誰でもわかる CT 画像の評価

名古屋大学医学部保健学科放射線技術科学専攻市川勝弘

第 9回マルチスライスＣＴセミナー　 2005.10.15

報告　　　 X 線コンピュータ断層撮影装置の性能評価に関する基準 ( 第二次勧告 )

班名　　　医学放射線学会　 CT 性能評価委員会

掲載　　　日本医師会雑誌 , 88(8), 759‐771(1989)

報告　　　 X 線 CT 装置性能評価に関する基準（案）

班名　　　日本放射線技術学会 X 線 CT 装置性能評価検討班

掲載　　　日放技学誌， 47(1) ， 56-63 (1991)

報告　　　ラセン CT の物理的な画像特性の評価と測定法に関する報告

班名　　　日本放射線技術学会 ラセン CT 性能評価班

掲載　　　日放技学誌， 53(11) ， 1714-1732 (1997)

CT の性能（画質）評価に関する勧告，報告

American Association of Physicists in Medicine. Report no. 1Phantoms for performance evaluation and quality assurance of CT scanners （ 1977 ）

・コントラストスケール・空間分解能　　＊スライス面の空間分解能　　＊体軸方向の空間分解能（スライス厚）

・コントラスト分解能　　＊高コントラスト分解能　　＊低コントラスト分解能

・ノイズ・均一性

　 etc

となっているが，整理すると．．．．．

CT の性能評価項目

・コントラストスケール・空間分解能　　＊高コントラスト分解能　　＊スライス面の空間分解能（ MTF ）

・ノイズ　　＊ SD （標準偏差）の測定　　＊低コントラスト分解能　　＊ウィナースペクトル　

体軸方向の空間分解能　　＊スライス感度分布・均一性　 etc

とした方が，わかりやすいのではないか。

CT の性能評価項目

コントラストスケール

200mm

水 水

空気

CS ＝CT 水ー CT 空気

μ 水－ μ 空気 (0) μ 水＝ 0.195

CT 値単位あたりの吸収係数を求める。しかし，最近の CT は，水 0 ，空気 -1000 にほぼなっている。ので差がない。

空間分解能（スライス面）

高コントラスト分解能

高コントラストな物体に対する分解能

ノイズの影響がない場合の分解能＝解像度

よって

用途　　・装置の限界の解像度を見る。　　　この CT は，どこまで小さいものが見えるのか。　　・再構成関数の特性を見る。　　　この関数は，どの程度見えるものか。

高コントラスト分解能測定ファントム

アクリル円筒

エアーホール0.3mm ～ 2mm

非常に高コントラストな孔がが何ミリまですべて独立して見えるか。

アクリル CT 値＝約 150空気 CT 値＝ -1000CT 値差： 1150

ノイズの影響がない場合の分解能＝解像度

そんな状態があるの？実現できるの？

高コントラストならそういう状態なの？

シミュレーションプログラムで確認しましょう。

腹部標準関数 高分解能関数

ウィンドウ幅を最小（ 1or2 ）にしてウィンドウレベルを変化させ，すべての孔が独立して見えた最小の径を分解能とする。

実際に表示して，評価してみる

もう一つのスライス面空間分解能測定法

ワイヤー法による MTF 測定

Z 方向

ワイヤーファントム

ワイヤーから PSF （ point spread function ）を得て，それからMTF （ modulation transfer function)を測定する。計算が複雑。

金属ワイヤ0.1mmφ

空間分解能（スライス面）

プロファイル

仮想スリット ＰＳＦ

Spatial frequency (cycles/mm)

0.2 0.4 0.6 0.8 1.00

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Mod

ulat

ion

trans

fer f

acto

r

Standard

Bone

周波数スケールの（簡易的）見方

1 cycles/mm 　

1mm

0.5mm

MTF 値は， 0.5mm のものの見え方

0.5 cycles/mm 　

2mm

1mm

MTF 値は， 1mm のものの見え方

MTF のグラフ

横軸は空間周波数縦軸はレスポンス

ワイヤーファントム

正確な MTF 測定が可能しかし、計算が複雑

Z 方向

金属ワイヤ0.1mmφ

ワイヤーファントムによる MTF 測定

ワイヤーは空気中に固定する場合，機種によっては測定不可

水

0.1mmφ銅ワイヤ（ 0.1 ～ 0.2mmぐらいでよい）

直径 50mm 程度の樹脂製シリンジ

活栓

シリンジワイヤーファントム

画像は必ず FOV50mm程度に拡大再構成する

ワイヤー画像からの MTF 測定の実演

プログラムは，やっと更新された「ｃｔｐｓｆ」http://www.owari.ne.jp/~kitikawa/

Dicom または Dicom2メニューから画像を読み込んだらワイヤー中心をクリック

まず， DICOM 画像を取得する。　　＊装置から直接 ＊ DICOMビュアーから 　 ＊ 3 次元WS から（エクスポート機能）

Dicom または Dicom2メニューの profile をクリックDirection は， MTF を求める方向。VANはデフォルトで OKプロファイルが表示されたら Preparationをクリック

