DICOM dataを抽出し、TCMを加味した実効線量を計算

本日は下記の論文を読んで見ました。

Tsalafoutas IA, et al.: A comprehensive method for calculating patient effective dose and other dosimetric quantities from CT DICOM images. AJR Am J Roentgenol. 2012 Jul;199(1):133-41. doi: 10.2214/AJR.11.7429. 

AJRからdownloadできます。

DICOM dataを抽出し、TCMを加味した実効線量を計算する方法を提示した論文 

通常CTDI(vol), DLPは装置に表記される。 

DLPに各検査（部位）で与えられた変換係数を乗じることで、実効線量は得られている 

AECを使用した場合、平均で与えられたCTDI(vol)とDLPで正確な推定が可能なのか？ 

本疑問に対処するため、DICOM dataからTCMの電流変換量を推定し、各スライス毎の変換係数を算出 

Fig. 1(ICRP60), 2(ICRP103)に各スキャン位置に対する実効線量変換係数が表記されている。 

これを見ればICRP103で乳房のtissue weighting factorが増加したことに対する影響が明確 

Toshiba製のCT装置に表記されるCTDI(vol)の値が平均値ではなく、「最大値」で表記されるため、他装置との比較は困難 

本方法はスライス毎の実効線量変換係数を利用できる点で、TCMやCT透視にも対応できる。 
DICOM dataから抽出できるのは「平均」管電流であるため、XY方向のmodulationを加味した臓器線量の把握は本ソフトではまだできない。 

近いうちにその研究も実施されると予想される。

頭蓋内AVM: ４D-MRAは手術前後の評価において有効か?

本日は下記の論文を読んで見ました。

Hadizadeh DR, et al.: Noninvasive evaluation of cerebral arteriovenous malformations by 4D-MRA for preoperative planning and postoperative follow-up in 56 patients: comparison with DSA and intraoperative findings. AJNR Am J Neuroradiol. 2012 Jun;33(6):1095-101. doi: 10.3174/ajnr.A2921. Epub 2012 Feb 2. 

AJNRからdownloadできます。

頭蓋内AVMの術前、術後の評価のgold standardは現在のところDSAである。 

しかし、DSAを用いた頭蓋内AVMの術前、術後の評価は、放射線被曝、ヨウド造影剤、血栓等の問題もある。 

本研究は4D-MRAを使用して頭蓋内AVMの術前、術後の評価を実施、DSAと比較 

装置は3T-MRI: Achiva 3.0, 3.0TX 

56名の頭蓋内AVMの患者を対象 

4D-MRAは2グループに分けて検討 （装置更新に伴う処置） 

Gourp 1 

Vozel size. 1.1 x 1.1 x 1.4 

時間分解能. 608ms 

Group 2 
Voxel size. 1.1 x 1.1 x 1.1 

時間分解能. 572ms 

定性的画質評価 

頭蓋内AVMのクラス(Spetzler-Martin)を判定 

MRAはOriginal data, MPR, MIPを検討 

定量的画質評価 

血管の信号分布からFWHMおよび傾き(Sharpness)を検討 

結果 MRAによって判定されたfeeding arteries: 93% 

7つのfeeding arteriesはDSAのみ判定可
（しかし、手術には影響せず）

Group間における血管幅、Sharpnessに差はなし。 

信号強度はGroup 2の方が高い（造影剤濃度が異なる）。 

DSAの代わりを4D-MRAが担うのはもう少し時間がかかるかもしれない。

 しかし術前のクラス分けは可能であり、繰り返すfollow upにも有効。

DECT: 造影後のCTにおいて出血と造影剤を区別できるか？

本日は下記の論文を読んで見ました。

Phan CM, et al.: Differentiation of hemorrhage from iodinated contrast in different intracranial compartments using dual-energy head CT. AJNR Am J Neuroradiol. 2012 Jun;33(6):1088-94. doi: 10.3174/ajnr.A2909. Epub 2012 Jan 19. 

AJNRからdownloadできます。

DECTを使用して、造影後のCTにおける出血と造影剤を区別できるかを調べた論文 

MRIに比べると時間がかからず、コストも低く、禁忌もないので、本方法が確立されれば有用。 

Somatom Definition (with double x-ray tube)、80kVp / 140kVpで撮像 

出血、脳実質、造影剤において、質量減弱係数の違い（光電効果とコンプトン効果）を利用した分離 

Single Energy画像, ヨウド画像、Virtual Non Contrast (VNC)画像を計算 

VNCにて高吸収: 出血 

ヨウド画像にて高吸収: 造影剤 

両画像にて高吸収: 出血と造影剤の混在 

造影剤は24-48時間後の単純CTにてwashoutされるため、残存する高吸収値は出血とみなし、referenceとする。

結果 

出血検出に関して、全体の感度は100％、特異度は92.8％ 

Fig 1-5の臨床例が有用 

本検討において、石灰化は含まれていないので、紛らわしい石灰化の判定は今後問題となる可能性もある。

Iterative reconstruction: 側頭骨CTにおける線量低減効果

本日は下記の論文を読んで見ました。

Niu YT, et al.: Radiation dose reduction in temporal bone CT with iterative reconstruction technique. AJNR Am J Neuroradiol. 2012 Jun;33(6):1020-6. doi: 10.3174/ajnr.A2941. Epub 2012 Feb 9. 

