフォーカスＸ線源である。検出器６４は、面型のディテクタを有し、面で受光したＸ線を電気信号に変換して検出する。検出器６４は、回転アームの他方に固定されている。なお、回転アームは、Ｘ線ＣＴ装置５０内に設けられており、Ｘ線ＣＴ撮影中にはガントリ制御ユニット６２により制御され、所定の回転中心のまわりを３６０°回転する。Ｘ線発生装置６３、検出器６４および回転アームは、撮影系を構成する。
拡大率変更用３軸モータ６６ａ〜６６ｃは、回転アーム上でそれぞれＸ線発生装置６３、検出器６４、バランサ（図示せず）を移動させるためのモータである。回転アームに対してＸ線発生装置６３、検出器６４を移動させることで撮像の拡大率を変更することができる。バランサは、２つのウエイトを有し、これらを移動させてＸ線発生装置６３および検出器６４の移動に対して回転アームの回転モーメントを相殺する機能を有している。
Ｘ線照射中表示灯６７は、Ｘ線照射中にＸ線照射中であることを表示する。位置決め用レーザポインタ６８は、ステージの微調整に用いられるレーザポインタである。モータアンプ６９ａ、およびアーム回転モータ６９ｂは、回転アームを回転させる駆動装置（回転機構）である。
ステージ部７０は、ステージ用３軸モータ７１ａ〜７１ｃ、ドアロックソレノイド７２、ドア開閉検出機構７３、エマージェンシースイッチ７４、キースイッチ７５から構成されている。ステージ用３軸モータ７１ａ〜７１ｃは、ステージの微調整のための駆動装置であり、Ｘ軸モータ７１ａ、Ｙ軸モータ７１ｂ、Ｚ軸モータ７１ｃを有している。ドアロックソレノイド７２は、ソレノイドを利用してＸ線ＣＴ装置５０のドアをロックする機構である。ドア開閉検出機構７３は、ドアの開閉を検出し、開いている時にはＸ線照射を禁止するための機構である。エマージェンシースイッチ７４は運転を緊急停止する種のスイッチである。キースイッチ７５は、キースイッチ管理者以外の人が装置を使用してＸ線照射を行うのを制限するために用いられるキー状のスイッチである。
コントロール・データ処理部８０は、ステージコントロールスイッチ８１、ＰＣ８３、ハードディスク８４、ＬＣＤモニター８６、キーボード８７およびマウス８８から構成されている。ステージコントロールスイッチ８１は、ステージの移動を調整するためのスイッチである。ＰＣ８３は、主にＣＰＵにより構成され、Ｘ線ＣＴ撮影により得られたＣＴデータを処理して組織を特定したり、表示用にデータを処理する。ハードディスク８４は、ＰＣ８３に接続され、データやプログラムを保存する。ＬＣＤモニター８６は、ＰＣ８３で処理したデータを表示する。キーボード８７およびマウス８８は、ＰＣ８３の操作に用いられる。
なお、走査ガントリ部６０およびコントロール・データ処理部８０は、ブレーカー８９を介してＡＣ電源８９ａに接続されている。較正用ファントム１をＸ線ＣＴ装置５０に設置するためには、保持具９０が用いられる。
図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ保持具９０を示す正面図ならびに左側面図である。保持具９０は、ステージ７６に設置されている支柱７７により支持されている。ステージ７６は、Ｘ線ＣＴ装置５０内に設けられており、ステージ用３軸モータ７１ａ〜７３ｃにより位置の微調整が可能となっている。支柱７７は、ステージ７６上に設けられており、ネジ７７ａにより保持具９０を固定するためのネジ孔を有している。支柱７７には、ネジ７７ａにより、保持具９０以外に試料台等を固定することも可能になっている。
保持具９０は、円柱状の樹脂製の部材であって、一端には、ネジ溝の切られたネジ孔９２を有し、他端には較正用ファントム１を固定するための孔９４（固定部）を有している。孔９４は、較正用ファントム１の空気排出口１２の形状にフィットするように奥に向かって僅かに傾斜している。これにより、空気排出口１２を差し込んだとき、摩擦力により較正用ファントム１が固定される。そして、筒体１０の水平度を上下、左右のずれがないように保持具９０への固定のみで精度が出されている。また、この保持具９０は、空気排出口１２を塞ぐ栓としても機能するため、較正用ファントム１内の水が漏れない。また、保持具９０は、較正用ファントム１の一端を固定し、較正用ファントムを支持しているため、Ｘ線ＣＴ撮影を行うときに保持具９０がＸ線撮影を阻害するのを防止することができる。
