トモシンセシス

慢性線維化肺アスペルギルス症の肺のトモシンセシス。

トモシンセシス（デジタルトモシンセシス（DTS ）とも呼ばれる）は、投影X線撮影と同等の放射線量レベルで高解像度の限定角度断層撮影を行う手法である。血管画像、歯科画像、整形外科画像、マンモグラフィー画像、筋骨格画像、胸部画像など、様々な臨床応用について研究されている。^[1]

歴史

トモシンセシスの概念は、複数の投影画像から任意の数の平面画像を再構成する方法を開発したジーデス・デ・プラントの研究に由来しています。このアイデアはコンピュータ断層撮影法の登場によって置き換えられましたが、後にトモシンセシスはCTに代わる低線量断層撮影法として注目を集めました。^[2]

復興

トモシンセシス再構成アルゴリズムは、逆ラドン変換を実行するという点でCT再構成に似ています。投影回数が非常に少ない部分的なデータサンプリングのため、近似アルゴリズムを使用する必要があります。データの再構成には、フィルタ逆投影法と反復的な期待値最大化アルゴリズムの両方が使用されています。^[3]

トモシンセシスの再構成アルゴリズムは、従来のCTとは異なります。従来のフィルタ逆投影アルゴリズムでは、完全なデータセットが必要となるためです。期待値最大化に基づく反復アルゴリズムが最も一般的に使用されていますが、計算負荷が高くなります。一部のメーカーは、市販のGPUを使用して数秒で再構成を実行できる実用的なシステムを製造しています。

他の画像診断法との違い

デジタルトモシンセシスは、従来のコンピュータ断層撮影（CT）で使用される単純な管球／検出器の動きと、デジタル画像の撮影・処理を組み合わせたものです。CTとの類似点はあるものの、独立した技術です。最新の（ヘリカル）CTでは、線源／検出器が被写体の周りを少なくとも180度回転し、画像を再構成するための完全なデータセットを取得します。一方、デジタルトモシンセシスでは、CTよりも少ない撮影回数（例：7～51回）で、限られた回転角度（例：15～60度）のみを使用します。この不完全な投影セットをデジタル処理することで、被写界深度が制限された従来の断層撮影と同様の画像が得られます。画像処理がデジタルであるため、同じ画像から、異なる深さや厚さのスライス画像を再構成できます。また、再構成に必要な投影回数はCTよりも少ないため、放射線被曝量とコストはどちらも削減されます。^[4]

アプリケーション

胸

デジタル乳房トモシンセシス（DBT）^[5]は、米国食品医薬品局（FDA）により乳がんスクリーニングでの使用が承認されています。^[6]スクリーニングにおける利点については議論がありますが、^[7]この技術は2視点デジタルマンモグラフィと比較して、特異度が若干低下する（リコール率が向上する）ものの感度は向上しているという点でコンセンサスが得られつつあります。^[8]取得されるデータの解像度は85～160ミクロンとCTよりもはるかに高いため、DBTではCTのような狭いスライス幅（通常1～1.5mm）を提供できません。しかし、高解像度の検出器を使用することで、たとえZ軸解像度が低くても、非常に高い平面解像度が得られます。乳房トモシンセシスのもう1つの興味深い特性は、画質が撮像体積によって大きく変化する可能性があることです。^{[9] DBTの読影時間は、}マンモグラフィの読影時間に比べてはるかに長くなります。^[10]

光子計数乳房トモシンセシスが研究されており^[11]、乳房密度測定や病変の特徴付けなどのスペクトルイメージングアプリケーション^{[12] [13]}がそのプラットフォーム上で研究されている。

胸

筋骨格画像

トモシンセシスはCTに比べて被写界深度がはるかに限られています。そのため、体内の深部臓器の評価においてCTの代替となることは難しいでしょう。しかし、骨は皮膚の近くにあることが多いため、トモシンセシスの筋骨格系への応用が複数研究されていますが、そのほとんどは研究目的での使用に限られており、日常診療での使用は限られています。

骨折の評価

骨折治癒の評価において、特に金属器具が存在する場合、トモシンセシスはX線撮影とCTの両方と比較されてきました。手首骨折患者を対象とした研究では、デジタルトモシンセシスはX線撮影よりも多くの骨折を検出できると同時に、X線撮影よりも金属アーチファクトが少ないことが示されました。^[4]

関節リウマチにおけるびらんの評価

トモシンセシスは、関節リウマチに伴うびらんの検出において、CTを基準としたデジタルラジオグラフィーと比較されてきた。デジタルトモシンセシスの放射線量はデジタルラジオグラフィーの放射線量と非常に近かった。しかし、トモシンセシスの感度、特異度、精度、陽性予測値、陰性予測値はそれぞれ80%、75%、78%、76%、80%であったのに対し、デジタルラジオグラフィーはそれぞれ66%、81%、74%、77%、71%であった^[14] 。この用途におけるデジタルトモシンセシスのわずかな利点は、デジタルラジオグラフィーと比較してわずかに高くなるモダリティのコストを正当化するかどうかは定かではない。

エレクトロニクス

トモシンセシスは電子機器のX線検査にも用いられており^[15] 、特にプリント基板アセンブリや電子部品に用いられます。トモシンセシスは通常、従来のCTではサンプルをX線源に十分近づけることができず、高倍率でのCTスライス画像が必要な場合に用いられます。

