JP6483490B2

JP6483490B2 - Ｘ線ｃｔ装置用ファントム

Info

Publication number: JP6483490B2
Application number: JP2015059179A
Authority: JP
Inventors: 秀剛原
Original assignee: Kitasato Institute
Current assignee: Kitasato Institute
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2035-03-23
Also published as: JP2016174863A

Description

本発明は、人体の一部を模擬した形状をなすＸ線ＣＴ装置用ファントムに関する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（ＣＴスキャナ、以下、Ｘ線ＣＴ装置という）は、Ｘ線を用いて人体等の断層像を非破壊で得ることができる装置である。Ｘ線ＣＴ装置においては、装置の性能を維持するために、定期的に性能評価を行う必要がある。この性能評価に用いられる線量指標としては、例えば、ＣＴｄｏｓｅｉｎｄｅｘ（ＣＴＤＩ）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。ＣＴＤＩ値は、Ｘ線管電圧、Ｘ線管電流等の撮影条件によって変化する。

ＣＴＤＩは、ＣＴＤＩに用いられるファントムを人体の寸法に近づけることにより、患者被ばく線量の評価の指標としても用いられている。

ＪＩＳＺ４９２３：１９９７，「Ｘ線コンピュータ断層撮影装置用ファントム」，日本規格協会，１９９７年７月３１日

ところで、ＣＴＤＩに用いられるファントムは、線量計が挿入される孔が形成されている単純な円柱形状の本体部に、ＣＴ用電離箱を挿入した構成である。このような構成のファントムでも、患者被ばく線量の評価は可能ではあるが、例えば、大学附属病院や、医療機器メーカーにてＸ線ＣＴ装置の撮影条件を選定する際には、より正確な患者被ばく線量の測定が望まれている。

この発明は、撮影時における撮影面内の線量を測定可能なファントムにおいて、線量を、より人体を撮影する場合の線量に近くすることができるＸ線ＣＴ装置用ファントムを提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、Ｘ線ＣＴ装置用ファントムは、複数の分割ファントムからなり、前記複数の分割ファントムを分割面を介して組み合わせることで人体の一部を模擬した形状をなすファントム本体部と、前記分割面に組み込まれた複数の線量計と、を備え、前記分割ファントムは、前記人体の一部を構成する複数の組織を模擬する複数の部分からなり、前記部分のＣＴ値は、前記部分が模擬する組織と対応するＣＴ値である。前記ファントム本体部は、人体の頭部を模擬した形状をなす。前記分割面は、左右の眼窩耳孔線を含む面と平行に配置されている。

このような構成によれば、ファントムの組成がより人体に近くなるため、ファントムに組み込まれている線量計によって計測される線量を、より人体を撮影する場合の線量に近くすることができる。
また、ファントム本体部を複数の分割ファントムに分割することによって、線量計の取り付け、取り外しを容易とすることができる。
さらに、頭部撮影を行う際の基準線である眼窩耳孔線を含む面と平行な面に線量計が配置されるため、眼窩耳孔線を含む面と平行な撮影面内の線量をより正確に測定することができる。

上記Ｘ線ＣＴ装置用ファントムにおいて、前記ファントム本体は、脳を模擬する模擬脳部のＣＴ値が３４ＨＵ〜３８ＨＵの範囲内に、骨を模擬する模擬頭蓋骨部のＣＴ値が８００ＨＵ〜１５００ＨＵの範囲内に、前記模擬脳部及び前記模擬頭蓋骨部以外の部分のＣＴ値が−２０ＨＵ〜−１０ＨＵの範囲内に調整されてよい。

このような構成によれば、頭部を模擬するファントムの組成がより頭部に近くなるため、線量計によって計測される線量を、より頭部を撮影する場合の線量に近くすることができる。

上記Ｘ線ＣＴ装置用ファントムにおいて、前記互いに面接触する分割面のうち一方の分割面に設けられた複数の突起と、他方の分割面に設けられ、前記突起が嵌合する複数の嵌合穴と、を備えてよい。
このような構成によれば、複数の分割ファントムから容易にファントム本体部を組み立てることができる。

