第4章|医用画像計測

生体計測装置学 第4章
収録 39問(第31〜39回)超音波・X線CT・MRI・核医学・内視鏡・光トポグラフィ

超音波・X線CT・MRI・核医学(PET/SPECT)・内視鏡・光トポグラフィ。各モダリティの原理・分解能・被曝の有無と、「装置からエネルギーを加えるか(能動)/体内の放射線を検出するか(受動)」の二分が背骨になる。

能動 vs 受動 — ほぼ毎年出る二分

能動的(生体にエネルギーを加える)=超音波・X線CT・MRI・光トポグラフィ。
受動的(体内の放射線・放射を検出)=PET・SPECT(核医学)・心電図・脳波・サーモグラフィ。核医学は「体内のRIから出る放射線を撮る」ので受動側。

超音波画像計測

モード/走査特徴・用途
Bモード断層像。輝度=反射(エコー)強度で強いほど明るい
Mモード動きの時間表示。弁・壁運動、左室径からEFを概算
カラードプラ/パワードプラ方向+速度/低流速・毛細血管に高感度(方向は不明)
リニア/セクタ/コンベックス体表血管・乳腺/狭窓の心臓/腹部(遠方ほど広視野)

診断周波数は3〜15MHz(高いほど分解能↑・深達度↓)。方位分解能はビーム幅が狭いほど良好。パルスドプラの最大計測速度はPRF(パルス繰り返し周波数)で制限される。

X線CT・MRI

X線CT=組織を透過・減衰したX線の差を画像化。透視で動態撮影可・被曝あり。空間分解能は高い(サブmm)が軟部組織コントラストは低く、造影剤で濃度コントラストを補う。

CT値(HU)の基準

空気−1000/脂肪 約−100/水0/筋肉+40〜60/骨+1000。画像はDICOM形式で保存。

MRI=体内に豊富な水素原子核(プロトン)の核磁気共鳴被曝なし。T1強調=脂肪が高信号、T2強調=水・浮腫が高信号(T1・T2緩和は同時進行)。傾斜磁場=位置情報で任意断面。超伝導磁石は液体ヘリウム冷却。MRAは非造影で血流描出。禁忌=体内金属・ペースメーカ。

核医学(PET・SPECT)

方式検出・核種・特徴
SPECT単一光子(γ線)をガンマカメラで回転収集。⁹⁹ᵐTc等。断層像
PET陽電子放出核種(¹⁸F-FDG等)の消滅γ線511keVをリング型で同時計数。半減期短い(¹⁸F約110分・¹¹C約20分・¹⁵O約2分)

核医学は体内に投与したRIから出る放射線を検出する機能画像空間分解能はCT/MRI(高)>SPECT/PET(低、数mm)。「体外からX線照射(CT)=形態画像」との対比で覚える。

内視鏡・光トポグラフィ

  • ファイバースコープ=グラスファイバ束で画像を光として伝達。電子内視鏡=先端のCCD/CMOSで電気信号化。どちらも光源装置(キセノン・ハロゲン・LED)+ライトガイドが必要
  • カラー化=同時方式(色フィルタ)/面順次方式(回転フィルタ)
  • NBI(狭帯域光観察)=青415nm+緑540nm(ヘモグロビン吸収帯)で血管・微細構造を強調
  • カプセル内視鏡=LED・電池駆動・小腸観察・無線送信。超音波内視鏡(EUS)=ラジアル/リニア走査で消化管壁の層構造・膵臓。気腹ガスはCO2
光トポグラフィ(NIRS)

近赤外光(700〜900nm)で大脳皮質のヘモグロビン変化(酸素化Hb)を可視化。非侵襲・拘束少・発声/運動下でも計測でき時間分解能が良い(0.1s)が、空間分解能は数cmと粗く深部は測れない。生体の光学窓を利用。術前の脳機能評価に用いる(遠赤外光ではない点がひっかけ)。