JP2013215248A

JP2013215248A - コーンビームｃｔ用ファントム

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Publication number: JP2013215248A
Application number: JP2012085995A
Authority: JP
Inventors: Munetaka Naito; 宗孝内藤; Eiichiro Arichi; 榮一郎有地
Original assignee: AICHI GAKUIN
Current assignee: AICHI GAKUIN
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2013-10-24

Abstract

【課題】コーンビームＣＴの解像度をより正確に評価することのできるファントムを提供することを解決すべき課題としている。
【解決手段】柱１ｘと柱１ｚとが互いに直交してＸ軸及びＺ軸の方向に等間隔で７本並んで格子面１を形成しており、格子面１の周縁は正方形の枠３に接続されている。柱の断面形状はすべて正方形とされている。また、格子面１と同形の格子面２がＹ軸方向に同じ格子間距離で格子面１と平行に対面している。さらに、柱１ｘと柱１ｚとの交点（すなわち格子点）からＹ軸方向に向かって柱１ｙが延在しており、柱１ｙの他端は格子面２に達している。こうして、柱１は互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に等間隔で並んで立方格子を形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、コーンビームＸ線ＣＴ装置の解像度を評価するためのファントムに関する。

歯科において、歯根や顎部の骨の状況を知ることは、診断のために重要なことである。このため、従来、単純Ｘ線撮影やパノラマ撮影を行い、歯根などの状況を把握してから、治療が行われている。しかし、患部の状況をさらに詳しく知るためには単純Ｘ線撮影やパノラマ撮影では不十分であり、Ｘ線ＣＴ装置が用いられる（例えば特許文献１）。これによって、患部の立体的な形状を把握することが可能となる。

Ｘ線ＣＴ装置の方式には、検体に対して帯状にX線ビームを照射するマルチスライスＣＴと、円錐状あるいは角錐状のＸ線ビームを照射するコーンビームＣＴとがある。コーンビームＣＴから得られるボクセル値は、マルチスライスＣＴから得られるＣＴ値のような絶対値ではなく、相対値である。このため、例えばコーンビームＣＴで骨密度評価を行うには、海綿骨の骨梁構造を解析する骨形態計測法が応用されている。そして、海綿骨の骨梁構造を解析する骨形態計測法から得られる全組織中の骨組織割合（BV/TV値）は、マルチスライスＣＴのＣＴ値と高い相関が認められている。小照射野領域でのコーンビームＣＴのボクセルサイズは約0.1 mm x 0.1 mm x 0.1 mmであり、マルチスライスＣＴと比較すると高い解像度を有している。

従来、マルチスライスＣＴを用いた全身用ＣＴの高コントラスト解像度は、アクリルレジンで作られた円板１００に、様々な直径の貫通する円柱状の孔１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ・・・・・を開けたファントムを用いて評価されている（図８参照）。円柱孔の直径は、最大3.0ｍｍφから最少0.5ｍｍφまで段階的に変えられており、ＣＴ像を撮った時に、どの位の直径の孔まで判別できるかによって、解像度を評価することができる。

特開平６−２７７２１４号公報

しかしながら、上記の円柱状の孔を持つファントムの形状では、奥行き方向（すなわち孔の深さ方向）についての解像度を評価することができないため、ボクセルが立方形態となるコーンビームＣＴの解像度を正確に評価することができなかった。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、コーンビームＣＴの解像度をより正確に評価することのできるファントムを提供することを解決すべき課題としている。

本発明者らは、コーンビームＣＴにおいて、奥行き方向についても解像度を評価可能とすべく鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のコーンビームＣＴ用解像度評価ファントムは、一定の断面形状を有する柱が、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向に等間隔で並んで立方格子を形成していることを特徴とする。

本発明のファントムでは、一定の断面形状を有する柱（すなわち、軸方向と垂直に切った断面形状が、どこで切っても同じ形状を有する柱）がＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に等間隔で並んで立方格子を形成するため（図１参照）、コーンビームＸ線が照射されると、三次元のそれぞれの方向に透過したＸ線像のプロファイルが形成される。このため、様々な柱の太さ及び様々な柱間の距離のファントムを用意しておき、どの程度の細かいパターンのファントムまで識別できるかを測定することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれの方向についても解像度を評価することができる。

したがって、本発明のコーンビームＣＴ用解像度評価ファントムによれば、コーンビームＣＴの解像度をより正確に評価することができる。

前記柱の断面形状は正方形であることが好ましい。コーンビームＣＴでは、撮影領域の空間を細かく分割し、その各々の部分でのＸ線吸収の値（ボクセル値）をコンピュータにて計算している。その最小単位のボクセルの形状は立方形であるから、２次元平面で考える場合、どの平面に対しても正方形となるからである。

