CBCT（コーンビームCT）における技術的側面について
CBCTに欠かせない撮影のクオリティー。撮影方法によっても異なる細かなシステムや技術とは
CBCTにおける必要性や利点については以前のテーマで取り上げられましたが、被ばくの問題については引き続き慎重に判断していく必要があります。さらに、この装置の細かな機能を最大限に活用でき、的確な診断を行うためには、優れた技術が必要不可欠です。、撮影の技術でより機能を発揮させ、患者の負担は最小限にする必要があります。
コンピュータ断層撮影技術であるコーンビームコンピュータ断層撮影（CBCT）は、2000年代初頭に北欧諸国に導入されて以来、専門的な歯科医療、特に歯科放射線学における診断ツールとしてますます普及していますが、これらの分野だけでなく、公的歯科医療においても活用されています。
SSM (スウェーデン放射線安全機関：Swedish Radiation Safety Authority)によると、2013年末時点で63の診療所がCBCT機器のユーザー／ライセンス保持者として登録されています。近年、パノラマ装置にCBCT機能を付加した多機能X線装置の種類が増えており、この技術の人気が高まっている一因となっているようです。現在、17のメーカーから約40種類の装置が存在します。
この技術は1990年代初頭に開発され、データ処理は円錐ビームに適応されたものの、従来のコンピュータ断層撮影と同じ基本原理に基づいています。しかし、当時のコンピューター科学の進歩により、大量のデータを処理できるより強力なコンピュータとソフトウェアを備えた、現在の装置に向けた開発が始まりました。イメージングによって生成されました。
テクニック
画像診断の原理は、X線管から放射される円錐形またはピラミッド形の照射野に基づいており、X線管は正中線または診断に必要な領域を中心に患者の周囲を円形または半円形の経路で回転し、X線管の反対側にある検出器が患者を透過したX線を検出します（画像1）。
回転に応じて、一連の投影が作成され、そこからデジタルボリュームが生成され、そこから体軸断面（axial断面：体に水平）、冠状断像（Coronal画像：前後方向＝真正面）、矢状断像（Sagittal画像：左右方向＝真横）の3つの互いに垂直な平面で画像が再構成されています（画像2）。
投影するジオメトリとボリュームデータの可視化の原理は、従来のコンピュータ断層撮影（CT）とは異なります。通常、アキシャル断面の1つの薄い断面を細い扇形のビームを使用して撮像し、それを組み合わせて個々の断面を形成します。ボリュームデータ（画像3）。
装置
コーンビームCT（ CBCT ）は、今日一般的に受け入れられている名前であり、技術を要約した用語です。ただし、同じ名前であっても、ブランド間の違いは大きいです。
CBCT機器は、次の点で異なる場合があります。
- 撮影中の患者の姿勢（立位、座位、横臥位）
- 初期のCBCT装置は、患者を座位または臥位で検査するように設計されていました。近年、立位での検査に使用される装置が増加していますが、これはパノラマとCBCT技術による検出器を組み合わせた多機能装置の開発が進んでいることと関連していると考えられます。
- ボリュームデータまたはFOV（視野）
- 歯槽骨領域用の小さな容積（例：40 x 40 mm）から、顔面頭蓋骨全体を撮影できる大きな容積（例：170 x 120 mm）まで、その範囲は多岐にわたります。初期の装置は、小さな体積や大きな体積を撮影するために設計されていました。今日、より大型の機種があり、多くの場合、さまざまな撮影体積の組み合わせが可能です。
- 露光パラメータ（kV、mA、露光時間）
- 機器に最適化された露出パラメータの違い。特定の機器では設定が固定されているか、より高いkVとmAを使用し、他の機器ではカスタム設定が可能です。
- 今日では、通常、回転（180度または360度）を選択するための拡張プロトコルや、解像度の向上またはアーティファクト（金属からの干渉など）の削減のための特別なプロトコルもあります。プロトコルは通常、曝露時間に影響を及ぼし、それが次に患者への線量に影響を及ぼし、患者が動かずに検査を実行する能力に影響を及ぼします。露光時間は、機器やパラメータの選択に応じて、約5〜30秒の間で変化する可能性があります。
