放射線検査

放射線検査
最新のX線装置による膝の投影X線撮影
システム筋骨格
区画介入、核医学、治療、小児科
重大な疾患がん、骨折
重要なテストスクリーニング検査、X線、CT、MRI、PET、骨スキャン、超音波検査、マンモグラフィー、透視検査
スペシャリスト放射線技師

放射線撮影法は、 X線、ガンマ線、または類似の電離放射線および非電離放射線を用いて物体の内部構造を観察する画像撮影技術です。放射線撮影法の用途には、医療用（「診断」用放射線撮影法および「治療用放射線撮影法」）と工業用放射線撮影法があります。同様の技術は空港のセキュリティ検査でも使用されています（「ボディスキャナ」は通常、後方散乱X線を使用します）。従来の放射線撮影法で画像を作成するには、 X線発生装置によってX線ビームを生成し、物体に向けて投影します。物体の密度と構造組成に応じて、一定量のX線またはその他の放射線が物体に吸収されます。物体を通過したX線は、物体の背後にある検出器（写真フィルムまたはデジタル検出器）によって捕捉されます。この技術による平面的な二次元画像の生成は、投影放射線撮影法と呼ばれます。コンピュータ断層撮影（CTスキャン）では、X線源とそれに関連する検出器が被写体の周囲を回転し、被写体は生成された円錐状のX線ビームの中を移動します。被写体内の任意の点には、異なる時間に複数の方向から複数の異なるビームが照射されます。これらのビームの減衰に関する情報が収集され、計算処理によって3つの平面（アキシャル、コロナル、サジタル）上の2次元画像が生成され、さらに処理されて3次元画像が生成されます。

頭蓋骨の医療用レントゲン写真

歴史

1800年代後半、初期のクルックス管装置でX線画像を撮影する

レントゲン写真と透視法の起源は、いずれも1895年11月8日に遡ります。この日、ドイツの物理学教授ヴィルヘルム・コンラート・レントゲンがX線を発見し、X線は人体の組織は透過できるものの、骨や金属は透過できないことに気づきました。[ 1 ]レントゲンはこの放射線を「X」と呼び、未知の種類の放射線であることを示しています。この発見により、彼は第1回ノーベル物理学賞を受賞しました。 [ 2 ]

レントゲンは死後実験ノートを焼却したため、彼の発見については諸説あるが、伝記作家による推​​定では以下の通りである。[ 3 ] [ 4 ]レントゲンは、バリウム白金シアン化物を塗った蛍光板とクルックス管を用いて陰極線の研究をしていた。クルックス管は蛍光の輝きを遮るために黒いボール紙で包んでいた。彼は約1メートル離れたところから、蛍光板からかすかな緑色の光が発せられていることに気づいた。レントゲンは、管から発せられる目に見えない光線がボール紙を透過して蛍光板を輝かせている、つまり不透明な物体を透過してその背後にあるフィルムに影響を与えているのだと気づいた。[ 5 ]

最初のレントゲン写真

レントゲンは、X線によって形成された写真乾板に妻の手の写真を撮った際に、X線の医療用途を発見しました。妻の手の写真は、X線を用いて人体の一部を撮影した最初の写真でした。写真を見た妻は、「私は自分の死を見た」と言いました。[ 5 ]

臨床現場でのX線の最初の使用は、 1896年1月11日にイギリスのバーミンガムでジョン・ホール＝エドワーズによって行われました。彼は同僚の手に刺さった針をX線撮影しました。1896年2月14日、ホール＝エドワーズは外科手術においてX線を初めて使用しました。[ 6 ]

アメリカ合衆国は、イヴァン・プリュイ設計の放電管を用いて、初めて医療用X線を撮影しました。1896年1月、レントゲンの発見を知ったダートマス大学のフランク・オースティンは、物理学実験室にあるすべての放電管を検査し、プリュイの放電管だけがX線を発生することを発見しました。これは、プリュイが蛍光物質のサンプルを保持するために使用した雲母の斜めの「ターゲット」を管内に組み込んだ結果でした。1896年2月3日、ダートマス大学の医学教授ギルマン・フロストと物理学教授の弟エドウィン・フロストは、数週間前にギルマンが骨折の治療をしたエディ・マッカーシーの手首をX線にさらし、骨折した骨の画像を、レントゲンの研究にも関心を持っていた地元の写真家ハワード・ランギルから入手したゼラチン写真乾板に記録しました。[ 7 ]

