第2回医用画像データマネージメント研究会 20170215 slideshare
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第2回医用画像データマネージメント研究会 20170215 slideshare
- 1. + 第2回医用画像データマネージメント研究会 CTイメージングを知ろう！ 〜CT画像を知り、業務に活かす〜 2017/2/15 （水） 小林 達明 ACE：DM分科会, 医用画像データマネージメント研究会
- 2. + 本日の流れ 18:20 開場 18:30 開始挨拶（本日の流れ） 18:35 CTイメージングを知ろう！ 19:00 ハンズオン ソフトウェア環境を整える CT画像を表示する（2D、3D） イメージングCRFを作成する メタデータの表示 メタデータの抽出 19:45 振り返り 19:50 アンケート（初参加の方）・片付け 20:00 退室 © Visionary Imaging Services, Inc.
- 3. + • 初歩的な基礎医学 • 画像解剖の知識 • 初歩的な画像診断の知識 • 画像検査技術 • 画像処理技術 • 医療ITスキル（DICOM etc…） • 治験のスキル（GCP etc…） モダリティ？ 部位？ 造影？ スライス厚？ 再構成？ 画像アーチファクト？ ソフトウェア？ 質の高いイメージングスタディを実施するた めに、医用画像がわかる人材が必要とされて います。 医用画像の品質を確認できるスキル 3 © Visionary Imaging Services, Inc. この研究会の中で、当事者として 考える機会を作れたらと思います。
- 4. + イメージングスタディの課題 放射線医学の固有の複雑さ • 面内空間分解能が一貫していること • ボクセルノイズが安定していること • 再構成FOVが一貫していること • 再構成スライス厚が一貫していること（体積評価の場合は、 2.5mm以下であること） • スライス間隔が0以下であること • 再構成方法はFiltered Back-Projectionであること • 再構成関数が一貫していること • 上記項目がDICOMヘッダーあるいは目視で確認できる CT画像品質確認の例； どうプロセスの信頼性を担保するか？？ 4 © Visionary Imaging Services, Inc. 今回の勉強会がこのようなスキルを 自分のものにするためのきっかけになる と嬉しいです。
- 5. + 本日は、 各論に入る前に、画像の強さの秘訣について CT画像を対象として、その歴史と原理、撮 影方法、一部の症例画像などを解説いたしま す。 自由な発言、参加者との交流など、皆さんで 楽しみながら知識を深めましょう。 5 © Visionary Imaging Services, Inc.
- 6. + 医用画像は生体の様々な正常/異常を知 らせてくれます。 • それぞれの画像には得手不得手があるため、いいと ころを組み合わせて体内の状態を調べます。 © Visionary Imaging Services, Inc.
- 7. + 画像からどんなことが分かるのでしょうか？ 画像の種類は何か？ X-ray, CT, MRI, etc. 解剖 脳、肺、肝臓、、 病理 腫瘍 or、、 病態生理 異常な組織の外見や機能 © Visionary Imaging Services, Inc.
- 8. + 画像に含まれている何かは、それを生じさせ た何かを追及することで学ぶことができます。 • 生物学的な異常 を推論するため に画像から特徴 を探すことがで きます。時間軸 © Visionary Imaging Services, Inc.
- 9. + ミニーおばさん 年配の女性 いつも楕円形のメガネをかけています いつもピンクのワンピースを着ています いつも同じハンドバッグを持っています いつも真珠のネックレスを着けています このような特徴を聞けば、誰もが「ミニーおばさん」と思うでしょう。 © Visionary Imaging Services, Inc.
- 10. + なんでもルーティーンが決まっているミニーおばさんのように、 画像も典型的なパターンを示してくれます。（もちろんパターン 化が難しい所見もあります。） 認知症 HCC さまざまな種類の病変を 診断できます。 © Visionary Imaging Services, Inc.
- 11. + このような医用画像を人の責任のもとで 評価します。 肝臓内に腫瘍がある ラボデータは、 大きさは、濃度は、形は、 造影パターンは、 →診断は「〜〜〜」 • 医師や経験豊富な放射線技師であれば、特徴的な情報を 得た時点で画像を見なくても病変が想像できてしまいま す。 © Visionary Imaging Services, Inc.
