種類 画像取得方法や手順に基づいて、市場には様々な種類のスキャナが存在する。
連続CT シーケンシャルCT（ステップアンドシュートCTとも呼ばれる）は、CTテーブルが段階的に移動するスキャン方法の一種です。テーブルは特定の位置まで移動して停止し、その後X線管 が回転してスライスを取得します。次にテーブルが再び移動し、別のスライスを取得します。スライスを取得する間、テーブルの移動が停止するため、スキャン時間が長くなります。[ 7 ]
スパイラルCT 胸部のCTスキャン。軸方向断面（右）は、レントゲン写真（左）の2/33セグメントに対応する画像です。 スピニングチューブ（一般にスパイラルCT またはヘリカルCTと呼ばれる）は、スキャン対象領域の中心軸を中心にX線管 全体を回転させる画像診断技術です。これらは製造期間が長く、製造コストと購入コストが低いため、市場で主流のスキャナーとなっています。このタイプのCTの主な制限は、装置（円の反対側にあるX線管アセンブリと検出器アレイ）の大きさと慣性であり、装置の回転速度が制限されます。一部の設計では、時間分解能を向上させる技術として、2つのX線源と検出器アレイを角度をずらして使用しています。[ 8 ] [ 9 ]
電子ビーム断層撮影 電子ビーム断層撮影 （EBT）は、X線管の陰極 と陽極 の間を移動する電子 の経路のみが偏向コイル によって回転するように十分に大きなX線管が構築されたCTの特定の形式です。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
デュアルエネルギーCT デュアルエネルギーCT（スペクトルCTとも呼ばれる）は、2つのエネルギーを使用して2つのデータセットを作成するコンピュータ断層撮影の進歩である。[ 13 ] [ 14 ]
デュアルソースCT は、従来のシングルチューブシステムとは異なり、2つのX線管検出器システムを備えた高度なスキャナーです。[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 17 ] [ 18 ] エネルギー切り替え付きシングルソース は、単一の管球を2つの異なるエネルギーで頻繁に切り替えることで動作するデュアルエネルギーCTの別のモードです。[ 19 ] [ 20 ]
PET CT 胸部のPET-CTスキャン 陽電子放出断層撮影-コンピュータ断層撮影は、陽電子放出断層撮影 （PET）スキャナとX線コンピュータ断層撮影（CT）スキャナを単一のガントリーに組み合わせたハイブリッドCTモダリティであり、同じセッションで両方の装置から連続画像を取得し、それらを単一の重ね合わせ（共登録 ）画像に組み合わせます。したがって、体内の代謝活動または生化学的活動の空間分布を示すPETによって得られる機能画像は 、CTスキャンによって得られる解剖学的画像とより正確に位置合わせまたは相関させることができます。[ 24 ]
PET-CTは検査対象の臓器の解剖学的および機能的な詳細を提供し、さまざまな種類の癌の検出に役立ちます。[ 25 ] [ 26 ]
その他の用途
工業用途 工業用CTスキャン （工業用コンピュータ断層撮影）は、X線装置を使用して部品の外部と内部の両方の3D表現を作成するプロセスです。工業用CTスキャンは、部品の内部検査のために多くの産業分野で使用されています。CTスキャンの主な用途には、欠陥検出、故障解析、計測、アセンブリ解析、画像ベースの有限要素法[ 76 ] [ 77 ]
地質学的利用 X線CTは、地質学的研究において掘削コア内部の物質を迅速に明らかにするために用いられる。[ 85 ] [ 86 ]
古生物学的用途 化石を研究する従来の方法は、薄片の使用や物理的な準備など、破壊的な場合が多い。古生物学では、X線CTを使用して化石を非破壊的に3Dで可視化する。[ 87 ]
文化遺産の利用 X線CTやマイクロCTは 、文化遺産の保存・修復にも利用できます。多くの壊れやすい対象物にとって、直接的な調査や観察は損傷を与え、時間の経過とともに劣化させる可能性があります。CTスキャンを用いることで、保存修復家や研究者は、巻物の層に沿ったインクの位置など、調査対象の物質構成を、損傷を与えることなく特定できます。これらのスキャンは、アンティキティラ島の機械の仕組みや、 エン・ゲディ巻物 の焦げた外層に隠されたテキストに焦点を当てた研究に最適でした。しかし、ヘルクラネウムのパピルスのように、対象物の内部の物質構成にほとんど変化がない遺物もあるため、このような研究の対象となるすべての対象物に最適というわけではありません。これらの対象物をスキャンした後、エン・ゲディ巻物 やヘルクラネウムのパピルス の 仮想的な展開のように、計算手法を用いて対象物の内部を調べることができます。[ 88 ] レターロック （複雑な折り畳みと切断）技術を使用した封印されたままの歴史的な書簡など、より新しい遺物の分析にも役立つことが証明されています。[ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]