1897年のペロフィラックス・レッソエ（当時はアカガエル）のX線写真。ジェームズ・グリーンとジェームズ・H・ガーディナーの『英国の両生類と爬虫類のX線写真』より。

X線は非常に早くから診断に利用されていました。例えば、アラン・アーチボルド・キャンベル＝スウィントンは、電離放射線の危険性が発見される前の1896年にイギリスで放射線検査室を開設しました。実際、マリー・キュリーは第一次世界大戦で負傷兵の治療に放射線検査を利用することを強く求めました。当初、病院では物理学者、写真家、医師、看護師、技術者など、様々なスタッフが放射線検査を行っていました。放射線医学という専門分野は、この新しい技術を中心に長年かけて発展してきました。新しい診断検査が開発されると、放射線技師がこれらの新しい技術の訓練を受け、採用するのは当然のことでした。現在、放射線技師は透視検査、コンピュータ断層撮影、マンモグラフィー、超音波検査、核医学検査、磁気共鳴画像検査も行っています。専門用語を使わない辞書では、放射線検査を「X線画像を撮影すること」と非常に狭義に定義しているかもしれませんが、これは長らく「X線部門」、放射線技師、放射線科医の業務の一部に過ぎませんでした。当初、レントゲン写真はレントゲングラムと呼ばれていましたが[ 8 ] 、スキアグラファー（古代ギリシャ語で「影」と「書き手」を意味する）は1918年頃まで放射線技師の意味で使われていました。レントゲン写真の日本語の語源はレントゲンと同じです。

医療用途

放射線検査
ICD-9-CM87、88.0 - 88.6​​
メッシュD011859
OPS-301 コード3–10...3–13、3–20 ... 3–26

人体は密度の異なる様々な物質で構成されているため、電離放射線と非電離放射線を使用すると、減衰を利用してこれらの違いを強調するか、電離放射線の場合は、より密度の高い物質（カルシウムを豊富に含む骨など）によるX線光子の吸収を利用して、画像受容器上で人体の内部構造を明らかにすることができます。放射線画像の使用による解剖学の研究を含む分野は、放射線解剖学として知られています。医療用放射線画像の取得は一般的に放射線技師によって行われ、画像分析は一般的に放射線科医によって行われます。一部の放射線技師は画像解釈を専門としています。医療用放射線撮影には、それぞれ異なる臨床用途を持つ多くの異なるタイプの画像を生成するさまざまなモダリティが含まれます。

投影放射線撮影

X線発生器と検出器を用いた投影放射線画像の取得

物体をX線やその他の高エネルギー電磁放射線にさらし、その結果生じる残留ビーム（または「影」）を潜像として捉えることで画像を作成する方法は、「投影X線撮影法」として知られています。この「影」は、蛍光板を用いて光に変換され、写真フィルムに記録されるか、リン光板で捉えられ、後にレーザーで「読み取られる」（CR）か、あるいは固体検出器のマトリックス（DR、デジタルカメラのCCDの大型版に類似）に直接作用します。骨や一部の臓器（肺など）は、特に投影X線撮影に適しています。これは比較的低コストで、高い診断率が得られる検査です。体の柔らかい部分と硬い部分の違いは、主に炭素のX線断面積がカルシウムに比べて非常に小さいことに起因しています。

