血管撮影領域での画質と被曝 - 東北ディジタル医用 …tdmi.sakura.ne.jp/endai/2010tokubetsukouen.pdfKoenig TR,et al. : Skin injuries from fluoroscopically guided

Yamanashi Univ.Hosp.

2010.6.5　第13回東北ディジタル医用画像研究会　

血管撮影領域での画質と被曝

山梨大学医学部附属病院　　　　放射線部　坂本　肇


血管撮影での臨床の場において　　　　放射線技師に求められるもの

患者さんに役立つこと

血管撮影で医師が放射線技師に求めるもの

きれいな画像診断価値の高い画像


医療被曝

線量限度なし放射線障害の出現（皮膚障害）

Ablation 　6.5 months after PCI 　21 months afterKoenig TR,et al. : Skin injuries from fluoroscopically guided procedures : Part 1,Characteistics of radiation injury. AJR 177 : 3-11 , (2001)

（診療行為を制限しないため）

IVRにおける放射線皮膚障害の事例


血管撮影領域における最適化

目的としたIVRを的確に施行し、患者さん

の被曝線量を可能な限り少なくすること

的確に施行

手技中のX線透視

　　　　撮影画質の確保

適切（最適）な入射X線量の調整

医療被曝防護

画質線量（被曝）


血管造影領域での画質と線量

デジタル画質　　　線量

根拠に基づいた画質と線量の決定

線量増加

画質向上線量低減

バランス画質低下


本日のメニュー

１．線量の種類と確認

２．血管造影領域での画質と線量

３．血管造影領域での被曝線量



血管造影室で必要な線量測定の種類

患者線量　臓器線量　入射皮膚線量　入射線量　入射表面線量　実効線量　等価線量

従事者線量　　実効線量　　等価線量　　空中線量　　

環境線量　　管理区域　　遮へい物　　

　QC,QAの線量　IEC、JIS　始業点検

画質評価線量　ディテクタへの　　入射線量　被写体への　　入射線量

血管造影領域における線量の種類


線量の種類と名称

入射皮膚線量 (Gy)Entrance skin dose(ESD)

入射線量 ( C/kg )Incident Exposure

Entrance Surface Exposure入射表面線量 ( C/kg )

X-Ray Tube

FPD

照射線量 ( C/kg )Exposure


X線の透過と画像

X線スペクトル

X-Ray Tube

Chamber

Couch

I.I.

20cm

Grid

●

●

●

●

入射線量

出射線量

I.I入射線量

500

5

1








画質の評価

1．コントラスト ( Contrast )2．鮮鋭度 ( Sharpness )3．雑音 ( Noise )4. 信号対雑音比 ( Signal -to-Noise Ratio )5. 検出量子効率 ( Detective Quantum Efficiency )6. ROC ( Receiver Operating Characteristic )


画質X線管フィルタ管電圧リップル

mAs

画像受像器システム感度

エネルギー依存性雑音DQE

デジタル化（マトリックス、ビット）

画像

照射線量

装置天板

グリッド配置

（拡大率）

患者厚さ体型臓器造影剤


0 1 2 3 4 50.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Spatial Frequency at I.I. Input Plane(cycles/mm)

Mod

ulat

ion

Tran

sfer

Fac

tor

Cine Film

7-inch I.I. mode

Pick-up Tube

CCD

I.I.-TV系の解像度特性

M T F

山形大学病院　江口陽一先生より提供


0.1 1 1010-6

10-5

10-4

10-3

Wie

ner S

pect

ral V

alue

(mm

2 )

Spatial Frequency at I.I. Input Plane(cycles/mm)

7-inch I.I. mode

5.16nC/kg/Frame

Cine Film

Pick-up Tube

CCD

I.I.-TV系のノイズ特性

W S

山形大学病院　江口陽一先生より提供


画質と入射線量

phantom20cm

X-Ray Tube

測定方法

FPD

100cm

Incident Exposure

FPD入射線量変化

25.8nC/kg (100μR)(0.22nGy)

51.6nC/kg (200μR)(0.45nGy)

77.4nC/kg (300μR)(0.67nGy)

103.2nC/kg (400μR)(0.90nGy)