- 12. + ミニーおばさんのように 画像から典型的な特徴を探すことが、この勉強会で ご紹介するイメージング技術の強さの秘訣です。 今回からCT、MRIやPETなどのお話になっていきま すが、まずは”なぜ画像が必要か”というポイントを 抑えておいてください。 © Visionary Imaging Services, Inc.12
- 13. + CTイメージングを知ろう！ ミニーおばさん・原理・イメージング手順（撮影方法）・典型症例 13 © Visionary Imaging Services, Inc.
- 14. + 広義のバイオメディカルイメージング いろんな技術があります。CTはどこにあたるでしょ う？ CT 臓器スケール（マクロ） 細胞スケール 分子/原子スケール Anatomical PET/SPECT 原子イメージング 機能的MRI Functional ダイナミック画像 光画像 病理画像 DNAイメージング トラクトグラフィ マイクロ-CT プロテイン イメージング 細胞イメージング © Visionary Imaging Services, Inc.
- 15. + 医用画像は物理的な原理を利用して生成 されています。CTはどこでしょう。 上記の電磁波（媒質なしでも伝播）とは別に、音波（媒質ありで伝播）も利用されています。 PET/SP ECT レントゲン CT 光イメージング MRI γ線 © Visionary Imaging Services, Inc.
- 16. + 最近の医療/研究用X線CT装置 多列CT（高速に、綺麗に撮像） 2管球多列CT（機能的なイメージング） マイクロCT（より小さい構造を可視化） など。 16 Toshiba Aquilion ONE 320列BRUKER SkyScan 2211
- 17. + X線CTの中身 © Visionary Imaging Services, Inc. 1. 一般的には、X線管球とX線検出器が 対になっています。 2. この対が、ぐるぐる寝台の周りを 回って360°からのX線透過像を得ま す。 3. 取得された透過像の信号を画像再構 成アルゴリズムで2次元画像（XY平 面）にします。 17
- 18. + この近代的なCTを作るまでの 道のりを手短に。 © Visionary Imaging Services, Inc.18 Revolution
- 19. + 歴史は最強の学問である 〜CTの歴史〜 放射線学的な医用画像検査は、X線を 発見してから発展してきました。 1895年、ドイツ人科学者のレントゲ ン博士[物理学]（Wilhelm Conrad Roentgen）がヴュルツブルグ大学の ラボでX線を発見しました。 レントゲン博士はこの功績を讃えら れ、1901年にノーベル物理学賞を受 賞しています。 X線の発見、人体の透過画像 X線管球を動かす、回す 検出器（ディテクタ）を改良する © Visionary Imaging Services, Inc.
- 20. + その2年後、 人の全身（骨格）X 線画像が撮影 William Morton（アメリカ人医師） 世界で初めて人の全身をX線写真で撮っ た科学者として知られています。 色々なレントゲン画像が集められ、研 究されました。 ループス：狼瘢
- 21. © Visionary Imaging Services, Inc.21 そして、 • 医学研究者たちは、投影画像による画像診断に限界を感じ 始めました。 「体の内部の断面を見れないだろうか？？」 • 1916年に、Karol Mayer博士は、移動式X線管と静止フィ ルムカセットを用いて画像を取得する方法について論文を 発表しました。これは、コンピュータ断層撮影によるス キャンのプロセスに近い方法です。
- 22. + 時代が進むにつれ、 技術も進歩していく 1960年代には、デジタルカメラが開 発されます。 旧：光をフィルムに直接映し出す方法 新：デジタルデータにしてからフィル ムなどに印刷することが可能に。 1963年,1964年に、コーマック博士 （のちにノーベル賞を受賞する）よ りCTの理論が発表される。 だんだん、画像をデジタルに扱えるよ うになっていきます。 © Visionary Imaging Services, Inc.