本発明によれば、ファントムの組成がより人体に近くなるため、ファントムに組み込まれている線量計によって計測される線量を、より人体を撮影する場合の線量に近くすることができる。

本発明の実施形態のＸ線ＣＴ装置用ファントムの（ａ）正面図、及び（ｂ）側面図である。本発明の実施形態のＸ線ＣＴ装置用ファントムが分割された様子を示す正面図である。本発明の実施形態のＸ線ＣＴ装置用ファントムの分割ファントムの平面図である。

以下、本発明の実施形態のＸ線ＣＴ装置用ファントム１（以下、単のファントムと呼ぶ）について図面を参照して詳細に説明する。
以下の説明において「撮影面」とは、本実施形態のファントム１を用いて撮影を行う際に、Ｘ線ＣＴ装置が撮影し、表示するべきファントムの断面（断層）をいう。なお、「撮影面」には、任意断面再構成（ＭｕｌｔｉＰｌａｎｅｒＲｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ：ＭＰＲ）により再構成される断面（断層）も含まれる。

図１は、本実施形態のファントム１の（ａ）正面図、及び（ｂ）側面図である。図２は、ファントム１が分割された様子を示す正面図である。図３は、分割ファントム３の平面図である。なお、図３に示す分割ファントム３は、符号３Ａで示す上（頭頂部）から４番目の分割ファントム３Ａであり、分割ファントム３Ａの上面を示している。
図１、図２、及び図３に示すように、本実施形態のＸ線ＣＴ装置用ファントム１（以下、単にファントムと呼ぶ）は、少なくとも一面（本実施形態では６面）の分割面５によって分割された複数の分割ファントム３によって構成されたファントム本体部２と、ファントム本体部２に組み込まれた複数の線量計４とを有している。

ファントム本体部２は、複数の分割ファントム３を分割面５を介して組み合わせることで、全体として人体の一部である頭部を模擬した形状をなしている。
分割ファントム３は、複数（本実施形態では、６面）の平面状の分割面５（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ）を介して接続されている。複数の分割ファントム３が接続されることで、ファントム本体部２をなしている。分割ファントム３（ファントム本体部２）は、ポリウレタン（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ，ウレタン樹脂）、エポキシ樹脂などの樹脂によって形成されている。

線量計４は、例えば、熱ルミネッセンス線量計（ＴＬＤ）やガラス線量計のような器具を採用することができる。線量計４の大きさは、例えば、長さ１２ｍｍ×直径２ｍｍの円筒形状である。線量計４は、分割ファントム３の分割面５に設けられた複数の挿入穴７に挿入・固定されている。挿入穴７は、互いに面接触する分割面５の両方に亘って形成されている。挿入穴７は、線量計４が出し入れしやすい大きさとされている。
なお、挿入穴７は、互いに面接触する分割面５の一方に設けられてもよい。

線量計４は、各々の分割ファントム３の分割面５上に分散して配置されている。線量計４は、分割面５に沿う一方向に等間隔（例えば２５ｍｍ）に、かつ、一方向に直交する方向に等間隔に、規則的に配置されていることが好ましい。
線量計４の配置は、使用者の想定する撮影条件などに応じて適宜変更することができる。例えば、眼窩中心（外眼角）と外耳孔を結ぶ眼窩耳孔線（ｏｒｂｉｔｏｍｅａｔａｌｂａｓｅｌｉｎｅ：ＯＭｌｉｎｅ）の近傍を集中的に測定したい場合は、当該箇所の線量計４の数量を増やしてもよい。また、眼球を含む撮影面で撮影を行う場合は、眼球の中心に配置してもよい。

ファントム本体部２を構成する複数の分割ファントム３は、分割面５を介して接続されている。分割ファントム３同士は、分割ファントム３の分割面５に設けられている２つの突起８、及び突起８に嵌合する２つの嵌合穴９によって接続されている。具体的には、突起８は、互いに面接触する分割面５のうち一方の分割面５に設けられており、嵌合穴９は、互いに面接触する分割面５のうち他方の分割面５に設けられている。