このように構成されている較正用ファントム１を使用した検出値の較正方法の一例として、ゼブラフィッシュを被検体とした測定方法を以下に説明する。図４は、検出値の較正方法を示すフローチャートである。
まず、あらかじめキャリブレーション用の撮影を行う。キャリブレーション用の撮影は、たとえば空気のみに対して行い（ステップＳ１）、さらに水のみで満たした較正用ファントムに対して行う（ステップＳ２）。次に、検出器の較正式を算出する（ステップＳ３）。そして、被検体を入れた較正用ファントム１を用い、被検体のＸ線ＣＴ撮影を実施する（ステップＳ４）。
次に較正式により被検体のＣＴデータを較正し（ステップＳ５）、較正されたデータに基づきＣＴ画像を生成する（ステップＳ６）。そして、すべての被検体について撮影が完了したか否かを判断し（ステップＳ７）、すべての被検体について撮影が完了していないときにはステップＳ４に戻る。すべての被検体について撮影が完了した場合には、そのまま終了する。以下にこの手順を詳しく説明する。
図５は、検出器６４が有する特性を模式的に表したグラフである。図５に示すグラフの横軸は、実際の吸収線量を表わしており、縦軸は検出器が検出した生の検出値を表している。また、図中のＰは空気のみを撮影したときの既知の吸収線量、Ｑは水を入れた較正用ファントムを撮影したときの既知の吸収線量、ｐは空気のみを撮影したときの検出値、ｐ’は空気のみを撮影したときの本来の強度値、ｑは較正用ファントムを撮影したときの検出値、ｑ’は較正用ファントムと撮影したときの本来の強度値を表している。また、ｒは撮影された被検体のある部位に対する検出値、Ｒはその部位の吸収線量、ｒ’は本来検出されるべき検出値を示している。直線１００は、検出器６４に特有の特性を除いたときに本来検出されるべき強度値と吸収線量との関係を示している。直線１０１は、検出器の検出値と吸収線量との関係を示している。
本来の強度値および吸収線量は、Ｘ線透過の材質によって決まるため、たとえば水および空気について上記の値が分かっていれば、直線１００が決まる。一方、較正用のＸ線ＣＴ撮影によりｐおよびｑを把握することができるため、直線１０１が決まる。そして、被検体のＸ線ＣＴ撮影によりある部位について検出値ｒが得られたときは、直線１０１から吸収線量Ｒが求められ、直線１００からその吸収線量Ｒに対応する本来の強度値ｒ’が求められる。
そして、図５に示すような検出器６４が有する特性を示す直線をもとめ、その直線の関係を用いて、検出器６４が有する特性を較正した検出値を算出する。受光素子の特性によって直線は異なるが、キャリブレーションにより特性が較正される。このように、キャリブレーションは、検出器６４の各受光素子が有する特性を較正するために行う。
キャリブレーション用として較正用ファントムを準備する際には、筒体１０に水のみを入れて、挿入体２０を挿入して空気を抜く。したがって、筒体１０と挿入体２０とにより形成された空間は、水のみで充填される。そして、水で充填された較正用ファントム１をＸ線ＣＴ装置５０に固定する。固定は、筒体１０の空気排出口１２を保持具９０の孔９４に差し込むことで行なう。較正用ファントム１は軽いため、空気排出口１２を固定するだけで十分に固定できる。
このように、Ｘ線ＣＴ装置５０に較正用ファントム１を固定し、筒体１０の中心軸を回転アームの回転軸に概略一致させて、Ｘ線ＣＴ撮影を行う。Ｘ線ＣＴ撮影は、たとえばＲ＿ｍＣＴ（リガク製実験動物用３ＤマイクロＸ線ＣＴ）を用いれば、約１７秒で撮影が完了する。Ｘ線撮影の際には、Ｘ線の管電圧を下げる。管電圧を２５ｋＶ以上４０ｋＶ以下とするのが好ましい。
