4DCT
4DCTにおける肺の動き

4次元コンピュータ断層撮影（4DCT ）は、複数の画像を経時的に記録するCTスキャンの一種です。スキャン画像を動画として再生できるため、生理学的プロセスを観察し、内部の動きを追跡することができます。この名称は、従来の3Dコンピュータ断層撮影に時間（ 4次元）を追加したことに由来しています。あるいは、呼吸などの特定のプロセスにおける位相を4次元とみなすこともできます。[ 1 ]

透視検査は4DCTに似た技術ですが、 3D CTではなく2D平面放射線撮影に時間要素を導入することを指します。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

アプリケーション

放射線療法

4DCTは、心臓や肺などの健康な臓器への被ばく線量を低減するために放射線治療計画に用いられます。ほとんどの放射線治療は、3D CTスキャンの結果を用いて計画されます。3Dスキャンは、主に特定の時点における身体のスナップショットを提示しますが、撮影時間の関係で、患者は何らかの形で（たとえ呼吸だけでも）動いているため、3Dスキャンにはぼやけや平均化の要素が生じます。[ 6 ]治療計画において、この動きは治療ビームの位置決め精度の低下を意味し、治療において直線加速器のセットアップを再現できる可能性を低下させます。 [ 7 ]

患者の身体の動きを最小限に抑えるため、通常は何らかの固定手段が用いられます。呼吸などの生理的動きを克服するために、4DCTは様々な時間と姿勢で画像を取得し、動きの範囲（例えば、最大吸気から最大呼気まで）を視覚化します。これにより、重要な臓器や腫瘍（標的）自体のあらゆる位置を把握した上で、治療計画を立案することができます。[ 8 ]

4DCTでは通常、呼吸追跡などのゲーティング技術が採用されており、設定されたポイントで画像取得が自動的に開始されます。 [ 9 ]このゲーティングは治療にも適用でき、放射線治療ビームは呼吸サイクルの特定のポイントでのみオンになります（深吸気息止め法など）。[ 10 ]

診断放射線学

4DCTは、関節疾患、心拍周期、副甲状腺造影剤のウォッシュアウトなどの診断放射線学的検査に使用され始めています。診断目的における4DCTの欠点としては、データセットが大規模かつ複雑であること、そして患者への放射線量の増加が挙げられます。 [ 11 ]

再建方法

4DCTは、3Dサンプルの時間的ダイナミクスを十分に高い時間的・空間的解像度で可視化することを目的としています。連続する時間フレームは通常、連続スキャンによって取得され、その後、各3Dデータセットが独立して再構成されます。このようなアプローチでは、十分な品質（アーティファクトとSNRの観点から）の画像を取得するために、各スキャンで多数の投影が必要になります。したがって、ガントリーの回転速度（つまり時間分解能）と再構成画像の品質の間には明確なトレードオフがあります。動きベクトルに基づく反復技術は、隣接する時間フレームの投影も含めることで特定の時間フレームを再構成することができます。このような戦略により、回転速度とSNRのトレードオフを改善することができます。 [ 12 ]

流体力学では、時間の経過に伴う減衰の過程をモデル化する特殊な再構成アルゴリズムが開発されている。[ 13 ]このような流体力学の一例として、造影剤の伝播をモデル化し、CT画像と同時に推定する 灌流CTが挙げられる。 [ 14 ]