参考文献

1. Dobbins, James; McAdams, H. Page (2009年11月). 「胸部トモシンセシス：技術的原理と臨床的最新情報」. European Journal of Radiology . 72 (2): 244– 251. doi :10.1016/j.ejrad.2009.05.054. PMC 3693857.  PMID 19616909  .
2. Dobbins JT, 3rd; Godfrey, DJ (2003年10月7日). 「デジタルX線トモシンセシス：最新技術と臨床的可能性」. Physics in Medicine and Biology . 48 (19): R65–106. doi :10.1088/0031-9155/48/19/r01. PMID  14579853. S2CID  250737333.
3. Sechopoulos, Ioannis (2013). 「乳房トモシンセシスのレビュー。パートII。画像再構成、処理、解析、そして高度な応用」。Medical Physics . 40 (1): 014302. Bibcode :2013MedPh..40a4302S. doi :10.1118/1.4770281. PMC 3548896. PMID  23298127 . 
4. Ha, Alice; Lee, Amie; Hippe, Daniel; Chou, Shinn-Huey; Chew, Felix (2015年7月). 「骨折治癒評価のためのデジタルトモシンセシス：放射線撮影およびCTとの前向き比較」. American Journal of Roentgenology . 205 (1): 136– 141. doi :10.2214/AJR.14.13833. PMID  26102392. S2CID  29516482.
5. スミス、アンドリュー P.;ニクラソン、ローレン。レン、バオルイ。ウー、タオ。ルース、クリス。ジン、ジェンシュエ (2006)。 「低線量トモシンセシスにおける病変の可視化」。デジタルマンモグラフィー。コンピューターサイエンスの講義ノート。 Vol. 4046. pp.  160–166 .土井:10.1007/11783237_23。ISBN 978-3-540-35625-7。
6. 「Selenia Dimensions 3D System - P080003、米国食品医薬品局（FDA）、2011年2月11日
7. Siu, Albert L. (2016年1月12日). 「乳がんスクリーニング：米国予防サービスタスクフォースの勧告声明」Annals of Internal Medicine . 164 (4): 279–96 . doi : 10.7326/M15-2886 . PMID  26757170.
8. ソフィア・ザクリッソン;ロング、クリスティーナ。ロッソ、アルダナ。ジョンソン、クリスティン。ダスラー、マグナス。フォルンヴィク、ダニエル;ハニー・フォルンヴィク。ハンナ・サーター。ティンバーグ、ポンタス。ティングバーグ、アンダース。イングヴァル・アンダーソン（2018年11月）。 「マルメ乳房トモシンセシス・スクリーニング試験（MBTST）における一視点乳房トモシンセシスと二視点マンモグラフィー：前向き、集団ベースの診断精度研究」。ランセット腫瘍学。19 (11): 1493 – 1503。土井:10.1016/s1470-2045(18)30521-7。ISSN  1470-2045。PMID  30322817。S2CID 53501736  。
9. Berggren, Karl ; Cederström, Björn ; Lundqvist, Mats ; Fredenberg, Erik (2018). 「スリットスキャン乳房トモシンセシスにおけるシフトバリアント画質のカスケードシステム解析」医学物理学45 ( 10): 4392– 4401. Bibcode :2018MedPh..45.4392B. doi :10.1002/mp.13116. ISSN  2473-4209. PMID  30091470. S2CID  51941096.
10. JW Partridge, George; Darker, Iain; J. James, Jonathan; Satchithananda, Keshthra; Sharma, Nisha; Valencia, Alexandra; Teh, William; Khan, Humaira; Muscat, Elizabeth; J. Michell, Michael; Chen, Yan (2024-08-01). 「マンモグラムの読影にかかる時間は？デジタル乳房トモシンセシスとデジタルマンモグラフィーの読影時間の調査」European Journal of Radiology . 177 111535. doi :10.1016/j.ejrad.2024.111535. ISSN  0720-048X. PMID  38852330.
11. カール、ベルグレン;セダーストローム、ビョルン。ルンドクヴィスト、マッツ。エリック・フリーデンベルク (2018)。「フォトンカウンティングマルチスリット乳房トモシンセシスの特性評価」。医学物理学。45 (2): 549–560。ビブコード:2018MedPh..45..549B。土井：10.1002/mp.12684。ISSN  2473-4209。PMID  29159881。S2CID 26002936  。
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13. Cederström, Björn; Fredenberg, Erik; Berggren, Karl ; Erhard, Klaus; Danielsson, Mats; Wallis, Matthew (2017-03-09). Flohr, Thomas G.; Lo, Joseph Y.; Gilat Schmidt, Taly (eds.). 「分光光子計数トモシンセシスにおける病変の特徴づけ」. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (Spie) Conference Series . Medical Imaging 2017: Physics of Medical Imaging. 10132. Orlando, Florida, United States: 26– 35. arXiv : 2102.00175 . Bibcode :2017SPIE10132E..05C. doi :10.1117/12.2253966. S2CID  125903314。
14. Simon, Paolo; Gérard, Laurent; Kaiser, Marie-Joëlle; Ribbens, Clio; Rinkin, Charline; Malaise, Olivier; Malaise, Michecl (2016年8月). 「慢性関節リウマチ患者における足部の骨びらんの検出におけるトモシンセシスの活用：X線撮影およびCTとの比較」American Journal of Roentgenology . 205 (2): 364– 370. doi :10.2214/AJR.14.14120. PMID  26204289.
15. X線検査基準と一般的な欠陥分析の実践ガイド（第2版）。2019年、 p.83。ISBN 978-1-5272-3361-4。

外部リンク

• デジタルトモシンセシス：先進的な乳がん画像診断技術、マックス・ヴィードマン（UCSB）