次に、ゼブラフィッシュの撮影を行う。まず、水槽中の生きたゼブラフィッシュを水の入ったシャーレに掬い取る。そして、シャーレに麻酔薬を数滴たらす。これにより、ゼブラフィッシュに麻酔がかかり、ゼブラフィッシュは、眠った状態になりＸ線ＣＴ撮影中に動かなくなる。滴下する麻酔薬の量は、少量でよく、撮影準備および撮影の間に麻酔が効く量であれば十分である。注射で麻酔をかけてもよいが、麻酔液を水にたらす方が体を傷つけずに済み、注射針を刺す必要もないため好ましい。
較正に用いた較正用ファントム１の筒体１０に、水とともに麻酔が効いて動かなくなったゼブラフィッシュを入れ、筒体１０の開口１３から挿入体２０を挿入する。そして、挿入体２０の挿入の程度を調整して、空気排出口１２の孔１２ａから筒体１０内部の空気を抜く。ゼブラフィッシュ３０は、筒体１０と筒体に挿入された挿入体２０とにより形成される空間に、周囲を液体で充填された状態で保持される。このように、ゼブラフィッシュ３０を液体中に保持して撮影するため、周囲との吸収差を小さくして体表に近い部位の画像でのコントラストの強調を防止できる。また、同一臓器についてコントラストの均一性が得られる。さらには、較正用ファントム１をそのまま被検体保持器としても兼用するため、全く別のファントムを用いて較正する場合に比べて誤差が生じ難い。その結果、明りょうな画像を得ることができる。なお、このような効果が得られるのは、被検体のＣＴ値が液体のＣＴ値にある程度近い場合である。
図６は、筒体１０の中心軸に平行な切断面による断面図である。ゼブラフィッシュ３０は、麻酔が効いて、筒体１０の内部の水３５の中で一時的に動かなくなっている。このように水中で撮影される場合には、水から揚げられて実験される場合に対して、ゼブラフィッシュに与えるダメージは格段に少なく、生きたまま（ｉｎ ｖｉｖｏ）の測定が可能になる。
次に、ゼブラフィッシュ３０の入った較正用ファントム１をＸ線ＣＴ装置５０に固定する。固定は、筒体１０の空気排出口１２を保持具９０の孔９４に差し込むことで行なう。較正用ファントム１は空気排出口１２により支持されているため、筒体１０の外周を台で支持するのとは異なり、筒体１０の周りには、Ｘ線撮影の障害物がない。その結果、Ｘ線を減弱させる要因を排除し、Ｘ線発生装置の管電圧を小さくして測定することが可能となる。
図７は、較正用ファントム１を保持具９０により固定し、Ｘ線ＣＴ撮影が行われている状態を示す斜視図である。図７では、Ｘ線発生装置６３および検出器６４以外の機構は省略している。較正用ファントム１の筒体１０の中心軸が回転アームの回転軸に概略一致するように保持具９０が設置されている。すなわち、Ｘ線ＣＴ撮影中は、筒体１０の中心軸の周りをＸ線発生装置６３および検出器６４が回転する。なお、ステージの微調整は、キャリブレーション用の撮影時に行い、被検体の撮影時にはキャリブレーション用の撮影時の設定と同じ設定で撮影を行う。
Ｘ線撮影の際には、Ｘ線の管電圧を下げる。図８は、各組織についてのＸ線の管電圧と測定されたＣＴ値との関係を示すグラフである。図によれば、管電圧が８０ｋＶ以下になると、各組織のＣＴ値の絶対値が大きくなる傾向を示している。本発明者らの検証により、この傾向は指数関数的であり、管電圧が４０ｋＶ以下になるとこの傾向がさらに強まることが認められた。そして、管電圧２５ｋＶ以上４０ｋＶ以下の範囲で実験を行ったときに、Ｓ／Ｎ比および組織間のコントラストを十分に得られることが認められた。
Ｘ線ＣＴ撮影後には、較正用ファントム１を保持具９０から外し、速やかにゼブラフィッシュ３０を水槽に戻す。ゼブラフィッシュ３０が較正用ファントム１に入っている時間は、準備の時間を含めてもわずか数十秒〜１分程度であるため、ゼブラフィッシュの負担はほとんどなく、生きたままその後も同じゼブラフィッシュを用いた実験を行うことができる。撮影されたゼブラフィッシュのＣＴデータは、ＰＣ８３でキャリブレーション用のＣＴデータを用いて較正され、たとえば皮下脂肪と内臓脂肪との比を算出したり、組織を特定して表示したりするのに用いられる。このようにして、組織間でコントラストが得られ難い被検体であっても、Ｘ線の管電圧を下げて撮影し、較正を行うことによりＣＴデータのコントラストを高めることが可能である。なお、上記の例では、較正用ファントムを被検体保持器としても兼用するが、同様の構成を有する別々の容器を用いて較正用の撮影および被検体の撮影を行ってもよい。次に、較正用ファントム１を用いて行ったＸ線ＣＴ撮影の実施例を説明する。