また、柱の太さは０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。ここで、柱の太さとは、径方向での最大径をいう（例えば、柱の断面形状が１辺ａｍｍの正方形であればａ×（2の平方根）ｍｍ）。コーンビームＣＴのボクセルサイズは０．１ｍｍ×０．１ｍｍ×０．１ｍｍ程度であるため、これを評価するためには、柱の太さは０．０１ｍｍ未満は必要ないし、製造も困難となるからである。一方、柱の太さが１ｍｍを超えるものとすると、コーンビームＣＴのボクセルサイズを大幅に超えることとなり、それ以上の太さの柱で形成されたファントムによる評価は不要となるからである。さらに好ましいのは0.1mm以上0.7mmであり最も好ましいのは0.1mm以上0.5mm以下である

さらに、隣接する前記柱間の距離は０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。ここで柱間の距離とは、隣接する2本の柱の内側どうしの距離をいう。コーンビームＣＴのボクセルサイズは０．１ｍｍ×０．１ｍｍ×０．１ｍｍ程度であるため、柱間の距離は０．０１ｍｍ未満は必要ないし、製造も困難となるからである。一方、柱間の距離が１ｍｍを超えるものとすると、コーンビームＣＴのボクセルサイズを大幅に超えることとなり、それ以上の柱間の距離で形成されたファントムによる評価は不要となるからである。さらに好ましいのは０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。

本発明のコーンビームＣＴ用解像度評価ファントムの模式斜視図である。実施例１のファントムの平面写真である。実施例１のファントムの拡大平面図である。実施例１のファントムの拡大側面図である。実施例１~４のファントムの斜視写真である。実施例４のファントムにおけるＣＴ画像である。実施例４のファントムにおけるＸＺ面のＣＴ像（上側）及びＸ軸およびＺ軸に平行にボクセル値をプロットし、波形を分析したグラフ（下側）である。マルチスライスＣＴで用いられている従来の分解能評価ファントムの模式斜視図である。

以下、本発明を具体化した実施例を、図面を参照しつつ説明する。
（実施例１）
実施例１では、歯科用コーンビームＣＴ解像度評価用のファントムを作製した（図２参照）。このファントムは、図３及び図４に示すように、柱１ｘと柱１ｚとが互いに直交してＸ軸及びＺ軸の方向に等間隔で７本並んで格子面１を形成しており、格子面１の周縁は正方形の枠３に接続されている。また、図４に示すように、格子面１と同形の格子面２がＹ軸方向に同じ格子間距離で格子面１と平行に対面している。さらに、柱１ｘと柱１ｚとの交点（すなわち格子点）からＹ軸方向に向かって柱１ｙが延在しており、柱１ｙの他端は格子面２の格子点に接続されている。こうして、柱１は互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に等間隔で並んで図１に示すような立方格子を形成している。柱１の断面形状は正方形とされており、柱の太さは０．１ｍｍであり、柱間の距離は０．６ｍｍである。

（実施例２）
実施例２では、柱の太さを０．２ｍｍとした。その他については実施例１と同様であり、説明を省略する。

（実施例３）
実施例３では、柱の太さを０．３ｍｍとした。その他については実施例１と同様であり、説明を省略する。

（実施例４）
実施例４では、柱の太さを０．４ｍｍとした。その他については実施例１と同様であり、説明を省略する。

上記実施例１〜４のファンムは、レーザ光を光硬化性樹脂に照射して立体モデルを作製するというマイクロ光造形技術を用いることにより、金型を用いることなく作製した。これらの写真を図５に示す。図５中Ａが実施例１、Ｂが実施例２、Ｃが実施例３、Ｄが実施例４のファントムである。

＜測定＞
上記実施例１〜４のファントムを用い、歯科用コーンビームＣＴ装置を用いてＣＴ写真を撮影した。装置はフラットパネル検出器搭載のAlphard VEGA（朝日レントゲン工業社製）を用い、ファントムのX軸およびY軸は装置の前歯部のレーザービームに沿って設置した。また、ファントムのＺ軸は床面と垂直方向となるように設置した。コーンビームＣＴの撮影領域は直径51 mm、高さ51 mm（ボクセルサイズ：0.1 mm x 0.1 mm x 0.1 mm）とし、管電圧60kV、管電流2mAの条件でスキャンを行った。測定データは軸位断面のダイコム形式にてポータブルハードディスクに保存した。測定は各々のファントムについて３回づつ行った。