画像受信機（検出器）とシステム解像度
X線が物体を透過する際の減衰を可視化するためには、受像器が必要です。CBCTでは通常、CMOS (相補型金属酸化膜半導体)と呼ばれる半導体技術に基づくFPD（フラットパネルディテクタ：面状検出器）で構成され、入射X線を電位に変換します。検出器は画像要素（ピクセル）のグリッド、いわゆるマトリックスで構成され、個々のピクセルは黒の度合いを示す値を示します。
CBCTのようなコンピュータ断層撮影技術では、検出器からの信号は、ピクセルの3次元的等価物であるボリューム要素（ボクセル）に再構成されています（画像4）。
解像度とコントラストの両方が、適切な診断を可能にするための重要な特性です。
優れた解像度とは、特定の領域内に多くのピクセル（ピクセル/ボクセル）があり、各ピクセルが多くのグレースケール値をとることができる優れたコントラストを意味します。
したがって、システムの解像度に影響を与える主な要因は2つあります。
- ボクセルサイズ
- グレースケールビット深度（スウェーデン語：bitdjup）
ボクセルサイズ
CBCTは通常、すべての辺が同じサイズの立方体または等方性のボクセルを使用します。ボクセルは、非立方体または異方性にすることもできます。これは、一般的に従来のコンピューター断層撮影（ CT ）です。
ボクセルサイズを小さくすることで、一定の面積により多くの撮像要素を収容できるようになり、その結果、解像度が高くなります。CBCT技術では、ボクセルサイズは検出器のピクセルサイズに依存しますが、従来のコンピュータ断層撮影（CT）ではスライス厚に依存します。現在、0.08mmのボクセルサイズを再構成できるCBCT装置が利用可能です。
ただし、ボクセルのサイズが小さいと、その構造に影響を与えるX線の量が少なくなり、画像のノイズが増えます。露出を増やして患者への放射線量を増やすことでノイズを減らすことは可能です。
ビット深度
グレースケールのビット深度は、個々のボクセルが提示できるグレースケール値の数、いわゆるビット深度を示します。コンピュータシステムは、0と1の数字の組み合わせとして、バイナリ形式でグレースケール値を伝達します。0は白を意味し、1は黒を意味します。
CBCTは通常、12～16ビットのビット深度を使用します。つまり、個々のボクセルは、入射X線の減衰に応じて4096（2 12 ）～65 536（2 16 ）の異なるグレースケール値を提示できます（画像5）。
システムの解像度に対するビット深度の重要性は、1ビット画像（画像6 ）で例示できます。ここでは、個々のボクセルは白または黒のみを示し、密度に応じた異なる組織間の減衰の違いを除外しています。
部分容積効果（partial volume effect）
個々のボクセルは減衰に基づくグレースケール値しか表すことができないため、コントラストの高い領域と低い領域の境界領域にあるボクセル（つまり、ボクセルの撮像領域内に高濃度と低濃度の両方の物質がある）は、2つの平均値を持つことになります。実際には、これは例えば、空気や軟組織に近い薄い骨片は、軟組織の信号が優先されるため、薄い骨の信号が消えるグレースケール値を持つことを意味します。
※部分容積効果（partial volume effect）…ボクセル内に複数の組織が含まれている場合、それらの組織のCT値の平均した値がピクセルのCT値となること。
アーチファクト
得られた画像素材のアーチファクト(CT画像に現れるノイズ)または妨害は、次の主要なグループに分類できます。
- 設備・技術関連
- 画像キャプチャ/再構築関連
- オブジェクト（患者）関連
設備・技術関連
機械部品／投影ジオメトリまたは受像器／検出器のいずれかに依存するアーチファクト
- リングアーチファクト (スウェーデン語: ringartefakt )
画像素材に円形の明るい縞として表示され、通常は画像受信機（検出器）が正しく調整されていないことが原因です - 歪んだ周辺部 (スウェーデン語: distorseder i periferin )