較正用ファントム１に水のみを充填して、キャリブレーション用の撮影をあらかじめ行った。較正用ファントム１の筒体１０には、アクリル製で外径１０ｍｍ、内径８ｍｍのものを用いた。次に、ゼブラフィッシュの撮影を行った。水槽中の生きたゼブラフィッシュを水の入ったシャーレに掬い取り、シャーレに麻酔薬（トリカイン０．１ｍｇ／ｍｌ）を数滴たらした。筒体１０に、水とともにゼブラフィッシュを入れ、挿入体２０を調整して、筒体１０内部の空気を抜いた。次いで、ゼブラフィッシュ３０の入った較正用ファントム１を保持具９０により、Ｘ線ＣＴ装置５０に固定した。
被検体のＸ線ＣＴ撮影はキャリブレーション用の撮影と同じ条件の下で行った。Ｘ線ＣＴ装置５０としてＲ＿ｍＣＴ（リガク製実験動物用３ＤマイクロＸ線ＣＴ）を用い、Ｘ線発生装置６３の管電圧を２５〜４０ｋＶ、管電流２００〜３００μＡとして撮影した。撮影は、１７秒で完了した。上記Ｘ線ＣＴ装置５０は、Ｘ線の焦点サイズを５μｍとすることができ、撮像範囲を１０〜６５ｍｍφにして、画像の拡大縮小が可能である。また、ＰＣ８３は、ボクセルサイズを２０〜１３３μｍ３として解析することができる。
Ｘ線ＣＴ撮影後に、較正用ファントム１を保持具９０から外し、速やかにゼブラフィッシュ３０を水槽に戻した。水槽に戻されたゼブラフィッシュ３０は、数分後には麻酔がきれて生き生きとした状態に戻った。
図９（ａ）は、測定結果を表示した３次元表示画面を示す図である。画像は、所定面で切断したゼブラフィッシュを示している。図９（ｂ）は、測定結果を表示した断層表示画面を示す図である。ゼブラフィッシュを切断する各平面は、回転アームの回転軸に垂直な平面（アクシャル）および回転アームの回転軸に平行で互いに垂直な２平面（サジタル、コロナル）である。図９に示すように、上記の条件下で撮影されたゼブラフィッシュの皮膚、脂肪、骨および内蔵は十分に識別されている。
なお、上記の実施形態では、空気排出口１２が筒体１０の軸上に設けられているが、筒体１０の一端側であれば、軸上に設けられていなくてもよい。たとえば、空気排出口１２は、筒体１０の一端側（開口１３の反対側）の円筒状の側壁１１の表面に設けられていてもよい。その場合には、保持具９０の固定部は、たとえば筒体１０の空気排出口１２が設けられている側の側壁１１を少なくとも２方向からネジ締めやバネ等で締め付けて挟持する挟持部材で構成される。
また、上記の実施形態では、被検体の例としてゼブラフィッシュを挙げて説明しているが、その他の被検体であってもＸ線の吸収が小さく、空気に対してＣＴ値が大きい材質のものを被検体として測定する場合には、本発明の適用が可能である。たとえば、ヤゴ、ミジンコ等のその他の水生生物や、培養した組織または細胞の測定、プラスチック、ゲル、流動体、液体や結晶物の測定にも応用可能である。また、上記の実施形態では、液体を水として説明しているが、被検体によっては有機溶媒、ゲル、流動体等であってもよい。
（ａ）本発明に係る較正用ファントムを示す斜視図である。（ｂ）本発明に係る較正用ファントムを示す正面図である。（ｃ）筒体のＡ−Ａ’切断部を示す端面図である。 Ｘ線ＣＴ装置の電気的構成を示すブロック図である。 （ａ）本発明に係る保持具を示す正面図である。（ｂ）本発明に係る保持具を示す左側面図である。 本発明に係る検出値較正方法を示すフローチャートである。 検出器の受光素子が有する特性を模式的に表したグラフである。 筒体の中心軸に平行な切断面における断面図である。 較正用ファントムを保持具により固定した状態を示す斜視図である。 各組織についてのＸ線の管電圧と測定されたＣＴ値との関係を示すグラフである。 （ａ）測定結果を表示した３次元表示画面を示す図である。（ｂ）測定結果を表示した断層表示画面を示す図である。