最近、アムステルダムのCWIは、IntACTと呼ばれる枠組みの中で美術品の内部の詳細を調査するために、アムステルダム国立美術館と協力しました。[ 92 ]
微生物研究 様々な種類の菌類は木材を異なる程度に劣化させる可能性があり、ベルギーのある研究グループはサブミクロン解像度の3次元X線CTを使用して、特定の条件下では菌類が0.6μmの微細孔に侵入できることを明らかにした[ 93 ]
木材製材所 製材所では、木材生産の全体的な価値を高めるために、節などの丸い欠陥を検出するために工業用CTスキャナーを使用しています。ほとんどの製材所は、長期的に生産性を向上させるためにこの強力な検出ツールを導入することを計画していますが、初期投資コストは高額です。[ 94 ]
結果の解釈
プレゼンテーション CTスキャンの表示形式：−平均強度投影−最大強度投影 −薄切（正中面 ）−放射線密度 の高低閾値によるボリュームレンダリング CTスキャンの結果はボクセル のボリュームであり、これは様々な方法で人間の観察者に提示されるが、それらは大まかに以下のカテゴリに分類される。
技術的には、すべてのボリュームレンダリングは2次元ディスプレイ で表示すると投影になるため、投影とボリュームレンダリングの区別はやや曖昧です。ボリュームレンダリングモデルの典型は、例えば着色と陰影の組み合わせによって、リアルで観察可能な表現を作り出します。[ 99 ] [ 100 ]
2次元CT画像は、患者の足元から見上げるような視点でレンダリングされるのが一般的である。[ 101 ] [ 102 ]
グレースケール CT スキャンで取得した画像のピクセルは、相対 放射線密度 で表示されます。ピクセル自体は、ハウンズフィールド スケール で +3,071 (最も減衰が大きい) から -1,024 (最も減衰が小さい) までのスケールで、対応する組織の平均減衰 に応じて表示されます。ピクセルは、マトリックス サイズと視野に基づく 2 次元の単位です。CT スライスの厚さも考慮に入れると、単位はボクセル として知られ、これは 3 次元の単位です。[ 103 ] ハウンズフィールド 単位 (HU) ですが、空気は -1,000 HU、海綿骨は通常 +400 HU、頭蓋骨は 2,000 HU に達することがあります。[ 104 ] [ 105 ]
ウィンドウ処理 CTデータセットは非常に広いダイナミックレンジ を持つため、表示または印刷するにはこれを縮小する必要があります。これは通常、「ウィンドウ処理」と呼ばれるプロセスによって行われ、ピクセル値の範囲（「ウィンドウ」）をグレースケールランプにマッピングします。たとえば、脳のCT画像は、0 HUから80 HUまでのウィンドウで表示されるのが一般的です。0以下のピクセル値は黒で表示され、80以上の値は白で表示されます。ウィンドウ内の値は、ウィンドウ内の位置に比例したグレーの強度で表示されます。[ 106 ] [ 107 ] [ 108 ]
多平面再構成と投影 診断ソフトウェアの典型的な画面レイアウト。ボリュームレンダリング（VR）画像1つと、軸方向 （右上）、矢状方向 （左下）、冠状方向 （右下）の3つの薄切断面を示す多平面図が表示されている。特殊な断面像は、脊柱の神経孔を可視化するのに役立つ場合があり、例えばこの斜め縦断面像は、2つのレベルで狭窄が見られ、神経根症を 引き起こしていることを示しています。小さな画像は軸方向断面像です。 多平面再構成（MPR）は、1つの解剖学的平面 （通常は横断面 ）のデータを他の平面に変換するプロセスです。薄いスライスだけでなく投影にも使用できます。現在のCTスキャナはほぼ等方性の 解像度を提供するため、多平面再構成が可能です。[ 109 ]
MPRはほぼすべてのスキャンで使用されています。脊椎は頻繁にMPRで検査されます。[ 110 ] [ 111 ]