- 23. + 革新的な技術が開発 された1970年代 1979年、ハウンスフィールド氏 （Godfrey Hounsfield,英EMI社の技 術者）とコルマック博士（Allan MacLeod Cormack）がノーベル生理 学・医学賞を受賞。 功績は、X線CT装置の開発 © Visionary Imaging Services, Inc.
- 24. + 歴史を振り返る。 CTができるまで © Visionary Imaging Services, Inc. 昔のCT • 局所的なスキャン • 撮影時間長い • X線被ばくも多い 今のCT • 全身を”数秒”でスキャン • X線被ばく少ない
- 25. + CT画像処理 画像の取得から構成まで © Visionary Imaging Services, Inc.25
- 26. + X線CTの中身をもう一度 © Visionary Imaging Services, Inc. 1. 一般的には、X線管球とX線検出器 （ディテクタ）が対になっています。 2. この対が、ぐるぐる寝台の周りを 回って360°からのX線透過像を得ま す。 3. 取得された透過像の信号を画像再構 成アルゴリズムで2次元画像（XY平 面）にします。 26
- 27. + 検出器を大きくし、1回で広い範囲を撮影でき るようにしています。 © Visionary Imaging Services, Inc.27 CT適塾webサイトより引用 体軸方向の検出範囲を広げる 横方向の検出範囲を広げる
- 28. + X線管球の回転のさせ方を指定できます。 コンベンショナル © Visionary Imaging Services, Inc.28 ヘリカル • 撮影時間長い • 画像は綺麗 • コンベと比べて、撮影時間短い • コンベと比べて、画像はほんの少 しボケる CT適塾webサイトより引用
- 29. + ぐるぐる回してX線投影データを集 めた後、どうやって画像にするので しょうか。 © Visionary Imaging Services, Inc.29 ？？？
- 30. + 前置き、 ラドン変換 ジョセフ・ラドン （オーストリア人数学者） 1917年にラドン変換の方程式を発見 CTの原理を発案したコーマッ ク博士がCTの画像再構成アル ゴリズムに利用したラドン変 換 © Visionary Imaging Services, Inc. 2 次元の関数の任意の点 の値は，その点を通過す るあらゆる方向の直線に 沿ったその関数の積分か ら，一意的に求まる。
- 31. + ラドン変換 簡単にいうと、ある角度からの投影像を信号（周波数）として捉 えることを言います。 © Visionary Imaging Services, Inc.31 X Y X Y これから、 この平面の話をしていきます。
- 32. + ラドン変換をもう少し具体的に オレンジを透過したX線の強度分布を信号に。 © Visionary Imaging Services, Inc.32 X線 オレンジを透過したX線の強度分布 を信号としてみることができます。 オレンジの断面
- 33. + ラドン変換をもう少し具体的に いろんなの角度からのオレンジを透過したX線の強度分布 © Visionary Imaging Services, Inc.33 X線
- 34. + ラドン変換をもう少し具体的に いろんな角度から透過したX線の強度分布を信号に。 © Visionary Imaging Services, Inc.34 0°の投 影 1°の投 影 2°の投 影 3°の投 影 4°の投 影 θの投影 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 0°の投 影 1°の投 影 2°の投 影 3°の投 影 4°の投 影 θの投影 ・ ・ ・ θ 投影 角度ごとに順に並べると
- 35. + ラドン変換 ある角度からの投影像を信号（周波数）として捉える © Visionary Imaging Services, Inc.35 2 次元の関数の任意の点 の値は，その点を通過す るあらゆる方向の直線に 沿ったその関数の積分か ら，一意的に求まる。 （このスライドでは数式 を省略します。） 2 次元の関数の 任意の点