DSA DA

Al 1mm

Tube Voltage80kV 0.2mmCu

64×64

SNR=S/SDS:信号のピクセル値SD:標準偏差値


0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

103.277.451.6 25.8nC/kg

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

103.277.451.6 25.8nC/kg

FPD入射線量変化入射線量とSNR SNR=S/SDS:信号のピクセル値SD:標準偏差値

Al Thickness (mm)Al Thickness (mm)

S N

R

S N

R

DSA D A


0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

入射線量とSNRFPD入射線量変化

11.21.41.61.8

22.22.42.6

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

SNR=S/SD

Pixe

l va

lue

Al Thickness (mm) Incident exposure to FPD ( C/kg/F)S

Dva

lue

Signal S D

全ての線量で信号値が等しい

DSA


●　10cm●　　18cm●　　24cm

Phantom Thickness

Iodine Dilution 3 times

0

5

10

15

20

25

30

0 100 200 300 400 500 600I.I. Entrance Dose ( μR )

Con

tras

t (

% )

ContrastDSA画質と撮影条件I.I.画質と線量


入射線量とSNR


画質と線質

phantom20cm

X-Ray Tube

測定方法

FPD

100cm

管電圧変化と画質

25.8nC/kg (100μR)

Tube Voltage

60～120kV

Chamber

60kV 80kV 100kV 120kV

0.2mmCu


管電圧とSNR

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

120kV110kV100kV90kV80kV70kV60kV

Al Thickness (mm)

S

N

RDSA

Tube Voltage

画質と線質


管電圧とSNR

SNR=S/SD

2.5

2.7

2.9

3.1

3.3

3.5

50 60 70 80 90 100 110 120 130

Al Thickness (mm)S

Dva

lue

Signal S D

020406080

100120140160

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11


Pixe

l va

lue

Tube Voltage ( kV )

画質と線質

FPD入射線量＝強度×量


臨床画像とSNRCeliac A

S2

S6A6

3619.4

13.0

画質と線質


管電圧とSNR

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Al Thickness (mm)

SN

R

19.4

13.0

80kV

画質と線質


管電圧と入射線量

0

.5

1

1.5

2

2.5

50 60 70 80 90 100 110 120 130Tube Voltage ( kV )

Dos

e R

atio

線質と入射線量

100cm

phantom20cm

X-Ray Tube

FPD

Chamber

25.8nC/kg (100μR)

入射表面線量＝強度×量


管電圧・SNRと入射表面線量

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11


Al Thickness (mm)

S

N

RDSA

1.0

2.36

1.45

0.750.53

0.2mmCu


Entrance Surface Exposure Ratio

Added Filter


付加フィルタ

.2

.4

.6

.8

1

0 .1 .2 .3 .4 .5Cu Sheet ( mm )

Rel

ativ

e

Dos

e線質と入射線量

F P D

高管電圧フィルタ

高管電圧フィルタ

線量大　　中　　小

小　　小　　大


DSA画質と撮影条件

20

30

40

50

60

70

80

90

50 60 70 80 90 100 110 120 13010

30

50

70

90

110

0 200 400 600 800 1000

S N

R

S N

RI.I. Entrance Dose ( μR ) Tube Voltage ( kV )

SNR = S/SDS--- 8mm inside diameter Phantom Thickness – 10cm

●　 1 time●　　 2 times●　　 3 times

Iodine Dilution

S N R

I.I.画質と線量


ヨード濃度とDSA値2.撮影条件

1

10

100

1 10 100 1000

90kV 20cm70kV 1cm70kV 10cm70kV 20cm90kv 20cm70kV 1cm70kV 10cm70kV 20cm

Iodi

ne C

once

ntra

tion

DSA Value

Con

cent

ratio

n

350

35

3.5

PhantomThicknessesPhantomThicknesses

TubeVoltageTubeVoltage

1mm1mm

VesselPhantomVesselPhantom

5mm5mm

Video LevelVideo Level 30003000

γ= 0.998 〜 0.988γ= 0.998 〜 0.988坂本肇、他：DSAシステムにおけるビデオレベルの検討、日放技学誌、52(7),823-828 , 1996

I.I.画質と線量


ヨード造影剤とガドリニウム造影剤の比較

50

60

70

80

90

100

50 60 70 80 90 100 110 120 1300

20

40

60

80

100

50 60 70 80 90 100 110 120 130

S N

R

Tube Voltage ( kV )

S--- 8mm inside diameter Phantom Thickness – 10cm

Tube Voltage ( kV )C

ontr

ast

( %

)