新しいソフトウェアでは、直交しない（斜めの）平面でデータを再構成できるため、直交平面上にない臓器の可視化に役立ちます。[ 112 ] [ 113 ] [ 114 ]
湾曲平面再構成（または湾曲平面再構成＝CPR）は、主に血管の評価のために行われます。このタイプの再構成は、血管の曲がりをまっすぐにするのに役立ち、それによって単一の画像または複数の画像で血管全体を視覚化するのに役立ちます。血管が「まっすぐ」になった後、断面積や長さなどの測定を行うことができます。これは、手術手順の術前評価に役立ちます。[ 115 ]
放射線治療 における品質保証および外部照射放射線治療 の計画に使用される2D投影（デジタル再構成されたX線画像を含む）については、「ビームの視点」を 参照してください。
コンピュータ断層撮影データから作成した3Dヒト頭蓋骨 放射線密度の閾値はオペレーターによって設定されます（たとえば、骨に対応するレベル）。エッジ検出 画像処理アルゴリズムを使用すると、初期データから 3D モデルを構築して画面に表示できます。さまざまな閾値を使用して複数のモデルを取得でき、筋肉、骨、軟骨などの各解剖学的構成要素は、それぞれに与えられた異なる色に基づいて区別できます。ただし、この操作モードでは内部構造を表示することはできません。[ 117 ]
表面レンダリングは、特定の閾値密度を満たし、かつビューア側にある表面のみを表示するため、限定的な手法です。しかし、ボリュームレンダリングでは、透明度、色、陰影 が使用されるため、ボリュームを単一の画像で簡単に表現できます。たとえば、骨盤を半透明で表示することで、斜めから見ても画像の一部が他の部分を隠してしまうことがなくなります。[ 118 ]
画質 胸部の低線量CTスキャン 胸部の標準線量CTスキャン
遺物 Although images produced by CT are generally faithful representations of the scanned volume, the technique is susceptible to a number of artifacts , such as the following:[ 125] [ 126] Chapters 3 and 5
Streak artifact Streaks are often seen around materials that block most X-rays, such as metal or bone. Numerous factors contribute to these streaks: under sampling, photon starvation, motion, beam hardening, and Compton scatter . This type of artifact commonly occurs in the posterior fossa of the brain, or if there are metal implants. The streaks can be reduced using newer reconstruction techniques.[ 127] [ 128] [ 129] photons of different energy levels, and then synthesized into monochromatic images with special software such as GSI (Gemstone Spectral Imaging).[ 130] Partial volume effect This appears as "blurring" of edges. It is due to the scanner being unable to differentiate between a small amount of high-density material (e.g., bone) and a larger amount of lower density (e.g., cartilage).[ 131] anisotropic voxels, which have a much lower out-of-plane resolution, than in-plane resolution. This can be partially overcome by scanning using thinner slices, or an isotropic acquisition on a modern scanner.