- 36. + ラドン変換から、画像の再構成へ ラドン変換の考え方は以上ですが、ラドン変換した後、次は、投影 信号を積分計算して、画像を導きます。これを、再構成と言います。 この再構成の方法は、フーリエ変換と関係しており、いろいろな応 用があります。 ここでは、その代表例であるバックプロジェクション（BP）法を解 説します。 © Visionary Imaging Services, Inc.36 Radon transform 再構成
- 37. + 再構成は画像を作り ます。 画像はピクセルの集合です。 画像のコントラストを作り出すのはピ クセル値です。 ピクセル値には、所定の位置の投影信 号が与えられます。 CTの場合、このピクセル値をCT値ま たはハウンスフィールドユニットと呼 びます。 © Visionary Imaging Services, Inc. 256（たて）25 （よこ） ピクセル 256列 256行 投影から、ピクセル値を 求める必要があります。
- 38. + 2 次元の関数の任意の点の値は，その点を通 過するあらゆる方向の直線に沿ったその関数 の積分から一意的に求まる。とは？ © Visionary Imaging Services, Inc.38 1 2 3 4 256*256では計算が大変なので、 2*2のマトリクスで考えていきま す。 マスの中の数字（1,2,3,4）が、 ピクセル値です。
- 39. + 2 次元の関数の任意の点の値は，その点を通 過するあらゆる方向の直線に沿ったその関数 の積分から一意的に求まる。とは？ © Visionary Imaging Services, Inc.39 1 2 3 4 3 7 2 5 3644 5 1 例えば、4方向 から投影信号を 得ます。
- 40. + 2 次元の関数の任意の点の値は，その点を通 過するあらゆる方向の直線に沿ったその関数 の積分から一意的に求まる。とは？ © Visionary Imaging Services, Inc.40 ? ? ? ? 3 7 2 5 3644 5 1 やらないといけな いことは、投影信 号から、元の画像 を計算することで す。
- 41. + 2 次元の関数の任意の点の値は，その点を通 過するあらゆる方向の直線に沿ったその関数 の積分から一意的に求まる。とは？ © Visionary Imaging Services, Inc.41 3 3 7 7 3 7 2 5 3644 5 1 投影を戻します。
- 42. + 2 次元の関数の任意の点の値は，その点を通 過するあらゆる方向の直線に沿ったその関数 の積分から一意的に求まる。とは？ © Visionary Imaging Services, Inc.42 8 5 10 12 3 7 2 5 3644 5 1 投影を戻します。
- 43. + 2 次元の関数の任意の点の値は，その点を通 過するあらゆる方向の直線に沿ったその関数 の積分から一意的に求まる。とは？ © Visionary Imaging Services, Inc.43 12 11 14 18 3 7 2 5 3644 5 1 投影を戻します。
- 44. + 2 次元の関数の任意の点の値は，その点を通 過するあらゆる方向の直線に沿ったその関数 の積分から一意的に求まる。とは？ © Visionary Imaging Services, Inc.44 13 16 19 22 3 7 2 5 3644 5 1 投影を戻します。
- 45. + 2 次元の関数の任意の点の値は，その点を通 過するあらゆる方向の直線に沿ったその関数 の積分から一意的に求まる。とは？ © Visionary Imaging Services, Inc.45 3 6 9 12 3 7 2 5 3644 5 1 最初の投影の合計 を引きます。 （3+7=10を引く）
- 46. + 2 次元の関数の任意の点の値は，その点を通 過するあらゆる方向の直線に沿ったその関数 の積分から一意的に求まる。とは？ © Visionary Imaging Services, Inc.46 3 6 9 12 2 5 3644 5 1 最後に、 残った投影数で割 ります。この場合、 3つの投影が残って いるので、3で割り ます。 1 2 3 4 以上が、CT画像再構成の 基本的な考え方です。
- 47. + 実際の現場 動画を見てみましょう。 https://youtu.be/Tx-0emi4m8s まずはイメージをしてもらうために、 現場を見てみましょう。 © Visionary Imaging Services, Inc.