突起８及び嵌合穴９は、線量計４と干渉しない位置に形成されている。また、突起８及び嵌合穴９は、頭部の前後方向の中央近傍において、左右方向に所定の間隔を開けて配置されている。突起８は、分割ファントム３と同様の材料によって形成されている。
なお、突起８及び嵌合穴９の数は２つに限ることはなく、３つ以上配置してもよい。

複数の分割面５は、眼窩中心と外耳孔を結ぶ眼窩耳孔線ＯＭを含む面に沿うように形成されている。複数の分割面５同士の間隔は、例えば３０ｍｍとすることができる。分割面５の数及び位置は、撮影面に応じて適宜変更することができる。
このうち、分割ファントム３Ｂと分割ファントム３Ｃとの間の分割面５Ｂは、眼窩耳孔線ＯＭを含む面と一致している。

なお、本実施形態では、ファントム１は、人体の頭部を模擬しているが、これに限ることはなく、胸部、四肢など他の部位を模擬した形状としてもよい。この場合、分割面５はＸ線の入射方向と平行に配置されていることが好ましい。

次に、分割ファントム３（ファントム本体部２）を構成する材料の詳細について説明する。
図３に示すように、分割ファントム３は、人体の頭部を構成する複数の組織を模擬する複数の部分を有している。例えば、図３に示す分割ファントム３Ａは、人体の頭蓋骨（骨）を模した模擬頭蓋骨部２０と、脳を模した模擬脳部２１と、脳髄液を模した模擬脳髄液部２２と、皮膚などの軟組織全体を模した模擬軟組織部２３と、を有している。

模擬頭蓋骨部２０と、模擬脳部２１と、模擬脳髄液部２２と、模擬軟組織部２３と、は、異なる樹脂によって形成されている。即ち、分割ファントム３は、複数の樹脂によって形成されている。
樹脂の詳細な物性は、模擬する部位の組成に応じて変更されている。分割ファントム３をなす各々の部分のＣＴ値は、この部分が模擬する組織と対応するＣＴ値である。具体的には、樹脂は、樹脂のＣＴ値が模擬する部位のＣＴ値と同一となるように、組成が調整されている。ここで、ＣＴ値は水が０、空気が−１０００に設定された条件下で、ＣＴ撮影された物質（組織）の密度を原点の水に対する相対値として表現する相対値である。

例えば、模擬頭蓋骨部２０のＣＴ値は、骨ベース部（海綿骨）がＣＴ値９００ＨＵ近傍（８００ＨＵ〜１０００ＨＵ）、皮質骨部がＣＴ値１５００ＨＵ近傍（１４００ＨＵ〜１６００ＨＵ）となるように調整されている。骨ベース部と皮質骨部とを分けずに、骨全体のＣＴ値を８００ＨＵ〜１５００ＨＵに調整してもよい。この様なＣＴ値に対応する樹脂としては、エポキシ樹脂が適している。
なお、骨のＣＴ値については、計算による算出が困難であるため、本発明者が、成人の頭蓋骨のＣＴ値を測定した際の数値に基づいている。

また、脳を模擬する模擬脳部２１のＣＴ値は、ＣＴ値３６ＨＵ近傍（３４ＨＵ〜３８ＨＵ）となるように調整されている。
同様に、脳髄液を模した模擬脳髄液部２２及び皮膚などの軟組織全体を模した模擬軟組織部２３のＣＴ値は、ＣＴ値−１７．７ＨＵ近傍（１６ＨＵ〜２０ＨＵ）に調整されている。即ち、模擬脳部２１及び前記模擬頭蓋骨部２０以外の部分のＣＴ値が−２０ＨＵ〜−１０ＨＵの範囲となるように調整されている。
このようなＣＴ値に対応する樹脂としては、ポリウレタンが適している（ポリウレタンのＣＴ値の調整方法については、例えば特開２００５−２７２５０１号公報を参照）。
上述したような、複数の組織のＣＴ値を表１に示す。このうち、骨ベース部及び皮質骨部のＣＴ値は実測値であり、それ以外のＣＴ値は、Ｘ線ＣＴ装置の実行エネルギーを６０ｋｅＶとし、撮影条件として管電圧を１２０ｋＶとして計算した計算値である。