画面をクリックするとクリックした高さに赤いベースラインが移動する。裾野のレベルと思われると位置にしたら， MTFメニューの Set-Base

MTFメニューの Lpos-set をクリックして左側の裾野の強制ゼロ化位置をクリック。そこより左が強制ゼロ化される。MTFメニューの Rpos-set で右も同様に。

MTFメニューの MTFcalc. で，計算。FOV，グラフの X 軸の full scale を入力Save-MTF で，保存。Compare-MTF で，複数の比較が可。

MTFメニューの Save to Clipbdで，結果がクリップボードに入るので，Excelに貼り付けられる。

ワイヤー法での注意点

・ FOVは 50mm 程度に拡大する　　　－＞その画像における解像ではなく，ローデータ　　　　　　と再構成関数による解像度をみるため．

・極力コントラストを高くして，精度を確保　　　－＞オーバーフローに注意．

・完全な中心にはしない　－＞　 20 ～ 30mm offset する

・エリアシング誤差は基本的にない．　　　－＞回転しながらのデータ収集のため，検出器　　　　　　にいろんなアライメントで投影される．（ディジタル画像だが，ディジタルを意識せずに評価可能）

ＭＴＦと高コンファントム画像の関係

0

1.0

1.0 0

1.0

1.0 0

1.0

1.0

0.5mm 0.5mm 0.5mm

高コンファントムは， MTF が 10％となるところがわかる。

シミュレーションで確認します

MTF 測定への影響因子

・ノイズはほとんど関係しない。　　　（ファントムサイズに見合った線量（電流））・電圧は，ほぼ関係しない。・ビュー数も，ほとんど影響しない。

・再構成関数は大きく影響する。・焦点サイズも影響する。・周辺部では，回転速度が影響する。・ QQオフセットやフライングフォーカスも影響する。

AB20AB30AB35AB40

SOMATOM VZ の測定結果

番号順になっているとは限らなかった。よってＭＴＦ測定が有用であった。

AB30AB35

Ｑ：どちらが高解像度でしょうか？

A. 10％ラインを引いて，交点の周波数が高い方が高解像度

Center 90mm off-center

中心と周辺の解像度の比較

解像度の位置依存性

良い

悪い

悪い

悪い悪い

悪い 悪い

悪い悪い

周辺部は幾何学的条件などが厳しく解像度が低下する

Spatial frequency (cycles/mm)0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.75sec

0.5sec

Mod

ulat

ion

trans

fer f

acto

r

回転速度による周辺部の MTF の変化

ノイズの評価

低コントラストな物体に対する分解能

ノイズの影響を見る＝ノイズが多いか少ないかを見る

よって

用途　　・装置のノイズ特性（感度）を見る。　　・再構成関数の影響を見る。

低コントラスト分解能

円柱2 ～ 20mmφ周囲との CT 値差 10

Z 方向

低コントラスト分解能測定ファントム

CT 値差 10 の低コントラストな物体が直径何ミリまで見えるか。

ＳＤ（ CT 値の標準偏差）＝ 7 ～ 10

腹部ＣＴ画像（スライス厚＝ 5mm ）

検出する対象の CT 値差＝ 10以上

一般的には．．．．

2 3 5 7

510

20

CT 値差

径ＳＤ＝３

ＳＤ＝ 5 ＳＤ＝ 8 ＳＤ＝ 10

ファントム（シミュレーション）による比較

実用レベルのノイズでは， 5mm以下の検出は難しいＣＴ値差 10以下の検出も難しい

ＳＤ＝ 8 ＳＤ＝ 4.5

線量増加によるノイズ低減効果

ＳＤ＝ 6.5

200mA 300mA 500mA

2 ～ 3倍の線量の増加でやや改善される

あまり効果なし やや効果あり

ノイズ評価のもう一つの方法

ウィナースペクトル測定

複数測定後、平均処理

ノイズの評価法（ウィナースペクトルにる評価）

ノイズプロファイルを得る

フーリエ変換

ウィナースペクトル

Winer Spectrum の測定仮想スリット（ピクセル値平均）

走査

中心の 256X256内を複数測定後、平均

ノイズは、約 1cycles/mm までに分布∴0.5mm以下のピクセルサイズが必要。 0.5mmX512=256mmであるので、 FOVは 256mm以下にするのが望ましい。