- 48. + 撮影手順 プロトコルを決めて、スキャンを走らせます。 造影剤を使う方法と使わない方法とがあります。 © Visionary Imaging Services, Inc.48
- 49. + プロトコル操作画面 操作画面例（SIEMENS社CTコンソール） 検査の詳細な条件を決めた設定項目を プロトコルと呼びます。 ここで最初に計画を綿密に作り、画像 を作っていきます。 © Visionary Imaging Services, Inc. • 部位選択 • プロトコル選択 • kV, mAs • 時相の設定 • 撮影範囲 • スキャンスピード • 画像再構成設定 など SIEMENS社の CTコンソール画面例
- 50. + 少しだけ、CT画像を紹介します。 CTの適用は多岐に渡ります。 独断で、代表的な疾患のみを文献から引っ張ってきましたので、見ていき ましょう。 ※このスライドに紹介する以外の疾患でも、CTは広く活用されています © Visionary Imaging Services, Inc.50
- 51. + 脳 脳出血（画面右） 脳動脈瘤 大きめの脳梗塞 脳腫瘍（最近はMRIが多くなってきま した） などに主に利用されます。 © Visionary Imaging Services, Inc. Imaging of Intracranial Hemorrhage:Journal of Stroke 2017; 19(1): 11-27.
- 52. + 副鼻腔 副鼻腔炎（MRIが多くなってきまし た） © Visionary Imaging Services, Inc. Extensive subclinical sinusitis leading to Moraxella osloensis meningitis:Sep 21;6:39-42. eCollection 2016.
- 53. + 肺 肺がん 肺炎 肺気腫 など © Visionary Imaging Services, Inc. CT Screening for Lung Cancer: Nonsolid Nodules in Baseline and Annual Repeat Rounds:Radiology: Volume 277: Number 2— November 2015 肺腺がん
- 54. + 心臓 冠動脈狭窄など 心筋虚血（狭心症） 心筋梗塞 a.右冠動脈狭窄 b.プラークを伴う別の狭窄 c.以前から進行している狭窄 d.冠動脈瘤 c b d a Takayasu Arteritis: Assessment of Coronary Arterial Abnormalities with 128-Section Dual- Source CT Angiography of the Coronary Arteries and Aorta:Radiology: Volume 270: Number 1— January 2014
- 55. + 肝・胆・膵 がん 脂肪肝 胆石 膵炎 など © Visionary Imaging Services, Inc. 320列 64列 320列 64列CT of the Pancreas: Comparison of Anatomic Structure Depiction, Image Quality, and Radiation Exposure between 320-Detector Volumetric Images and 64-Detector Helical Images:Radiology: Volume 260: Number 1—July 2011
- 56. + 消化管 胃がん 十二指腸がん 小腸がん 大腸がん 憩室、憩室炎 腸閉塞 自己免疫性疾患など © Visionary Imaging Services, Inc. CT Colonography after Metallic Stent Placement for Acute Malignant Colonic Obstruction:Radiology: Volume 254: Number 3—March 2010
- 57. + 泌尿器 腎がん 先天性の腎臓の奇形 尿管結石 膀胱がん ぼうこう憩室 前立腺肥大（MRIが多くなってきまし た） など © Visionary Imaging Services, Inc. CT Urography for Evaluation of the Ureter:RadioGraphics 2015; 35:709–726
- 58. + 外傷 銃創 刺傷 交通外傷 天災による怪我 など © Visionary Imaging Services, Inc. Multidetector CT for Penetrating Torso Trauma: State of the Art:Radiology: Volume 277: Number 2—November 2015 Crush Thoracic Trauma in the Massive Sichuan Earthquake: Evaluation with Multidetector CT of 215 Cases:Radiology: Volume 254: Number 1—January 2010
- 59. + ハンズオン • ImageJを起動する • CT画像を表示する（2D、3D） • イメージングCRFを作成する • メタデータの表示 • メタデータの抽出 59 © Visionary Imaging Services, Inc. Start Conduct Follow Data Management 背景がわかってきたところで、 あとは実践。