I.I. Entrance Dose 300μR

●　 1 time▲　　 3 times■　　 5 times

Iodine Dilution Gadolinium Dilution●　 1 time▲　　 2 times■　　3 times

長島宏幸、坂本肇、他：ｶﾞﾄﾞﾘﾆｭｳﾑ造影剤を用いたDSA画像の基礎的検討、日放技学誌、58(10),1369-1376 , 2002


G d造影剤臨床応用G d造影剤臨床応用

SMA A5

RHARHA

Celiac A


G d造影剤臨床応用G d造影剤臨床応用

(1/2 )(1/2 希釈)3ml3ml

RERE

DSADSA


phantom

測定方法

FPD

100cm

被写体厚変化と画質

25.8nC/kg (100μR)

Tube Voltage 80kV

Chamber

5cm 10cm 20cm 30cm

5cm～30cmPhantom Thickness

0.2mmCu



被写体厚変化・ S N Rと入射表面線量

Al Thickness (mm)

S N R

01020304050607080

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

30cm25cm20cm15cm10cm5cm

SN

R

Dose Ratio

5E-3

.05

.5

5

50

0 5 10 15 20 25 30 35D

ose

Rat

io

Phantom Thickness (cm)

2.56.3

1/201/7.71/2.81



0

.2

.4

.6

.8

1

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

被写体厚と散乱 X 線比率

Phantom Thickness (cm)

Scat

ter-

to-P

rim

ary

Rat

io

Pixe

l va

lue

ItIp

Is IsvIvIs/Ip=(Isv-VG・It)/(It-Isv)

坂本肇、他：DSAシステムにおけるビデオレベルの検討、日放技学誌、52(7),823-828 , 1996

70kV


CuCu

スポットフィルタ


.3

.4

.5

.6

.7

0 .1 .2 .3 .4Spot Filter ( mm )

Scat

ter

-to

-Pr

imar

y R

atio

Phantom Thicknesses20 cm

Phantom Thicknesses20 cm

Spot Filter　　　　 3cm

( diameter hole )

Spot Filter　　　　 3cm

( diameter hole )

I.I. Size　　　　 10 inchI.I. Size　　　　 10 inch

Tube Voltage80 kV

Tube Voltage80 kV

スッポトフィルタフィルタ中心部の散乱線含有率

坂本肇、他：透視被曝線量の低減ー付加フィルタの形状についての検討ー日放技学誌、53(5),578-584 , 1997


被曝線量画質

スポットフィルタの特性

坂本肇、他：透視被曝線量の低減ー付加フィルタの形状についての検討ー日放技学誌、53(5),578-584 , 1997

Dos

e R

atio

(%

)0 0.1 0.2 0.3 0.4

0

20

40

60

80

100

120

CenterPeriphery

Spot Filter ( mm )

837

697

558

419279140

Expo

sure

Rat

e (μ

C/k

g m

in)

0 0.1 0.2 0.3 0.45060708090100110120

CenterPeriphery

Spot Filter ( mm )

Con

tras

t R

atio

(%

)



測定方法

FPD

100cm

被写体厚とステント像

Tube Voltage auto

Chamber

5cm～30cmPhantom Thickness

○Stent

Stent(DRIVER 3mm)

0.2mmCu

64×64 SD


被写体厚とステント像画質と入射線量

5cm

DA

16

18

20

22

24

26

28

0 2 4 6 8 10 12

STENTBG

S D

valu

e

0.7mGy/min78kV



10cm

S D

valu

e

2.2mGy/min

16

18

20

22

24

26

28

0 2 4 6 8 10 12

DA

80kV



20cm

DA

S D

valu

e

18.5mGy/min

16

18

20

22

24

26

28

0 2 4 6 8 10 12

80kV



30cm

S D

valu

e94.5mGy/min

16

18

20

22

24

26

28

0 2 4 6 8 10 12

DA

86kV

Yamanashi Univ.Hosp.Stephen Balter, et al.: Intervascular Brachytherapy Fluoroscopically Guided Interventions