コンピュータ断層撮影

コンピュータ断層撮影から生成された画像（左上の3Dレンダリング画像を含む）

コンピュータ断層撮影法（CTスキャン）は、以前はCATスキャンと呼ばれ、"A"は"Axial"の略です。コンピュータと電離放射線（X線）を併用し、軟部組織と硬部組織の両方の画像を撮影します。これらの画像は、患者がパンのようにスライスされたように見えます（つまり、「トモグラフィー」と「トモ」は「スライス」を意味します）。CTは診断用X線（どちらもX線を使用）よりも多くの電離X線を使用しますが、技術の進歩により、CTの放射線量とスキャン時間は減少しています。[ 9 ] CT検査は一般的に短時間で、ほとんどの場合、息を止めている間だけ続きます。また、観察が必要な組織によっては、造影剤が使用されることもあります。これらの検査は、放射線技師が行いますが、放射線科医と共同で行う場合もあります（例えば、放射線科医がCTガイド下生検を行う場合など）。

二重エネルギーX線吸収測定法

DEXA法（骨密度測定法）は、主に骨粗鬆症の検査に用いられます。これは投影放射線検査ではなく、X線を2本の細いビームで照射し、患者を90度ずつ横切ってスキャンします。通常は股関節（大腿骨頭）、腰背部（腰椎）、または踵（踵骨）を撮影し、骨密度（カルシウム量）を測定して数値（Tスコア）を算出します。骨折や炎症などの正確な診断画像を作成するには画質が不十分なため、骨の画像診断には用いられません。また、一般的ではありませんが、体脂肪の測定にも用いられます。DEXAスキャンで受ける放射線量は非常に低く、投影放射線検査よりもはるかに低いです。[ 10 ]

透視検査

透視法（Fluoroscopy）は、トーマス・エジソンが初期のX線研究中に考案した用語です。この名称は、X線を照射した白熱板を観察した際に彼が見た蛍光に由来しています。 [ 11 ]

この技術は、動画撮影を可能にする。透視検査は主に、（組織や造影剤の動きを観察するため、あるいは血管形成術、ペースメーカー挿入、関節修復・置換などの医療介入をガイドするために行われる。後者は、多くの場合、手術室でCアームと呼ばれるポータブル透視装置を用いて行われる。[ 12 ] この装置は手術台の周りを移動し、外科医のためにデジタル画像を作成することができる。二平面透視検査は、二平面を同時に表示する点を除いて、単平面透視検査と同じである。二平面で作業できることは、整形外科手術や脊椎手術において重要であり、体位変換の手間を省くことで手術時間を短縮することができる。[ 13 ]

椎骨脳底動脈と後大脳循環の横断投影を示す血管造影図

血管造影は、透視法を用いて心血管系を観察する検査です。ヨウ素造影剤を血流に注入し、その流れを観察します。液体の血液と血管は密度が低いため、高密度の造影剤（大きなヨウ素原子など）を用いてX線下で血管を観察する検査です。血管造影は、動脈瘤、血管の漏出、閉塞（血栓）、新生血管の増殖、カテーテルやステントの留置などを発見するために用いられます。バルーン血管形成術は、しばしば血管造影と併せて行われます。

造影X線検査

造影X線撮影では、造影剤の一種である放射線造影剤を用いて、関心のある構造を背景から視覚的に際立たせます。造影剤は従来の血管造影では必須であり、投影X線撮影とコンピュータ断層撮影（造影CT ）の両方で使用できます。[ 14 ] [ 15 ]

その他の医療画像

PETやMRIなどの画像診断法は、X線を使用しないため技術的には放射線撮影技術ではありませんが、病院の放射線科があらゆる種類の画像診断を扱っているため、放射線撮影法に分類されることがあります。放射線を用いた治療は放射線療法と呼ばれます。

工業用放射線検査

工業用X線検査は、様々な製造部品の内部構造と完全性を検査する非破壊検査法です。工業用X線検査は、 X線またはガンマ線を用いて実施できます。どちらも電磁放射線の一種です。電磁エネルギーの形態の違いは波長に関係しています。X線とガンマ線は波長が最も短く、この特性により炭素鋼などの金属を含む様々な材料を透過し、通過して外に出ることができます。具体的な方法としては、工業用CT検査などがあります。