参考文献

  1. ^コックス、ジェームス D.チャン、ジョー Y.小牧律子（2007）。肺がんの画像​​誘導放射線療法。 CRCプレス。 p. 85.ISBN​ 9780849387821。
  2. ^ Menze, Bjoern; Langs, Georg; Tu, Zhuowen; Criminisi, Antonio (2011). 『医療用コンピュータビジョン：医用画像における認識技術と応用』 Springer. p. 63. ISBN 9783642184215。
  3. ^ Stack, Brendan C. Jr.; Bodenner, Donald L. (2016).副甲状腺疾患の医学的および外科的治療：エビデンスに基づくアプローチ. Springer. p. 152. ISBN 9783319267944。
  4. ^ Chin, Lawrence S.; Regine, William F. (2015). 『定位放射線手術の原理と実践』 Springer. p. 191. ISBN 9781461483632ITVは4D CTスキャンまたは透視検査で評価できます。
  5. ^ Jeremic, Branislav (2011).肺がんにおける放射線腫瘍学の進歩. Springer Science & Business Media. p. 160. ISBN 9783642199257。
  6. ^ Korreman, Stine S (2012年12月7日). 「放射線療法における動き：光子療法」 . Physics in Medicine and Biology . 57 (23): R161– R191. Bibcode : 2012PMB....57R.161K . doi : 10.1088/0031-9155/57/23/R161 . PMID 23165229 . 
  7. ^ De Ruysscher, Dirk; Faivre-Finn, Corinne; Nestle, Ursula; Hurkmans, Coen W.; Le Péchoux, Cécile; Price, Allan; Senan, Suresh (2010年12月20日). 「欧州がん研究治療機構による肺がんに対する高線量・高精度放射線療法の計画と実施に関する勧告」 . Journal of Clinical Oncology . 28 (36): 5301– 5310. doi : 10.1200/JCO.2010.30.3271 . PMID 21079134 . 
  8. ^ Schlegel, Wolfgang C.; Bortfeld, Thomas; Grosu, Anca Ligia (2006).放射線腫瘍学における新技術. Springer Science & Business Media. p. 83. ISBN 9783540299998。
  9. ^マチェジク、アダム;スクシプチンスカ、伊賀市。ジャニシェフスカ、マルゼナ（2014 年 11 月）。「肺がん。肺がんの放射線治療：実際の方法と今後の動向」実践的な腫瘍学と放射線療法のレポート。19 (6): 353–360。土井: 10.1016/j.rpor.2014.04.012。PMC 4201776。PMID 25337407。  
  10. ^ Glide-Hurst, Carri K.; Chetty, Indrin J. (2014). 「最先端技術を用いた放射線治療計画、照射精度、および正常組織温存の改善」 . Journal of Thoracic Disease . 6 (4): 303– 318. doi : 10.3978/j.issn.2072-1439.2013.11.10 . ISSN 2072-1439 . PMC 3968554. PMID 24688775 .   
  11. ^ Kwong, Yune; Mel, Alexandra Olimpia; Wheeler, Greg; Troupis, John M (2015年10月). 「4次元コンピュータ断層撮影（4DCT）：現状と応用のレビュー」. Journal of Medical Imaging and Radiation Oncology . 59 (5): 545– 554. doi : 10.1111/1754-9485.12326 . PMID 26041442. S2CID 25440312 .  
  12. ^ヴァン・ニューウェンホーフ、ヴィンセント;デ・ビーンハウワー、ジャン;ヴラッセンブルック、イェレ。ブレノン、マーク。シジバース、1 月 (2017)。「MoVIT: 4DCT のための断層撮影再構成フレームワーク」。オプティクスエクスプレス。25 (16): 19236 – 19250。Bibcode : 2017OExpr..2519236V。土井: 10.1364/OE.25.019236。PMID 29041117。 
  13. ^ファン・アイントホーフェン、ギアルト;バテンブルク、ジュースト;カザンツェフ、ダニエル。ヴァン・ニューウェンホーフ、ヴィンセント。リー、ピーター。キャシー・ドブソン。シジバース、1 月 (2015)。「高速流体フローイメージングのための反復 CT 再構成アルゴリズム」。画像処理に関する IEEE トランザクション。24 (11): 4446–4458。ビブコード: 2015ITIP...24.4446V。土井: 10.1109/TIP.2015.2466113。hdl : 10044/1/44267。PMID 26259219。S2CID 643273。  
  14. ^ヴァン・ニューウェンホーフ、ヴィンセント;ファン・アイントホーフェン、ヘルト;バテンブルク、ジュースト;ヴァンドゥムルブルック、ジェフ。デ・ビーンハウワー、ジャン;シジバース、1 月 (2016)。「低線量脳灌流 CT における高品質灌流マップのための局所減衰曲線最適化 (LACO) フレームワーク」。医学物理学。43 (12): 6429–6438。土井: 10.1118/1.4967263。hdl : 10067/1389790151162165141。PMID 27908148。 
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