FPDでの入射線量とDQE


0

5

10

15

20

0 200 400 600 800

S N

R

Incident exposure to I.I. ( R/F)μ

Signal1mm 350mg/ml 30%

NoiseSD

acryl 18cm70kV80kV

100kV

Quantum Noise

System Noise

線量画質

バランス



I.I.とFPDでの臨床使用時の線量

0

20

40

60

80

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46

Fluo

rosc

opic

Dos

e　R

ate

( m

Gy/

min

) 平均値　28.7±14.5 mGy/min最小値　　 6.1 mGy/min最大値　　 64.6 mGy/min

02468

101214

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46

Gra

phic

Dos

e　R

ate

( m

Gy/

sec

) 平均値　4.7±2.5 mGy/sec最小値　　 0.7 mGy/sec最大値　　 12.3 mGy/sec

I.I.FPD

循環器画像技術研究会　線量測定班

統一幾何学的条件下におけるファントム入射線量

透視時の基準線量撮影時の基準線量


透視・撮影線量

透視線量＝透視時間×透視線量率

撮影線量＝撮影回数×撮影線量

(mGy)

(mGy)

(min) (mGy/min)

(mGy/F)(F)

技師画質医師被曝

P/s×mGy/P


透視・撮影画質の決定

デジタルにより自由度が向上

デジタル

線量増加

画質向上線量低減

画質・線量の両者を考慮

画質　　　　線量

最適化

バランス画質低下








患者入射皮膚線量

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

BAIVT Iliac Cardiac Abdominal Neuro

VAIVR

90%value75%

25%10%

50%

IliacPTA

CardiacIVR

NeuroIVR

AbdominalIVR

57.6

1655

468

1347

929

Patie

nt S

kin

Dos

e

( m

Gy

)

n=200

TLDによる

最大皮膚吸収線量

坂本肇、他：BAIVTにおける術者と患者の被曝線量、透析会誌、36(6),1199-1205, 2003


患者入射皮膚線量

Fluoroscopic Time ( min )

Patie

nt S

kin

Dos

e (

mG

y )

y = 15.8x + 128 r = 0.67 r2 = 0.45

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 25 50 75 100 125 150 175 200

患者最大皮膚線量の測定にはTLDを使用

n = 200


入射皮膚線量測定法直接測定法

間接測定法

TLD ( Thermoluminescence Dosimeter )蛍光ガラス線量計SDM ( Skin Dose Monitor )フィルム法放射線感受性インジケータ

NDD法 ( Numerical Dose Determination)患者照射線量管理ﾈｯﾄﾜｰｸ PEMNET面積線量計

精度が高い、煩雑

簡便、リアルタイム

被曝線量推定法基準線量を基に皮膚線量を推定

精度が低い、参考値


IEC・JIS規格に準拠した装置では積算空気カーマの線量表示

術者技師

がリアルタイムで患者皮膚線量を把握できれば最適化へ

面積線量

空気カーマ

間接測定法


60601-2-43 (2000-06)

International Electro technical Commission ( IEC )

国際電気標準会議

医用電気機器　パート　2-43

インターベンショナルプロセジャー用　Ｘ線装置の安全に関する個別要求事項

基準空気カーマ( Reference Air Kerma )

インターベンショナル基準点( Interventional Reference Point )

Medical electrical equipment – Particular requirements for the safety of X-ray equipment for interventional procedures. IEC 60601-2-43 (2000-06).

JIS Z4751-2-43(2005年)IVR用X線装置ー安全


インターベンショナル基準点Interventional Reference Point

成人心臓カテーテル検査に適応

アイソセンタからX線管側へ15cmの点

55cm70cm

X-Ray Tube

Intensifier

IsocenterInterventional ReferencePoint

Image

●●●

Patient entrance Reference Point



術者技師


面積線量

空気カーマ

間接測定法


ExposureExposureAirKermaAirKerma

AreaArea Area

Product

Area

Product0.25Gy0.25Gy 4m24m2 1Gy.m21Gy.m2

1Gy1Gy 1m21m2

1Gy.m21Gy.m2

1Gy.m21Gy.m2

0.25m20.25m24Gy4Gy0.5m0.5m

1m1m

2m2m

面　積　線　量間接測定法


面積線量から皮膚線量へ

ESD : 入射皮膚線量(mGy)DAPr : 臨床での面積線量計の表示値(mGy・cm2)SEA : 各I.I.サイズでの皮膚入射面積（cm2）

Cf : 補正係数

(μen/ρ)tiss/(μen/ρ)air : 組織線量変換係数（空気に対する

皮膚の質量エネルギー吸収係数比）

ESD=(DAPr / SEA)×Cf ×(μen/ρ)tiss/(μen/ρ)air

(μen/ρ)tiss/(μen/ρ)air= 36.00/33.97 = 1.06

坂本肇、他：面積線量計による患者被曝管理の検討、日放技学誌、56(10),1256-1265 , 2000

Mcparland BJ: Entrance skin dose estimates derived from dose-area product measurements in interventional radiological procedures. Br.J.Radiol.,71,1288-1295,(1998).