[ 132] Ring artifact Probably the most common mechanical artifact, the image of one or many "rings" appears within an image. They are usually caused by the variations in the response from individual elements in a two dimensional X-ray detector due to defect or miscalibration.[ 133] [ 134] [ 133] [ 135] Noise これは画像にノイズとして現れ、信号対雑音比が低いことが原因です。これは、スライス厚が薄い場合によく発生します。また、X線管に供給される電力が解剖学的構造を透過するのに不十分な場合にも発生する可能性があります。[ 136 ] 風車 検出器が再構成面と交差すると、筋状の外観が生じることがあります。これは、フィルターを使用したり、ピッチを小さくしたりすることで軽減できます。[ 137 ] [ 138 ] ビーム硬化 グレースケールを高さとして視覚化すると、「カップ状の外観」になることがあります。これは、X線管などの従来の光源が多色スペクトルを放出するためです。光子エネルギー レベルが高い光子は、通常減衰が少なくなります。そのため、スペクトルの平均エネルギーは物体を通過する際に増加し、しばしば「硬くなる」と表現されます。補正しないと、この効果により材料の厚さが過小評価されるようになります。このアーティファクトを補正するためのアルゴリズムは多数存在します。これらは、単一材料法と複数材料法に分類できます。[ 127 ] [ 139 ] [ 140 ]
副作用
癌 CT スキャンで使用される放射線は、 DNA 分子 を含む体細胞を損傷し、放射線誘発性癌 を引き起こす可能性があります。[ 149 ] [ 150 ] [ 151 ] バックグラウンド放射線 の 3 年間に相当します。[ 152 ]
大規模な集団ベースの研究では、CT スキャンによる低線量放射線がさまざまな癌の発生率に影響を与えることが一貫して実証されています。[ 153 ] [ 154 ] [ 155 ] [ 156 ] [ 157 ] [ 150 ] は、このコホートにおける CT スキャン被曝後の癌発生率の増加は、主に放射線によるものであると報告されています。このグループでは、1,800 回に 1 回の割合で、過剰な癌が発生しました。生涯に癌を発症するリスクが 40% である場合、CT 後に絶対リスクは 40.05% に上昇します。 CTスキャン放射線のリスクは、1～5年の短い期間内に繰り返しCTスキャンを受ける患者にとって特に重要である。[ 158 ] [ 159 ] [ 160 ]
専門家の中には、CT スキャンは「過剰に使用されている」ことが知られており、「現在の高いスキャン率に関連するより良い健康転帰の証拠は憂慮すべきほど少ない」と指摘する人もいます。[ 150 ] 累積線量が 高い患者のデータを分析した最近の論文では、適切な使用の程度が高いことが示されています。[ 161 ] [ 159 ]
反対意見もあり、議論は続いている。いくつかの研究では、通常の体幹CTスキャンの線量による癌のリスク増加を示す出版物には深刻な方法論上の限界と非常にありそうもない結果がいくつかあることが示されており、[ 162 ] [ 163 ] [ 164 ] [ 165 ] [ 149 ] [ 166 ] [ 167 ]
年齢は、その後の癌のリスクに大きく影響します。[ 168 ] [ 168 ] で の癌 率 が0.03%から0.04%に増加すると推定しています（参考までに、CT肺血管造影では胎児は4 mGyに被ばくします ）。[ 169 ] [ 170 ] [ 171 ] [ 149 ]
現在の推奨事項は、CTスキャンのリスクを患者に知らせることである。[ 172 ] [ 173 ]
対照反応 米国では、CT スキャンの半分は、静脈注射された放射線造影剤を使用した 造影 CT です。[ 174 ] [ 175 ] 全体的な反応は、非イオン性造影剤 では 1 ～ 3% 、イオン性造影剤 では 4 ～ 12% の人に発生します。[ 176 ] [ 175 ]