次に、本実施形態のファントム１の使用方法について説明する。
使用者は、ファントム１をＸ線ＣＴ装置を構成する寝台の天板に載置する。この際、ファントム１は、人体を載置する際と同様に、ファントムの鼻部が上方を向くとともに、分割面５が撮影面と平行となるように配置される。
使用者は、ファントム１の眼窩耳孔線ＯＭを基準線として撮影を行う。
撮影後、線量計４を取り出して、各々の分割面５毎の撮影面内の線量を算出する。撮影面内の線量の算出の際は、線量計４の位置に応じて適宜加重平均することによって算出する。

上記実施形態によれば、ファントム１の組成がより人体に近くなるため、ファントム１に組み込まれている線量計４によって計測される線量を、より人体を撮影する場合の線量に近くすることができる。
また、ファントム本体部２を複数の分割ファントム３に分割することによって、線量計４の取り付け、取り外しを容易とすることができる。

また、分割面５が、頭部撮影を行う際の基準線である左右の眼窩耳孔線ＯＭを含む面と平行に配置されていることによって、眼窩耳孔線ＯＭを含む面と平行な撮影面内の線量をより正確に測定することができる。

また、複数の分割ファントム３が、互いに面接触する分割面５のうち一方の分割面５に設けられた複数の突起８と、他方の分割面５に設けられ、突起８が嵌合する複数の嵌合穴９とによって結合されることによって、複数の分割ファントム３から容易にファントム本体部２を組み立てることができる。

本発明のファントム１は、例えば、大学附属病院や、医療機器メーカーにてＸ線ＣＴ装置を利用して人体を撮影する機器の撮影条件（放射線強度など）を選定する際に使用することができる。具体的には、ファントム１を、所望の撮影条件で撮影後、線量計４にて計測された線量を集計することによって、当該撮影条件が人体に与える影響を知ることができ、撮影条件の検討を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態のファントムは、眼窩耳孔線ＯＭを含む面に平行に分割面５を配置する構成としたが、これに限ることはない。例えば、眼窩下縁と外耳孔上縁とを結ぶ眼窩下縁外耳孔線（ライド基準線、Ｒｅｉｄ’ｓｂａｓｅｌｉｎｅ，ＲＢｌｉｎｅ
）を含む面に平行に分割面５を配置してもよい。
また、ファントム本体部２に人体内の空間を模した空洞１３が形成してもよい。これにより、例えば鼻腔等の人体内の空間を再現して、より正確な線量を測定することができる。

１Ｘ線ＣＴ装置用ファントム
２ファントム本体部
３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）分割ファントム
４線量計
５（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ）分割面
７挿入穴
８突起
９嵌合穴
２０模擬頭蓋骨部
２１模擬脳部
２２模擬脳髄液部
２３模擬軟組織部
ＯＭ眼窩耳孔線

Claims

複数の分割ファントムを有し、前記複数の分割ファントムを分割面を介して組み合わせることで人体の一部を模擬した形状をなすファントム本体部と、
前記分割面に組み込まれた複数の線量計と、を備え、
前記分割ファントムは、前記人体の一部を構成する複数の組織を模擬する複数の部分からなり、
前記部分のＣＴ値は、前記部分が模擬する組織と対応するＣＴ値であり、
前記ファントム本体部は、人体の頭部を模擬した形状をなし、
前記分割面は、左右の眼窩耳孔線を含む面と平行に配置されているＸ線ＣＴ装置用ファントム。
前記ファントム本体は、
脳を模擬する模擬脳部のＣＴ値が３４ＨＵ〜３８ＨＵの範囲内に、
骨を模擬する模擬頭蓋骨部のＣＴ値が８００ＨＵ〜１５００ＨＵの範囲内に、
前記模擬脳部及び前記模擬頭蓋骨部以外の部分のＣＴ値が−２０ＨＵ〜−１０ＨＵの範囲内に調整されている請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置用ファントム。
互いに面接触する前記分割面のうち一方の分割面に設けられた複数の突起と、
他方の分割面に設けられ、前記突起が嵌合する複数の嵌合穴と、を備える請求項１又は請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置用ファントム。