レントゲン撮影は古生物学でも利用されます。例えば、ダーウィニウスの化石Idaのレントゲン写真などがその例です。

画質

画質は解像度と密度に依存します。解像度とは、物体内の近接した構造を画像内で個別の実体として表示する能力であり、密度とは画像を黒くする力です。放射線画像の鮮明さは、X線源のサイズに大きく左右されます。これは、陽極に当たる電子ビームの面積によって決まります。光子源が大きいほど、最終画像のぼやけが大きくなり、結像距離が長くなるとさらに悪化します。このぼやけは、画像システムの 変調伝達関数（MTF）への寄与として測定できます。

放射線量

放射線検査で照射される放射線量は、検査方法によって異なります。例えば、胸部X線検査の実効線量は0.1mSvですが、腹部CT検査では10mSvです。[ 16 ]米国医学物理学会（AAPM）は、「単回検査で50mSv未満、または短時間の複数回検査で100mSv未満の患者線量での医療画像撮影のリスクは、検出できないほど低く、存在しない可能性もある」と述べています。この結論に賛同する他の科学団体には、国際医学物理学会、国連原子放射線影響科学委員会、国際放射線防護委員会などがあります。しかしながら、北米放射線学会（RSNA）や米国放射線学会（ACR）などの放射線関連団体や複数の政府機関は、放射線量を可能な限り低く抑えるための安全基準を示しています。[ 17 ]

シールド

以下のピーク電圧によって生成されるX線リードの最小厚さ（機械によって異なります）
75kV1.0ミリメートル
100kV1.5ミリメートル
125 kV2.0ミリメートル
150kV2.5ミリメートル
175 kV3.0ミリメートル
200kV4.0ミリメートル
225 kV5.0ミリメートル
300kV9.0ミリメートル
400kV15.0ミリメートル
500kV22.0ミリメートル
600kV34.0ミリメートル
900 kV51.0ミリメートル

鉛は、その高い密度（11,340 kg/m 3）、阻止能、設置の容易さ、そして低コストという理由から、X線に対する最も一般的な遮蔽体です。X線などの高エネルギー光子の物質中における最大到達距離は無限大です。光子が物質中を通過するあらゆる点で、相互作用の可能性があります。したがって、非常に長い距離にわたって相互作用が起こらない確率はごくわずかです。したがって、光子ビームの遮蔽効果は指数関数的であり（減衰長は物質の放射長に近くなります）、遮蔽体の厚さを2倍にすると、遮蔽効果は2乗になります。

1950年代から、腹部のX線撮影中は、性腺（生殖器）や妊娠している場合は胎児を保護する目的で、患者に直接鉛の遮蔽が使用されるようになりました。歯科のX線撮影でも、通常は甲状腺を保護するために鉛の遮蔽が追加で使用されます。しかし、2019年[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]から2021年[ 21 ] [ 22 ]の間に、日常的な診断用X線撮影では鉛の遮蔽は必要ではなく、場合によっては有害である可能性があるというコンセンサスが得られました。医療従事者や同室の他の人に対する個人遮蔽は依然として推奨されています。

X線検査を行う部屋は鉛で覆われています。このセクションの表は、第2回国際放射線学会の勧告に基づき、X線検査を行う部屋における鉛遮蔽の推奨厚さをX線エネルギーの関数として示しています。[ 23 ]

キャンペーン

放射線量に関する一般の懸念の高まりとベストプラクティスの継続的な進歩に応えて、小児放射線学会内に小児画像診断における放射線安全同盟が結成されました。米国放射線技師会、米国放射線学会、米国医学物理学会と協力し、小児放射線学会は、小児患者に対して利用可能な最低の放射線量と最良の放射線安全プラクティスを用いながら高品質の画像診断を維持することを目指したImage Gentlyキャンペーンを開発し、開始しました。[ 24 ]この取り組みは、世界中のますます多くの様々な医療専門組織によって支持、適用されており、放射線医学で使用される機器を製造する企業からも支援と援助を受けています。