AJNRからdownloadできます。

AECは体幹部に比べ撮像Z軸方向が少なかったり、詳細な画像を撮像する必要性のため、側頭骨CTで有効ではない。

（と筆者は主張している）

しかし、Iterative reconstruction技術を使えば、空間分解能や放射線量の減少をすることなくノイズの低減が可能 

Philips CT (Briliance 64) with iDoseによる研究

 １. 臨床における評価 施設にて通常行われている条件で撮像(140kVp, 200mAs/section: 50名): CTDI.46.9mGy 

死体およびファントムにて導かれた条件での撮影（５０名） 

ROIを脳幹および空気にて設置、CT値を測定し、CNRを計算 

２.死体による検討 ８体の死体を採用(140kVp, 200mAs/section) 電流を減少
(180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 40mAs/section)

FBPおよびiDoseL1～７にて再構成 CNRを計測 

放射線科医による視覚評価（３段階） 

３．ファントムによる検討 空間分解能テストファントムにて検討（140kVp,100mAs/section） 
FBPおよびiDoseL1～７にて再構成 視覚評価を実施 

４．放射線量 CTDI(vol), DLPより実効線量を計算 

５． 死体における検討 

脳幹のノイズレベルはFBPからiDose1 - iDose7の順で低下 

空気のノイズレベル、脳幹および空気のCT値は特に変化なし 

CNR: FBPからiDose1 - iDose7の順で増加 

視覚評価により、40, 60, 80mAs/sectionはどのiDoseでも不可 

視覚評価により、iDose6,7は線量が多くても不可 

最適化（視覚評価、CNR測定にてreferenceとほぼ同等の評価） 

100mAs/section-iDoseL5(0.29mSv) = 200mAs/section-FBP(0.58mSv) 

６．ファントムにおける検討

FBP, iDoseに空間分解能の差はなし 

側頭骨CTにおいて、Iterative reconstructionにより、画質を保持したまま50%の線量低減が可能 
Iterative reconstructionに放射線科医が慣れてくれば、さらなる線量低減も可能かもしれない。

Neck CT: CTの電圧を70kVpに低下させた場合の影響評価

本日は下記の論文を読んで見ました。

Gnannt R, et al.: Low kilovoltage CT of the neck with 70 kVp: comparison with a standard protocol. AJNR Am J Neuroradiol. 2012 Jun;33(6):1014-9. doi: 10.3174/ajnr.A2910. Epub 2012 Feb 2. 

AJNRからdownloadできます。

ごく最近まで70kVpの管電圧を出力できる装置はなかった。 

小児用に開発された低電圧CTを首のCTに応用し、画質と線量低減効果を調査した論文 

120kVpと70kVpで撮像された２０名の患者 

(Retrospective study) 

20名の患者のBMI, 首（APの方向）の直径、首の円周に有意差なし 

画質評価(Neckを上部から３部位に分けて比較) 

Soft tissue 

Neck 2/3: 70kVp > 120kVp 

Neck 3/3: 70kVp < 120kVp 

Bone 

Neck 3/3: 70kVp < 120kVp 

Artifact Neck 3/3: 70kVp < 120kVp 

Noise, CNR 

Neck (all): 70kVp > 120kVp 

放射線量 CTDI(vol), DLP, Effective doseは全て低下 

概ねNeck CTにおいて70kVpを使用することは可能と記載されているが、肩のartifactが問題となる下部は120kVpの方が明らかに良いため、注意が必要。 

首の部位ごとに最適な電圧が異なるので、将来的にはAutomatic Tube Current Techniqueの後継として、管電圧自動制御も視野に入ってくると思われる。

アルコール飲酒：DTI頭部MRIはアルコール摂取による脳浮腫を検知できるか？

本日は下記の論文を読んで見ました。

Kong LM, et al.: Acute effects of alcohol on the human brain: diffusion tensor imaging study. AJNR Am J Neuroradiol. 2012 May;33(5):928-34. doi: 10.3174/ajnr.A2873. Epub 2012 Jan 12. 