従来の造影剤では1%の症例で アナフィラキシーが 引き起こされたのに対し、新しい低浸透圧造影剤では0.01～0.04%の症例で反応が引き起こされる。[ 175 ] [ 177 ] [ 176 ] [ 178 ] 急性腎障害 が原因となる。[ 174 ]
造影剤は造影剤誘発性腎症 を引き起こす可能性があります。[ 179 ] 腎不全 、[ 179 ] 糖尿病 、または血管内容量の減少がある人ではリスクが高くなります。軽度の腎機能障害のある人は、通常、注射の前後数時間にわたって十分な水分補給を確保するように勧められます。中等度の腎不全の場合、ヨード造影剤 の使用は避けるべきです。これは、CT の代わりに別の技術を使用することを意味します。透析 を必要とする重度の腎不全 の人は、腎臓の機能がほとんど残っていないため、それ以上の損傷は目立たず、透析によって造影剤が除去されるため、それほど厳重な予防措置は必要ありません。ただし、造影剤の副作用を最小限に抑えるために、造影剤投与後できるだけ早く透析を手配することが通常推奨されます。
静脈内造影剤の使用に加えて、腹部検査では経口投与造影剤が頻繁に使用される。[ 180 ] 硫酸バリウム 懸濁液などがある。希釈硫酸バリウムには、アレルギー様反応や腎不全を引き起こさないという利点があるが、腸穿孔や腸損傷が疑われる患者には使用できない。損傷した腸からの硫酸バリウムの漏出は致命的な腹膜炎 を引き起こす可能性があるためである。[ 181 ]
CTスキャンで静脈内 投与される造影剤 の副作用は、腎疾患 患者の腎 機能を損なう可能性があるが、このリスクは以前考えられていたよりも低いと考えられている。[ 182 ] [ 179 ]
スキャン線量 表には平均放射線被ばく量が示されていますが、類似のスキャンタイプ間でも放射線量には大きなばらつきがあり、最高線量は最低線量の22倍にもなることがあります。[ 168 ] が、一般的なCTでは特定の臓器で10～20mGy、特殊なCTスキャンでは 最大80mGyに達することがあります。 [ 185 ]
比較のために、自然発生的なバックグラウンド放射線 源からの世界の平均線量率は年間2.4 mSv であり、この用途では実質的に年間 2.4 mGy に相当します。[ 183 ] [ 187 ] [ 168 ] [ 169 ] [ 168 ] [ 168 ]
鉛は 、放射線技師が散乱X線から身を守る ために使用する主要な材料である。
放射線量単位 グレイまたはミリグレイ 単位で報告される放射線量は、照射された身体部位が吸収すると予想されるエネルギー量に比例し、X線放射線による細胞の化学結合への物理的影響（DNA二本鎖切断 など）はそのエネルギーに比例します。[ 188 ]
実効線量 の報告にはシーベルト単位が使用されます。CTスキャン の文脈では、シーベルト単位は、スキャンされた身体部位が実際に吸収する放射線量ではなく、別のシナリオの別の放射線量に対応します。全身が別の放射線量を吸収し、その別の放射線量はCTスキャンと同じ確率で癌を誘発すると推定される大きさです。[ 189 ] コンピュータ断層撮影線量指数 （CTDI）と呼ばれる特定の尺度は、スキャン領域内の組織の放射線吸収線量の推定値として一般的に使用され、医療用CTスキャナによって自動的に計算されます。[ 190 ]
等価線量は 、全身が実際に同じ放射線量を吸収する場合の有効線量であり、その報告にはシーベルト単位が使用されます。CT検査でよく見られるように、放射線が不均一な場合、または体の一部にのみ放射線が照射される場合、局所等価線量のみを使用すると、生物全体に対する生物学的リスクを過大評価することになります。[ 191 ] [ 192 ] [ 193 ]
手順 頭部CTスキャン検査中に、操作コンソールに座っている放射線技師。背景には検査台に横たわる患者が写っている。 CT スキャン手順は、検査の種類と画像化される臓器によって異なります。[ 200 ] [ 201 ] [ 200 ] [ 202 ] [ 201 ] [ 203 ] [ 204 ]
機構 内部部品が見えるようにカバーを取り外したCTスキャナー。凡例： T：X線管、 D：X線検出器、 X：X線ビーム、 R：ガントリー回転 左の画像は、 CTスキャンから得られた生データをグラフィックで表現したシノグラム です。右は、生データから派生した画像サンプルです。[ 206 ] コンピュータ断層撮影は、被写体の周りを回転するX線発生器 を使用して動作します。X線検出器は、 X線源から円の反対側に配置されます。[ 207 ] [ 208 ] [ 209 ] スキャンデータが取得されると、断層再構成 の一種を使用してデータを処理する必要があり、これにより一連の断面画像が生成されます。[ 210 ] [ 211 ]