200mmφ水ファントム

ウィナースペクトルにる評価

空間周波数とノイズ成分の関係がわかる

Dicom または Dicom2メニューから画像を読み込んだらFOVなどを入力。VANは仮想スリットのピクセル数Clip for excelでエクセルにクリップボード経由でデータを渡せる。

複数計算させたら，再描画をクリックして何番まで表示するか決めて複数比較表示可。

CTWS の使い方

わからない所はデフォルトのままでOK

心臓再構成のWS 測定結果

心電同期により限られたデータしか使わないためにノイズ特性は，悪い。

心臓用

腹部

SD 値によるノイズの測定

円柱状の水ファントムをスキャンして，中心および周辺 4箇所の CT 値のばらつき（標準偏差 S.D. ）を測定する。

矩形 ROI （ region of interest ）15ｘ 15 ピクセル程度

水ファントムの画像水ファントム（ 200mmφ ）

スライス厚（スライス感度分布）の測定

プロファイルこの半値幅を測る

60°Z 方向

アルミ板

Z 方向

横から見ると

アルミ板

スライス厚

Wスライス厚 T

T=W／√ 3

アルミ傾斜板によるスライス厚測定

ヘリカル CT以降はほとんど使われない。

鉛ビーズファントム

アクリル円柱

鉛ビーズ（又は、それ以上の吸収値の物質）直径 0.1mm ～ 0.5mm直径はビーム幅の 1/20 ～ 1/10 が望ましい。1/10 の場合で、５％程度の誤差となる。

5cm

ビーズ法によるスライス厚の測定

ビーズ法によるスライス厚（スライス感度）測定ファントム

（製作協力：旭計測）

支持台は、コンベンショナルのＳＳＰ測定用に微動機構付（ 0.05mm 間隔で微動可能）

鉛ビーズファントムをスキャン

画像再構成再構成間隔：ビーム幅の 1/10 ～ 1/20FOV ： 30 ～ 50mm

ビーズの像の周りに ROI を設定し、ROI内平均 CT 値を測定

0.0

0.5

1.0

0 5 10 15 20体軸方向位置 (mm)

相対

値

横軸に寝台位置、縦軸に CT 値の相対値をプロット

Z 方向

SSP 解析プログラム「 SSPANA 」（ http://www.owari.ne.jp/~kitikawa ）メモ帳などのテキストエディタに画像の Z 位置間隔に続いてビーズの CT 値を入力する。データ部分を選択してクリップボードにコピー。 SSPANAのファイルメニューの Get-clip でデータを取得します。

ファイルメニューの Correct で SSP の乱れを修正可。各節点の付近をクリックするとその位置にその節点が修正される。ファイルメニューの Set-base で，ベースラインが確定される。

・テーブルをクリック。 Move の値の入力はそのまま OKする。　 Z-step for clip は，そのまま OK。・ FFT をクリックして， Full freq. は，周波数のフルスケール。　 5mm なら 0.5 程度， 1mm なら， 1.5 程度を，指定する。　 Color は，カーブの番号となるので，比較したいときは　順次増やしていく。 Recon int. は無視でよい。

・再描画で，複数計算させたものを同時に表示化です。・ BANDwi は，バンド幅（ band width）という値を計算させます。　代表値を計算して，数値での比較ができます。

ファイルメニュー

SaveSSP は，修正した SSP を保存。LoadSSP は，その呼び出しCompareSSP は，複数呼び出して比較。SaveMTF は，計算させた MTF の保存。LoadMTF はその呼び出し。他は，無視しておいてください。

画質評価をする上での注意点

・画質を数値などで表して，そこで終わってはいけない。

必ずその結果が実際の画像の見た目と合っているかをチェックすること。これはホント大事です！

・データどりは，気合をいれて正確に！

良いデータは，良い結果を生む。

・実験は，プロスペクティブに（計画的に）

計画性のない（レトロスペクティブな）実験は労多くして，結果少ない。

ご清聴ありがとうございました。