＜画像解析＞
軸位断面の歯科用コーンビームCT画像を、３次元画像ソフトウェア (OsiriX Imaging Software)を用いてパーソナルコンピュータ(Macintosh G4、 Apple Computer Inc.、 Cupertino、 USA)で解析した。例として、実施例４のファントム（柱の太さ＝０．４ｍｍ、柱間の距離＝０．６ｍｍ）におけるＣＴ画像を図６に示す。この図において、ＹＺ面（図６左上）、ＸＹ面（図６左下）及びＸＺ面（図６右）のファントムのＣＴ像が認められる。
各ファントムにおいて、ＸＺ面の擬似骨梁に一致した断面を構築した後、Ｘ軸およびＺ軸に平行にボクセル値をプロットし、波形を分析した。各ファントムにおけるＸＺ面の構築は２箇所で行った。その結果、図７（上の写真）に示すように、柱に相当するピークが７箇所に観察された。

各ファントムの波形のピーク値を記録し、隣り合うピーク値間のボクセル数を計測した。一連の観察と計測は、XZ面において柱の間隔に相当する８箇所で行い、それらの値を平均して求めた。その結果、実施例１（柱の太さ0.10mm）のファントムではX軸およびＺ軸ともに格子に相当する７箇所のピークを確認できなかった。また、実施例２（柱の太さ0.20mm）のファントムでは、X軸において48箇所中３箇所でピークを確認することができなかった。さらに、実施例２のファントムのＺ軸、並びに、実施例３（柱の太さ＝0.30mm）及び実施例４（柱の太さ＝0.40mm）のファントムのＸＹＺのすべての軸で、７箇所の柱のピークすべてを確認した。柱に相当する部分のピーク値の測定結果を表１に示す。この表から、柱が太くなるとピーク値は高くなることが分かる。また、Ｚ軸に平行に計測されたピーク値は、X軸に平行に計測されたピーク値と比較して大きかった。

また、ピーク値の間隔ボクセル数についての結果を表２に示す。この表から、間隔ボクセル数の平均は、実施例２（柱の太さ＝0.20mm）ではＸ軸に平行において8.05ボクセル、Ｚ軸に平行において8.08ボクセル、実施例３（柱の太さ＝0.30 mm）ではＸ軸およびＺ軸ともに9.00ボクセル、実施例４（柱の太さ＝0.40 mm）ではＸ軸に平行では10.02ボクセル、Ｚ軸に平行では9.99ボクセルであった。１ボクセルは今回の画像では１辺0.1mmであった．

実施例１〜４の歯科用コーンビームＣＴ解像度評価ファントムを用いた上記結果から、測定に用いた歯科用コーンビームＣＴ装置によれば、柱の太さが0.20 mm以上である実施例２〜４のファントムにおいて、定量的な画像評価において分析し得た。歯科用コーンビームＣＴ装置のボクセルの1辺は0.1mmである。デジタル画像でのパーシャルボリューム効果を考慮すると、今回用いた歯科用コーンビームＣＴ装置は概ね設計通りの性能を有していることが判明した。実施例１〜４の解像度評価ファントムのデザインは、柱の太さを0.10 mm、0.20 mm、0.30
mm及び0.40 mmとし、柱間の距離は0.60 mmとしている。これらのファントムのＣＴ画像の解析によって得られたピーク値の間隔ボクセル数の平均値から、測定に用いた歯科用コーンビームＣＴ装置の解像度は極めて高く、ほぼ仕様どおりであることが分かった。また、以上の結果から、実施例１〜４のファントムを用いることにより、歯科用コーンビームＣＴのような小さなボクセル値であっても、Ｘ軸Ｙ軸及びＺ軸の方向での解像度の評価を行うことができ、歯科用コーンビームＣＴ装置の工場出荷時の品質管理や装置使用上での日常点検の解像度評価に応用できることが分かった。

この発明は上記発明の実施の態様及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

１ｘ、１ｙ、１ｚ…柱
１、２…格子面
３…枠

Claims

一定の断面形状を有する柱が、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向に等間隔で並んで立方格子を形成していることを特徴とするコーンビームＣＴ用解像度評価ファントム。
前記柱の断面形状は正方形であることを特徴とする請求項１に記載のコーンビームＣＴ用解像度評価ファントム。
前記柱の太さは０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコーンビームＣＴ用解像度評価ファントム。
隣接する前記柱間の距離は０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコーンビームＣＴ用解像度評価ファントム。