CTスキャンで取得した画像のピクセルは、相対 放射線密度 で表示されます。ピクセル自体は、ハウンズフィールドスケール で+3,071（最も減衰が大きい）から-1,024（最も減衰が小さい）までのスケールで、対応する組織の平均減衰 に応じて表示されます。ピクセル は、マトリックスサイズと視野に基づく2次元単位です。CTスライスの厚さも考慮に入れると、単位はボクセル と呼ばれ、3次元単位になります。[ 211 ]
水の減衰は 0ハウンズフィールド単位 (HU) であり、空気は -1,000 HU、海綿骨は通常 +400 HU、頭蓋骨は 2,000 HU 以上 (側頭骨) に達し、アーチファクトを 引き起こす可能性があります。金属インプラントの減衰は、使用されている元素の原子番号に依存します。チタンは通常 +1000 HU であり、鉄鋼は X 線を完全に消散させることができ、そのため、コンピュータ断層撮影画像でよく知られている線状アーチファクトの原因となります。アーチファクトは、低密度物質と高密度物質の間の急激な遷移によって発生し、その結果、処理電子機器のダイナミック レンジを超えるデータ値が生じます。2 次元 CT 画像は、通常、患者の足元から見上げるようなビューになるようにレンダリングされます。[ 101 ]
当初、CTスキャンで生成される画像は、体の長軸に垂直な横断 （軸方向）解剖学的平面でした。最新のスキャナーでは、スキャンデータを他の 平面 の画像として再フォーマットできます。デジタルジオメトリ処理により、 固定軸を中心に回転さ せて撮影した一連の2次元放射線 画像から、体内の物体の3次元 画像を生成できます。[ 125 ] 診断 と治療 に広く使用されています。[ 212 ]
対比 単純X線撮影で使用される 造影剤は、 放射線造影剤 と呼ばれます。CT用の放射線造影剤は、一般的にヨウ素系です。[ 213 ] [ 214 ]
社会と文化
有病率 2007年に米国で推定7200万件のスキャンが実施され、 [ 30 ] [ 233 ] [ 169 ] [ 168 ] [ 168 ] 救急医 によって1.8%から25%まで大きく異なりました。[ 234 ] 負傷 で来院した人の15%にCTまたはMRI画像検査が実施されている（1998年の6%から増加）。 [ 235 ]
CT スキャンの使用増加は、成人のスクリーニング (喫煙者の肺のスクリーニング CT、仮想大腸内視鏡検査、CT 心臓スクリーニング、無症状患者の全身 CT) と小児の CT 画像診断の 2 つの分野で最も顕著です。スキャン時間を約 1 秒に短縮し、被験者がじっとしている必要や鎮静剤を投与する必要性を厳密に排除したことが、小児人口 (特に虫垂炎の診断) での使用が大幅に増加した主な理由の 1 つです。[ 149 ] [ 171 ] [ 169 ] [ 171 ] 例えば、健康な人の中には、スクリーニング として全身 CT スキャンを受けるためにお金を払う人もいます。その場合、利益がリスクやコストを上回るかどうかは全く明らかではありません。偶発的に発見された腫瘍を 治療するかどうか、またどのように治療するかを決定するのは複雑であり、放射線被曝は無視できないものであり、スキャンにかかる費用には機会費用 が伴います。[ 171 ]
製造業者 CTスキャン装置および機器の主要メーカーは次のとおりです。[ 236 ]
研究 光子計数CT は現在開発中のCT技術です。一般的なCTスキャナはエネルギー積分検出器を使用し、光子は検出されたX線に比例するコンデンサの電圧として測定されます。しかし、この技術はノイズやその他の要因の影響を受けやすく、電圧とX線強度の関係の線形性に影響を与える可能性があります。[ 237 ] [ 238 ] [ 239 ] [ 240 ] [ 241 ] シーベルト （文献ではサブmSv）レベルまで低減するスキャン技術と手法の開発が推進されており、これは長らく目標とされてきました。[ 242 ] [ 159 ] [ 160 ] [ 161 ]
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