フォトンカウンティング技術を用いた新たな乳がん診断画像の開発

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本研究の目的は、フォトンカウンティング技術を利用した新たな乳がん診断画像の開発である。フォトンカウンティング型X線検出器を用いることで実効原子番号画像（定量的な画像）や高コントラスト画像を生成することができ、乳がんの早期発見・早期治療に大きく貢献できる可能性がある。上記の目標を達成するために、本研究では①解析手法の開発、②独自の画像処理の考案、③臨床評価のステップで解決すべき課題に取り組んでいる。現時点で「①解析手法の開発」が完了している。フォトンカウンティング型X線検出器を用いて実効原子番号を解析するアルゴリズムは以下の通りである。始めに、「任意に」設定された複数のエネルギー帯域ごとに、検出器で光子数が計上される。計上された光子数に対して各種補正（ビームハードニング効果、検出器の応答特性）を行うことで、エネルギー帯域に応じた減弱係数が算出できる。算出された複数の減弱係数を基に指標を作成し、既知のデータベースより求めた「減弱係数指標と実効原子番号の変換テーブル」を用いることで、実効原子番号の推定が可能となる。このアルゴリズムにおいて、実効原子番号を精度よく推定するためには、エネルギー帯域を適切に設定する必要がある。しかし、適切なエネルギー帯域の設定方法は未だ解明されていなかった。申請者は、この問題を解決するために、X線の統計誤差を考慮した適切なエネルギー帯域の解析方法を考案した。手法としては、モンテカルロシミュレーションを用いてポアソンノイズを理論X線スペクトルに乗せ、数十万通りあるエネルギー帯域の設定方法の中から適切なパターンを独自に作成したアルゴリズムで解析することである。結果として、管電圧50～80kVの範囲において、エネルギー帯域を決定するしきい値を29～45keVの範囲で設定することで、実効原子番号を±0.5以下の精度で評価できることが明らかになった。