- 60. + ImageJを起動してみましょう。 まずは、ImageJを起動しましょう。 © Visionary Imaging Services, Inc.60
- 61. + まずは基本の2D画像から見て いきます。 © Visionary Imaging Services, Inc.61
- 62. + 2D画像を表示してみましょう。１ サンプル画像をスタックでロードします。 File > Import > Image Sequence… データは、2D > WholeBody_Axial © Visionary Imaging Services, Inc.62 1枚の画像 = １スライス 複数のスライスを まとめたデータ = スタック
- 63. + 2D画像を表示してみましょう。１ スライス送りをしてみましょう。 © Visionary Imaging Services, Inc.63 • 十字キー or • ウィンドウ下のバー など
- 64. + 2D画像を表示してみましょう。２ いろんな画像を見てみましょう。 同じ手順で、次の画像を表示してみましょう。 2D > WholeBody_Cor 2D > WholeBody_Sag © Visionary Imaging Services, Inc.64
- 65. + 2D画像を表示してみましょう。２ 3断面の基本は、Axial画像（輪切り画像）です。 このAxial画像から、Sag/Cor画像を作っています。 もう一度、WholeBody_Axiを開きます。 Image > Stacks > Orthogonal Views © Visionary Imaging Services, Inc.65
- 66. + 2D画像を表示してみましょう。３ コントラスト（ウィンドウ幅/ウィンドウレベル）を変更してみま しょう。 Image > Adjust > Window/Level… © Visionary Imaging Services, Inc.66
- 67. + 2D画像を表示してみましょう。３ お腹のレベルでは、WW350/WL20（例） © Visionary Imaging Services, Inc.67 実際の読影でも、み たいものによって、 このようにコントラ ストを変えています。
- 68. + 2D画像を表示してみましょう。３ 肺のレベルでは、WW1600/WL-650（例） © Visionary Imaging Services, Inc.68 実際の読影でも、み たいものによって、 このようにコントラ ストを変えています。
- 69. + 3D画像に挑戦してみましょう。 © Visionary Imaging Services, Inc.69
- 70. + 3D画像を表示してみましょう。 まず、3D画像にしたい画像をスタックで読み込みます。 ここでは、ImageJのMRIサンプルデータを利用します。 File > Openから、3D > t1-head (1).zipを選択します。 © Visionary Imaging Services, Inc.70 CTのテーマなのに、MRI使っ てすみません。 CT画像は物理メモリをいっぱ い使うので、汎用PCでは負荷 が大きいのです。。
- 71. + 3D画像を表示してみましょう。 スタックが表示できたら、3Dビューワ機能を起動します。 Plugins > 3D > VolumeViewer © Visionary Imaging Services, Inc.71
- 72. + 3D画像を表示してみましょう。 3Dの表示を変えて見ましょう。 © Visionary Imaging Services, Inc.72
- 73. + 実際に利用される3D画像を見てみ ましょう。 3D画像は、一定の角度でキャプチャされることが多 いです。 2D画像の表示と同じ手順で、サンプルを開きます。 3D > 3D_VR © Visionary Imaging Services, Inc.73
- 74. + CT画像のメタデータを確認して、 イメージングCRFになりそうな 項目を確認してみましょう。 今回は、いくつかの代表的な画像品質確認項目を確認してみます。 © Visionary Imaging Services, Inc.74
- 75. + イメージングCRFを作成してみま しょう。 イメージングCRF イメージングスタディでモニタリングされる項目のうち、 イメージングに関するCRF © Visionary Imaging Services, Inc.75 • 試験、実施医療機関、被験者の識別子 • イメージングを実施する技師などのデータ • 画像品質データ • モダリティや利用する機器/機材のデータ • 評価結果や評価トレーニングなどのデータ
- 76. + メタデータを確認してみましょう１ イメージングCRFの チェック項目を確認し てみましょう。 検査日 スライス厚 スライスギャップ ピクセルサイズ マトリクス © Visionary Imaging Services, Inc.76 再度、WholeBody_Axiを開きます。 Image > Show Info…
- 77. + 本日を振り返って 本日の振り返り CTの歴史と原理 実際のCT検査 ハンズオン ソフトウェア環境を整える CT画像を表示する（2D、3D） イメージングCRF項目を確認する メタデータの表示 メタデータの抽出 © Visionary Imaging Services, Inc. • ITインフラ？ • CTの取り扱い？ これからも治験の中でどのよ うに取り扱うか、考えていき ましょう。