先に結論：Dual-energy CT(デュアルエナジーCT)でできること
- 2つの異なるエネルギーのX線情報を使うことで、物質ごとの見分け(ヨード・カルシウム・尿酸など)ができるCTです
- 主な使い道は、仮想単色X線画像(金属アーチファクトの軽減・造影効果の強調で造影剤を減らせる)、仮想単純CT(造影CTから造影剤を除いた画像)、ヨードマップ(造影されているかの判定・肺血流の評価)、尿酸結石や痛風結節の判別です
- 嚢胞の偽造影効果の判定や、単純CTを省いた被ばくの低減にも役立ちます
Dual-energy CTとは
- エネルギーの異なる2種類のX線情報を得てCTを撮影する技術(例：80kVと140kVの組み合わせ。方式には2管球、高速管電圧切替、2層検出器などがある)。
- 仮想単色X線画像や、物質弁別画像(material decomposition image)/物質密度画像（material density image）などを得ることができる。近年はエネルギーを弁別できるフォトンカウンティング検出器のCTも登場し、複数のエネルギー域(エネルギービン)でデータを収集できるため、物質ごとの画像のSN比がさらに向上すると期待されている。フォトンカウンティングCTは臨床導入が進んでおり、約0.25mmの高い空間分解能、石灰化やステントによるブルーミングアーチファクトの軽減、被ばく・造影剤量の低減が報告されている。さらに、専用造影剤と組み合わせたK-edgeイメージングという新しい撮像法も可能になる。
デュアルエナジーCTの原理(わかりやすく)
- ふつうのCTでは、組成が違う物質でも密度によっては同じCT値になり、ヨードと石灰化などを見分けにくいことがあります。
- X線の吸収は物質とエネルギーによって変わり、ヨードやカルシウムなど原子番号の大きい物質は低いエネルギーで吸収が強くなります。
- デュアルエナジーCTは、2つ目のエネルギーのX線で追加の吸収の情報を得ることで複数の物質を区別し、既知の2〜3種類の物質が混ざった組織ではそれぞれの量を推定できます(McCollough 2015)。
仮想単色X線画像(virtual monochromatic image)
- ビームハードニングアーチファクトの軽減
- コントラスト向上による造影剤量低減
が可能。
- 仮想単色X線画像は40〜200 keVの範囲で再構成でき、低いkeVではヨードのコントラストが強く、高いkeVではビームハードニングアーチファクトが減ります。腎機能低下の患者で造影剤を減らす目的にも使われ、造影の強調には50 keV、アーチファクトの軽減には120 keVでの再構成が勧められています(Albrecht 2019)。
関連：嚢胞の偽造影効果(pseudoenhancement)とは？嚢胞なのに造影で染まる？
物質弁別画像(material decomposition image)/物質密度画像（material density image）
- 造影CTから仮想単純CTを作成できる（造影剤画像から造影剤を引いた画像を作成できる）
- 造影剤成分のみを抽出したりできる。
- 水、ヨード、脂肪、カルシウム、などが弁別可能。
2-material decomposition 法
- 造影剤と石灰化や、石灰化結石と尿酸結石の分離が可能。
応用例：尿管結石が尿酸結石なのか石灰化結石なのかの判別。豚の腎臓に入れた40個の結石を使ったファントム実験では、中・大サイズの体格を想定した条件で全例を正しく判別できました(Primak 2007)。
症例 50歳代男性
右腎盂および左腎に結石を認めていますが、2-material decompositionにおいて右は赤色、左は青色を示しています。
右は尿酸結石、左は非尿酸結石(石灰化結石)と診断することができます。
3-material decomposition 法
- 造影剤情報の抑制・除去(VNC:Virtual non-contrast)が可能。
- 造影剤情報のみの描出(ヨードマップ)が可能。
応用例：
①造影剤画像から造影剤を抜いた画像の作成
②肺野の造影CTは肺実質の造影剤濃度が肺胞内の空気のため平均化されて、CT値として反映されない。そこで、空気、肺実質、造影剤を分別し、肺野の造影剤分布をヨードマップとして可視化できる。これを肺灌流血液量として画像的に評価する方法がlung PBV (perfused blood volume）。
デュアルエナジーCTでよくある疑問(Q&A)
Q. デュアルエナジーCTは被ばくが増えますか？
A. 同じ患者74人で比べた腹部の検討では、通常のCTと同程度の画像ノイズを被ばくを増やさずに得られたと報告されています(Purysko 2014)。
Q. 仮想単純CT(VNC)で本物の単純CTを省けますか？
A. 腎腫瘤100個の検討では、VNCと実際の単純CTのCT値はよく一致し、単純性嚢胞の診断能も同程度でした(Bucolo 2023)。
参考：
あわせて読みたい：CTのアーチファクト
参考文献
- McCollough CH, Leng S, Yu L, et al. Dual- and Multi-Energy CT: Principles, Technical Approaches, and Clinical Applications. Radiology. 2015;276(3):637-653. PubMed
- Primak AN, Fletcher JG, Vrtiska TJ, et al. Noninvasive differentiation of uric acid versus non-uric acid kidney stones using dual-energy CT. Acad Radiol. 2007;14(12):1441-1447. PubMed
- Albrecht MH, Vogl TJ, Martin SS, et al. Review of Clinical Applications for Virtual Monoenergetic Dual-Energy CT. Radiology. 2019;293(2):260-271. PubMed
- Parakh A, An C, Lennartz S, et al. Recognizing and Minimizing Artifacts at Dual-Energy CT. Radiographics. 2021;41(2):509-523. PubMed
- Douek PC, Boccalini S, Oei EHG, et al. Clinical Applications of Photon-counting CT: A Review of Pioneer Studies and a Glimpse into the Future. Radiology. 2023;309(1):e222432. PubMed
- Purysko AS, Primak AN, Baker ME, et al. Comparison of radiation dose and image quality from single-energy and dual-energy CT examinations in the same patients screened for hepatocellular carcinoma. Clin Radiol. 2014;69(12):e538-44. PubMed
- Bucolo GM, Ascenti V, Barbera S, et al. Virtual Non-Contrast Spectral CT in Renal Masses: Is It Time to Discard Conventional Unenhanced Phase? J Clin Med. 2023;12(14):4718. PubMed
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