符号の説明
１ 較正用ファントム
１０ 筒体
１１ 側壁
１２ 空気排出口
１２ａ 孔
１３ 開口
１３ａ ネジ溝
２０ 挿入体
２１ 本体
２２ ネジ山
３０ ゼブラフィッシュ（被検体）
３５ 水
４０ コントロール・データ処理部
５０ Ｘ線ＣＴ装置
６０ 走査ガントリ部
６２ ガントリ制御ユニット
６３ Ｘ線発生装置
６４ 検出器
７６ ステージ
７７ａ ネジ
７７ 支柱
９０ 保持具
９２ ネジ孔
９４ 孔（固定部）
ｄ１ 筒体の外径
ｄ２ 筒体の内径
μ 水の線減弱係数
Ｄ 検出器のダイナミックレンジ
η 測定にあたり最低限必要とされるＳ／Ｎ比
ｄｍ 測定可能な筒体の外径の最大値
Ｉｍ 測定に必要な最低限の測定値
Ｉｓ 検出器の飽和測定値
Ｉｎ ノイズの強度

Claims (8)

  1. Ｘ線ＣＴ撮影において検出された検出値を較正する検出値較正方法であって、
    液体で満たされた較正用ファントムをＸ線ＣＴ装置に固定し、較正用のＸ線ＣＴ撮影を行うステップと、
    前記較正用ファントムの液体中に被検体を入れ、前記被検体の入った前記較正用ファントムをＸ線ＣＴ装置に固定し、前記被検体のＸ線ＣＴ撮影を行うステップと、
    前記較正用のＸ線ＣＴ撮影により検出された検出値を用いて、前記被検体のＸ線ＣＴ撮影で検出された検出値を較正するステップと、を含むことを特徴とする検出値較正方法。
  2. 前記較正用のＸ線ＣＴ撮影および前記被検体のＸ線ＣＴ撮影では、いずれも２５ｋＶ以上４０ｋＶ以下の管電圧によりＸ線を発生させることを特徴とする請求項１記載の検出値較正方法。
  3. 前記被検体のＸ線ＣＴ撮影を行うステップの前に、前記被検体を容器に掬い、麻酔液を滴下するステップを更に含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の検出値較正方法。
  4. Ｘ線を発生させるＸ線発生部および前記Ｘ線を検出する検出器を有する撮影系と、
    前記撮影系を回転させる回転機構と、
    内部を液体で満たして前記撮影系の回転軸上に固定され、前記検出器により検出された検出値を較正するために用いられる較正用ファントムと、を備え、
    前記較正用ファントムの液体中に被検体を入れてＸ線ＣＴ撮影を行うことで、有効な較正を行うのに用いられることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
  5. Ｘ線ＣＴ撮影において検出された検出値を較正するのに用いられる較正用ファントムであって、
    一端に開口を有し、他端には空気排出口を有する中空円筒形状の筒体と、
    前記筒体の開口から水密に挿入できるように形成された挿入体と、を備え、
    前記筒体と前記筒体に挿入された挿入体とにより形成される空間に液体および被検体を入れて用いることを特徴とする較正用ファントム。
  6. 前記筒体の外径ｄ１は、前記Ｘ線ＣＴ撮影における前記液体の線減弱係数をμ、前記Ｘ線ＣＴ撮影に用いられる検出器のダイナミックレンジをＤ、測定にあたり最低限必要とされるＳ／Ｎ比をηとしたとき、以下の数式を満たすことを特徴とする請求項５記載の較正用ファントム。
  7. 前記筒体は、水のＣＴ値に近いＣＴ値を有する材質により形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６記載の較正用ファントム。
  8. 請求項５記載の較正用ファントムを、前記較正用ファントムの一端において保持する保持具であって、
    前記Ｘ線ＣＴ撮影に用いられるＸ線ＣＴ装置の撮影系の回転軸に合わせて、前記較正用ファントムの中心軸を固定する固定部を有し、
    前記Ｘ線ＣＴ装置内に設置可能に形成されたことを特徴とする保持具。
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