面積線量から皮膚線量へ

ESD=(DAPr / SEA)×Cf ×(μen/ρ)tiss/(μen/ρ)air

Cf ＝ Kiair ×Ai / DAPi

I＝(Kiair×Ai / DAPi)×(μen/ρ)tiss/(μen/ρ)air

インターベンショナル基準点を利用した面積線量計の校正

ESD=(DAPr / Ai)×I = DAPr ×(I / Ai)

Ai : インターベンショナル基準点での各I.I.サイズの入射面積(cm2)

DAPr : 臨床での面積線量計の表示値(mGy・cm2)ESD : 入射皮膚線量(mGy)


臨床でのTLDによる実測値と

　　　　　　　面積線量計から求めた皮膚線量の比較

実測した皮膚入射面積基準点での皮膚入射面積

T

L

D

( mG

y )

Calculated Dose ( mGy)

n=75 y = 1.01x - 4.2P < .0001 r = 0.994

T

L

D

( mG

y )

Calculated Dose ( mGy)

0

500

1000

1500

2000

0 500 1000 1500 2000

n=75 y = 0.86x + 1.3P < .0001 r = 0.971

0

500

1000

1500

2000

0 500 1000 1500 2000

成人カテーテル検査

坂本肇、他：新しく規格化されたインターベンショナル基準点についての考察、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　日放技学誌、60(4),520-527 , 2004



術者技師


面積線量

空気カーマ

間接測定法

±50% 　　　±35% 表示精度


IEC(JIS)での基準空気カーマの測定法入射線量　Incident Dose ( mGy )

推奨の測定方法装置表示線量

IRP1/2

1/2

20cm

空気カーマ


装置表示線量

空気の吸収線量(mGy)

入射皮膚線量

皮膚の吸収線量(mGy)

●

●IRP

間接測定法


装置表示線量（基準空気カーマ）と皮膚線量の関係基準空気カーマ　Kiair ( mGy ) 入射線量

IRP

Kiair = KID × Cf Cf : 補正係数

テーブルの吸収：T

Kair = KID × Cf × T

基準線量　Reference Dose　( mGy ) 入射表面線量

RD = KID × Cf × T × BSF

後方散乱係数：BSF

組織線量変換係数：CF

装置表示値 KID ( mGy )

入射皮膚線量　Entrance Skin Dose　 ( mGy )

ESD = KID × Cf × T × BSF × CF坂本肇：実践・医療被曝線量測定法、血管撮影・IVR、日放技会誌、56(8),60-69 , 2009


照射線量吸収線量変換係数 ( CF )

S.M.Seltzer＆J.H.Hubbellのデータより

空気のW値33.97eV


検査テーブルのX線吸収率　

Tube Voltage ( kV )

Abs

orbe

d r

ate

( % )

20

25

30

35

40

45

50

50 60 70 80 90 100 110 120 130

( Effective Energy keV )

28.5 32.0 35.4 38.6


インターベンショナル基準点と入射皮膚位置

成人心臓領域腹部領域

IRP

100cm

測定誤差

過大評価


腹部領域IVR患者入射皮膚線量

面積線量を利用した表示線量より推定さ

れた総入射皮膚線量と透視時間との関係


Patie

nt S

kin

Dos

e (

mG

y ) y = 24.7x + 166 r = 0.77 r2 = 0.58

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

10 20 30 40 50 60 70 80 90

実測した最大入射皮膚線量

TLDによる実測での最大入射皮膚線量

と透視時間との関係

推定された総入射皮膚線量


y = 29.4x + 129 r = 0.73 r2 = 0.53

Cal

cula

ted

Dos

e (

mG

y)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 20 40 60 80 100 120 140







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血管撮影領域での画質と被曝 - 東北ディジタル医用 …tdmi.sakura.ne.jp/endai/2010tokubetsukouen.pdfKoenig TR,et al. : Skin injuries from fluoroscopically guided