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コンピュータ断層撮影(コンピュータだんそうさつえい、Computed Tomography, CT, シーティー)は放射線などを利用して物体を走査しコンピュータを用いて処理することで、物体の内部画像を構成する技術・機器のことである。

広義のCTは、ポジトロン断層法 (PET)や単一光子放射断層撮影 (SPECT)、や核磁気共鳴画像法 (MRI) などの、コンピュータを用いて断面像を得る各種検査法の総称である。

「断層撮影」の名前のとおり、本来は物体の(輪切りなどの)断面画像を得る技術であるが、これらの検査技術は単に断面画像として用いられるのみでなく、画像処理技術向上によって3次元グラフィックスとして表示されることも多く、必ずしも「断面」に限定して用いる検査方法ではなくなってきている。

これら広義のCTのうち最初に実用化されたのはX線CTであり、2007年時点で、単にCTと言った場合にはほぼ常にX線を利用したCTのことを指す。この記事でも特にX線CTについて述べることとし、以下ではX線CTのことを単にCTと書く。

CTは、主に臨床検査の手段として広く用いられているほか、非破壊検査にも欠かせない。

◆ 原理

現在最も一般的なCT撮影装置の場合、機械本体はドーナツ型をしており、検査対象の人や物体はこの中央部に配置されたスライドする台に乗せられる。

検査対象の周囲を線源と検出器が回転し、検査対象はX線を全方位から受ける。照射されたX線は検査対象を通過し、対象に一部吸収されて減衰した後、線源の反対側に位置するX線検出装置に到達し、記録される。

つまりCTで元となるデータは、物体に360度から照射したX線が、それぞれの方向ではどの程度吸収されたかを示す度合いである。

その後CT装置は、データをもとにコンピュータで画像をフーリエ変換で再構成する。

1断面を格子状に分割し、各部位の吸収率を未知数とし、その合計が実際の吸収量と等しくなるように連立方程式を立て、これを解くのである。巨大な行列演算である。2007年現在では、1断面を512ピクセル四方の格子に分割する機種が多いが、1,024ピクセル四方に分割し処理できる空間解像度の高い機種も存在するが、画像再構成(リコンストラクション)に時間を要する為、現実的には使用されていない。

以上のように、基本的な原理はMRIなどと比べてシンプルである。実際には、撮影速度や画質を高めるために様々な工夫がなされるため、アルゴリズムはより複雑である。

画像を構成するのにかかる時間はコンピュータの処理速度に大きく依存している。CTの実用化当初は撮影してから画像が出力されるまでに大きな待ち時間を要していたが、現在はX線照射とほぼ同時にリアルタイムで画像を確認できるまでに高速化した。

吸収率の単位としては、伝統的に空気を-1000HU、水を0HUと定義したHU (Hounsfield unit) という単位が利用され、これによる透過率の表現を特に「CT値 (CT number)」と呼ぶ。

◆ 歴史

最初の商業的なCTスキャナーはThorn EMI中央研究所で英国人のゴッドフリー・ハウンズフィールドによって発明された。ハウンズフィールドは1967年に考案し、1972年に発表した。また、マサチューセッツ州のタフス大学のアラン・コーマックは独自に同様の装置を発明した。彼らは1979年のノーベル医学生理学賞を受賞した。

1971年に作成された原型は、1°刻みで160の並列読み出し走査を行っており、180°にわたって走査するのに5分以上かかっていた。

画像は走査後、大型計算機で2.5時間かけて代数復元された。

最初に生産されたX線CT(EMIスキャナーと呼ばれた)は脳の断層撮影に用いられた。2つの断層データを得るのに約4分かかった。そして、断層画像を得るのにデータゼネラル社のミニコンピュータを使用して画像一枚あたり約7分かかった。

なお、EMI社に所属していたビートルズの記録的なレコードの売上が、CTスキャナーを含めたEMI社の科学研究資金の供給元だったとも考えられるため、CTスキャナーは「ビートルズによる最も偉大な遺産」とも言われている。

◆ 医療機器としてのCT

◇ 適応

X線CTは短時間でほとんど苦痛なく検査ができ、それでいて多くの情報を得ることができることから、決して万能ではないものの、超音波検査と並び最もよく用いられる画像検査のひとつである。

あらゆる領域における多種多様な疾患のスクリーニング・精査目的の検査として適応がある。

◇ 撮影法・特殊な応用法

  単純CT

造影剤を使用せずに撮影を行うものを単純CT (plain CT) と呼ぶ。脳内出血、組織の浮腫、骨の形態異常、肺の形態などは、造影剤を用いなくても(あるいは用いない方が)充分に観察できる。

臓器によっては腫瘍の存在をはっきり視認できないことも多いが、周囲の組織の圧排などから推測できることもある。

なお、plain CT とは和製英語であり、英語論文では一般的に non-enhanced CT, CT without contrast enhancement 等、表記される。

  造影CT

単純CTに対して、X線吸収率の高いヨード造影剤を血管内(通常は末梢の静脈内)に注射してから撮影を行うものを造影CT (contrast enhanced CT; CECT) と呼ぶ。

造影剤は注入された後、血流に沿って全身の血管に移動するほか、毛細血管からの拡散によりゆっくりと血管外の細胞外液にも移行し、各種臓器の実質を染める。

血管内や、血流が豊富な組織が濃く(白く)描出され、画像のコントラストが明瞭になる。多くの腫瘍は周囲の正常組織より血流が豊富であるため、観察しやすくなる。一部の腫瘍や、虚血部分は造影されない(黒く描出される)ため、これによっても病変を診断できる。単独で、または単純CTと併用して診断に用いられる。

撮影の目的によって、これらのどのタイミングで撮影するべきかが異なる。大まかにいえば、血管の評価が主な目的であれば早期相(注入開始後15秒 - 30秒)での撮影が、その他の臓器の評価が目的であれば遅延相(注入開始後120秒以上)での撮影が適する。造影剤の注入速度や造影剤のヨード濃度も検査の目的によって様々に選択される。

主な造影剤の種類(非イオン性・陽性造影剤、主成分:ヨード)

・ オムニパーク(第一三共)

・ イオパミロン(バイエル)

・ イオメロン(エーザイ)

・ オプチレイ(タイコヘルスケアジャパン)

特殊な造影CT撮影法を以下に示す。

; ダイナミック造影CT

: 造影剤を急速静注(毎秒3mL以上)したのち、複数のタイミングで同じ部位を反復撮影するもの。特に肝臓や膵臓腫瘍の診断に有効であり、腫瘍のタイプによって血液の洗い出し時間が異なることを利用している。例えば古典的肝細胞癌は、動脈相では周囲の肝実質より強く染まるが、遅延相ではむしろ周囲の肝実質より低吸収のパターンを示すことから診断可能である。

; CT血管撮影(CTアンジオ)

: 造影剤を急速静注したのち、動脈内の造影剤濃度が最も高くなるようなタイミング(動脈相)でCTを撮影することで、動脈が明瞭に描出される。動脈瘤等の動脈疾患の診断に用いられる。

; IVR-CT

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