「Image Gently」キャンペーンの成功を受けて、米国放射線学会、北米放射線学会、米国医学物理学会、米国放射線技師会は、成人人口におけるこの問題に対処するため、「Image Wisely」と呼ばれる同様のキャンペーンを開始しました。[ 25 ]世界保健機関と国連の国際原子力機関（IAEA）もこの分野で活動しており、ベストプラクティスを広げ、患者の放射線量を低減するためのプロジェクトを進行中です。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]

プロバイダーの支払い

患者の利益になる場合にのみレントゲン撮影を行うことを強調するアドバイスとは対照的に、最近の証拠は、歯科医が出来高払い制で支払われる場合、レントゲン撮影がより頻繁に使用されていることを示唆している。[ 29 ]

装置

肘の単純レントゲン写真
腰椎のAPレントゲン写真
X線検査を受ける準備の整った手

出典

医学および歯科において、投影放射線撮影法およびコンピュータ断層撮影法（CT）の画像は、一般的にX線発生装置によって生成されたX線を用いて行われます。X線発生装置はX線管からX線を発生させます。X線撮影装置（X線発生装置／機器）またはCTスキャナから得られる画像は、それぞれ「レントゲン写真」または「断層写真」と呼ばれます。

X線光子源としては、ベータトロン、線形加速器（ライナック）、シンクロトロンなど、他にも様々なものが考えられ、産業用放射線撮影や研究に利用されています。ガンマ線については、192 Ir、60 Co、137 Csなどの放射性物質が用いられます。

グリッド

散乱X線が検出器に到達する量を減らすために、患者と検出器の間に散乱防止グリッドを設置することがあります。これにより画像のコントラスト分解能は向上しますが、患者の放射線被曝量は増加します。[ 30 ]

検出器

検出器は、主に2つのカテゴリーに分けられます。イメージング検出器（写真乾板やX線フィルム（写真フィルム）など。現在では、イメージングプレートやフラットパネル検出器などのさまざまなデジタル化装置に置き換えられています）と線量測定装置（電離箱、ガイガーカウンター、線量計など。これらは、例えば、放射線防護機器や手順が継続的に有効であることを確認するために、局所的な放射線被ばく、線量、線量率を測定するために使用されます。） [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]

サイドマーカー

各画像には、X線不透過性の解剖学的サイドマーカーが付加されます。例えば、患者の右手をX線撮影する場合、撮影者はX線ビームの照射野内にX線不透過性の「R」マーカーを付加し、撮影した手の位置を示します。物理的なマーカーが付加されていない場合、撮影者はデジタル後処理の一環として、後から正しいサイドマーカーを付加することができます。[ 34 ]

イメージインテンシファイアとアレイ検出器

X線検出器の代替として、イメージインテンシファイアは、取得したX線画像をビデオスクリーン上に映し出すアナログ装置です。この装置は、ヨウ化セシウム（CsI）で内側をコーティングした広い入射面を持つ真空管で構成されています。X線が当たると、蛍光体物質が隣接する光電陰極から電子を放出します。これらの電子は、インテンシファイア内部の電子レンズによって、リン光物質でコーティングされた出力スクリーンに集束されます。出力スクリーンから得られた画像は、カメラで記録・表示することができます。[ 35 ]

アレイ検出器と呼ばれるデジタルデバイスは、透視検査においてますます普及しつつあります。これらのデバイスは、薄膜トランジスタ（TFT）と呼ばれる個別のピクセル検出器で構成されており、CsIなどのシンチレータ材料から放出される光を検出する光検出器を用いて間接的に動作することも、X線が検出器に入射した際に発生する電子を捕捉して直接的に動作することもできます。直接検出器は、X線光子によって直接活性化されるため、リン光シンチレータやフィルムスクリーンによって引き起こされるぼやけや拡散の影響を受けにくい傾向があります。[ 36 ]

二重エネルギー

デュアルエネルギーX線撮影法は、2つの異なる管電圧を用いて画像を取得する方法です。これは骨密度測定の標準的な方法です。また、 CT肺血管造影においても、ヨード造影剤の必要量を減らすために用いられています。 [ 37 ]

参照

参考文献

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さらに読む

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