AJNRからdownloadできます。

対象は正常ボランティア16名 

低容量(0.45g/kg)8名 vs 高容量(0.65g/kg)8名 

（heavy drinkersは研究対象外） 

24時間以内アルコール摂取禁止 

1.5T-MRでの撮像 

T1W, T2W, DTI(b=0 - 1000)を撮像 

アルコール摂取前, 0.5, 1, 2, 3時間後に撮像 

ROI 

前頭葉白質、内包、外包、中心前回、中心後回、視床、小脳脚、脳幹 

アルコールによる効果 

摂取約１時間で、頭痛、めまい等がピーク

MR 

T1W、T2Wに変化なし 

ADCは、アルコール摂取後１時間、２時間で前頭葉白質、小脳脚にて有意に低下 

前頭葉白質は１時間、小脳脚は２時間目が最小。 

その後は回復 

視床は高容量のグループで１時間後に有意に減少 

他の領域に統計的有意なADC低下はみられず 

FAは前頭葉白質にて、0.5時間後に有意に増加 （他の部位は変化なし） 

通常のMRIでは検知できないが、DTIではアルコールによる神経繊維束の変化をほぼリアルタイムに検知できる。

脳膿瘍とSWI

本日は下記論文を読んでみました。

Lai PH, et al.: Susceptibility-weighted imaging in patients with pyogenic brain abscesses at 1.5T: characteristics of the abscess capsule. AJNR Am J Neuroradiol. 2012 May;33(5):910-4. doi: 10.3174/ajnr.A2866. Epub 2012 Jan 26. 

AJNRからdownloadできます。

脳膿瘍の患者14名の画像上の特徴を記した論文 

 膿瘍縁(rim)、cavity、正常白質のSWI phase valueをラジアンで計測し、比較している。 

 膿瘍縁のSWI phase valueはほかに比べて優位にマイナス値なっている。 

 cavityのSWI phase valueはややマイナス値。 

 脳膿瘍縁のSWI phase valueがマイナスになる理由は、静脈血管が増えてくることに起因するのだろうか？ 

 造影T1Wでも強くring enhancementするので、納得できる一面もある。 

 一方で常磁性のフリーラジカルの存在も関与しているかもしれない。

 いずれにしてもPhase valueの計測による判定方法は今後の研究が期待でき、本論文は興味深い。 

 Fig. 2, 3に脳膿瘍のT1W, T2W, T2*W, DWI, ADC, Gd-T1W, SWI-magnitude, SWI-phase, SWIが記載されている。 

 たしかに、rimはphase imageにてhyposignalとなっている。 

頭部CT：Virtual monochromatic spectra imagingは放射線線量の増加なしに画質改善に寄与するか？

本日は下記論文を読んでみました。

Kamiya K, et al.: Preliminary report on virtual monochromatic spectral imaging with fast kVp switching dual energy head CT: comparable image quality to that of 120-kVp CT without increasing the radiation dose. Jpn J Radiol. 2013 Apr;31(4):293-8. doi: 10.1007/s11604-013-0185-9. Epub 2013 Feb 14. 

頭部CT：Virtual monochromatic spectra imaging(VMS)は放射線線量の増加なしに画質改善に寄与するか？ 

VMSはノイズ低減、CNRの改善、ビームハードニングアーチファクトの低減に寄与するため、120kVp single energy CT (SECT)に比較して低線量で頭部CTの撮影が可能かもしれない。 

 これを調査するため、retrospective studyで15人の患者を選択 

 （Fast kVp switching(FKS) DECTおよびSECTを実施された患者） 

 評価項目： CTDI(vol)、空気のノイズ、白質のノイズ、CNR、ビームハードニングアーチファクトの度合い、Figure of merit = CNR^2/CTDI(vol)、subjectiveノイズ、白質－灰白質コントラスト、全画質評価 

 FKS-DECT vs SECT CTDI(vol): 70.2 < 78.9 

 画質評価はほぼ同等。 

（統計的には変わらないが、CTDI(vol)の低いFKS-DECTの値が悪いようにも見える）

 FOM 0.053 > 0.037 

であり、ほぼ全ての画像評価が同じであったため、FOMが高くなっている。 

 subjective image noise: FKS-DECT 1.6 vs SECT: 1.03 (P<0.05) 

 (1. minimal, 2. optimum)

 この手の研究は個人的に大事な領域と思っているので、CTDI(vol)が同じレベル（少なくとも統計的に有意ではない）なら比較結果の信憑性が高まったと思うので、少し 残念な気もします。 

TCM-AEC CT: regional CTDI(vol)はorgan doseを推定するのに有用か？

本日下記の論文を読んで見ました。

Khatonabadi M, et al.: The feasibility of a regional CTDIvol to estimate organ dose from tube current modulated CT exams. Med Phys. 2013 May;40(5):051903. doi: 10.1118/1.4798561. 