開口部の機械的欠陥が原因である可能性がある、ボリュームデータの減少など、ボリュームデータの周辺の障害
画像キャプチャ/再構築関連
投影データの誤った再構成によるアーチファクト
- 放射線硬化、ストリークアーチファクト
画像情報の欠如/画像素材の黒い領域。多くの場合、中心から放射状に広がる光の筋と組み合わされます。高コントラストの材料、つまり、X線が通過しない、またはその制限に関連してエネルギースペクトルがずれているような高密度の材料が原因です。通常、通常、義歯や金冠などの金属材料に伴って見られます（画像7）。
オブジェクト（患者）関連
- モーションアーチファクト
その名が示すように、これらのアーティファクトは検査に対する患者の動きによるものです。通常、ぼやけた二重輪郭として現れ、描出された検査ボリューム全体の画質を損ないます。
CBCTと従来のコンピューター断層撮影（CT）の違い
射影幾何学や再構成アルゴリズムといった2つの手法の基本的な違いに加え、考慮すべき点は他にもあります。
- 学習の機会
- グレースケール値
学習の機会
CBCT
固定容積（幅×高さ×奥行き）。使用可能なボリュームデータのバリエーションはブランドによって異なりますが、ほとんどの場合、いくつかの異なる組み合わせが提供されています（画像8A ）。
撮像ボリュームは変更できないので、希望する画像領域が選択したボリュームサイズに収まるように正しく配置する必要があります。診断したい部位に対して撮影ボリュームが正しく位置決めされていない場合、検査をやり直す必要が生じることがあります。
ボリュームの正しい位置決めを容易にするために、CBCT装置には位置決め機能（スカウト画像：Scout Image）が装備されているものがあり、通常、正面または側面のX線画像で構成されています。これに基づいてボリュームの位置決めを行うことが可能です。
従来のコンピューター断層撮影（CT）
CTによる撮像の出発点はスキャンFOV（Field of view(SFOV)：有効視野）、すなわち最も広い軸方向断面です。再構成に関連してDFOV（Display Field of View：表示有効視野）を小さく選択することで、アキシャル断面の幅が縮小され、原点のごく一部のみが表示されます。これは、画像情報が表示されなくても常に利用可能であることを意味しています。DFOVの設定が狭すぎて見落とされる領域がある場合は、後でその中心を拡大または調整することができます。検査領域の高さ、つまり最終的な体積は、検査セクション（画像スタック）の数によって決まります。これは、位置決め画像（スカウ ト）に基づいて決定され、画像領域内で自由に選択できます（図 8B ）。
画像8：撮影体積が固定されたCBCT法（A）と、検査領域の幅がDFOV（Display Field of View）、その高さと画像スタックの大きさで構成される従来のコンピュータ断層撮影法（B）。
グレースケール値
CBCT
この技術はハウンスフィールド値に調整されておらず、通常、ウィンドウの配置によって異なる組織間の識別が不十分になります。現在、この校正が可能だと考えられている装置もあるが、科学的結果は矛盾しています。特に、投影形状が複雑な要因となっている。フィールドの大きさは、近傍の構造物からの大量の散乱放射線が検出器に当たることを意味し、関心領域に関連したノイズや減衰を引き起こすからです。これは、ビーム経路が狭い従来のコンピュータ断層撮影とは対照的です。
従来のコンピューター断層撮影（CT）
CT技術の発明者であるゴッドフリー・ハウンズフィールドにちなんで命名された較正グレースケール値、いわゆるハウンスフィールド単位（Hounsfield Unit：HU）は、減衰、したがって表示されるグレースケール値が蒸留水の密度に基づいて決定されることを意味します。これに基づいて、異なる組織のHU値を密度に応じて決定することができ、組織の区別が可能になります。
実際には、検査者は対象組織の種類に応じてCT値に置き換え（HU値）を選択し、組織の密度を評価するために検査を使用できることを意味します（骨密度測定など）。
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