Medical Physicsからdownloadできます。

通常のCT検査ではtube current modulation (TCM)技術が組み込まれている。 

IECは60601-2-44において、TCMを考慮したスキャンにおいては、CTDI(vol)に全スキャン平均値を用いることを定義している。 

胸部－腹部を撮影する際を例に考えると、肩は電流が高く、肺は低く、上腹部、下腹部につれて電流は高くなり、一つであらわされるCTDI(vol)ではorgan doseの線量推定を困難にしている。 

筆者はCTDI(vol)を、肺（低吸収域）、腹部、骨盤部という領域のregional CTDI(vol)や、肺、乳房、腎臓、肝臓、脾臓のorgan specific CTDI(vol)に分けて、体格と比較している。 

本文献では Normalized organ dose = organ dose / CTDI(vol) 

regional CTDI(vol) = global CTDI(vol) x I(regional) / I(global) 

として定義され、モンテカルロ線量計算の結果からNormalized organ doseが与えられているので、体格とregional CTDI(vol)がわかればorgan doseを推定することができる。 

同じ体格の場合、女性の肺は男性に比較して、同じregional CTDI(vol)において高い線量を受けていることに注意が必要。 

CTDI(vol)のみからの評価ではこの違いを把握することは難しい。 

筆者も述べているように、将来的にはリアルタイムで個々のCT検査の線量把握が可能となると思われる。 それまでの繋ぎとして、この研究は有用かもしれない。

神経膠腫のGrade: Diffusion kurtosisは有効か？

本日は下記の論文を読んで見ました。

Van Cauter S, et al.: Gliomas: diffusion kurtosis MR imaging in grading. Radiology. 2012 May;263(2):492-501. doi: 10.1148/radiol.12110927. Epub 2012 Mar 8. 

Radiolgyから論文をdownloadできます。

神経膠腫のGradeを診断する際に、Diffusion kurtosis(DK)の有効性を調べた論文

 撮像装置は3.0T 
MR装置 対象患者は27名 
Low grade glioma (WHO grade I or II): 11 
High grade glioma (WHO grade III or IV): 17 

mean kurtosisを計算する際、年齢や部位における差を考慮して Normalized mean kurtosis（中間値、四分位点）を使用すると、 
Low grade glioma: 0.48 (0.45 - 0.66) 
High grade glioma: 0.74 (0.64 - 0.86) 
ROC解析結果　AUC 0.866 
感度100％、特異度73％

high grade gliomaとlow grade gliomaではmean kurtosisに有意差（＋）

症例数が少ないので注意すべきだが、感度が非常に高いのでgrade判定に有益かもしれない。

ADHDをDKIにて検出

本日下記論文を読んで見ました。

Helpern JA, et al.: Preliminary evidence of altered gray and white matter microstructural development in the frontal lobe of adolescents with attention-deficit hyperactivity disorder: a diffusional kurtosis imaging study. J Magn Reson Imaging. 2011 Jan;33(1):17-23. doi: 10.1002/jmri.22397.

Pubmed Centralからdownloadできます。

ADHD(12例）、正常例(13例）にDiffusional Kurtosis Imaging(DKI)を撮像、前頭前野皮質においてmean kurtosis(MK)を計測。 

MRI装置は3T-TIM Trio 

DKIのシーケンスは、11分17秒で撮像。 

 正常の青年期の子供の場合、年齢に伴って白質および灰白質のMKは上昇する。

一方でADHDの子供の場合、白質、灰白質のMKは変化しない。

ADHDを有する子供のMKをDKIにて測定することは、将来有望な手段となりうるかもしれない。

 しかし、論文中のデータを見る限り、年齢に対するMKの変化（slope)は有意差があるものの、個別の結果ではoverlapが存在するので、患者の測定値にて診断ができるわけではないかもしれない。 

 ADHD(12例）正常例(13例）と症例数が少ないので、今後の動向に注目が必要かも。 

DWIと側脳室内CSF温度計測

本日下記論文を読んで見ました。

Kozak LR, et al. Using diffusion MRI for measuring the temperature of cerebrospinal fluid within the lateral ventricles. Acta Paediatr. 2010 Feb;99(2):237-43. doi: 10.1111/j.1651-2227.2009.01528.x. Epub 2009 Oct 20.

Pubmed Centralからdownloadできます。

脳低温療法の際、脳室内ＣＳＦの温度を非侵襲敵にモニタリングできれば有用となるのではないでしょうか？

そこでハンガリーの研究者は、日常使用しているDWIを使って、脳室内ＣＳＦの温度を測定する方法を考えたようです。
Fig. 2にMRI画像があります。

式を見ると、拡散係数さえ得られれば計算できるようなので、特別な装置が必要なわけではなさそうです。

臨床現場でBrain MRIを実施、その際に取得するDWIから計算できれば今後有用となるかもしれませんね。