光子カウントスペクトル乳房CT：CT数、ノイズ、およびノイズ比とのコントラストに対する適応ろ過の影響

目的：光子カウントスペクトル（PCS）コンピューター断層撮影（CT）は、乳房イメージングの可能性を示しています。現在の光子カウント検出器の問題は、低いカウントレート機能、視野全体の不均一なカウントレートに起因するアーティファクト、および準最適なスペクトル情報です。これらの問題は、X線ビームの組織等価適応ろ過を使用することにより、部分的に対処されています。この研究の目的は、PCS乳房CTのさまざまな側面に対する適応ろ過の影響を調査することでした。 方法：フィルター形状の理論的定式化は、さまざまなフィルター材料に対して導出され、シミュレーションによって評価され、フィルターの実験プロトタイプは組織様材料（アクリル）から製造されました。脂肪およびヨウ素コントラスト要素を備えた腺乳房ファントムのPCS CT画像は、適応フィルターの有無にかかわらず、40、60、90、および120 kvpチューブ電圧でシミュレートされました。CT数、CTノイズ、およびコントラスト対雑音比（CNR）を、適応フィルターの有無にかかわらず取得したスペクトルCT画像について比較されました。マテリアルデコムポーズPCS CT画像についても同様の比較が行われました。 結果：適応フィルターは、通常および材料分解されたPCS CT画像の両方で、CT数、CTノイズ、およびCNRの均一性を改善しました。同じチューブでは、適応フィルターを使用した平均CTノイズは、均一ですが、フィルターによるX線吸収のために適応フィルターなしの平均ノイズよりも高かった。チューブ出力の増加により、適応フィルターによる平均皮膚への曝露はフィルターなしと同じであるように、適応フィルターよりも適応フィルターに匹敵する騒音を使用しないようにしました。エネルギーの重み付けが適用されたとき、およびエネルギー選択的CTデータを使用して材料分解が実行されたときに同様の効果が観察されました。 結論：適応型フィルターは、市販の検出器技術に基づいてPCS乳房CTを可能にする光子カウント検出器のカウントレート要件を減少させます。また、適応フィルターは、ビーム硬化アーティファクトを減少させ、CT数、ノイズ、およびCNRの空間的不均一性を排除することにより、PCS乳房CTの画質を改善します。

PURPOSE: Photon counting spectral (PCS) computed tomography (CT) shows promise for breast imaging. An issue with current photon-counting detectors is low count rate capabilities, artifacts resulting from nonuniform count rate across the field of view, and suboptimal spectral information. These issues are addressed in part by using tissue-equivalent adaptive filtration of the x-ray beam. The purpose of the study was to investigate the effect of adaptive filtration on different aspects of PCS breast CT. METHODS: The theoretical formulation for the filter shape was derived for different filter materials and evaluated by simulation and an experimental prototype of the filter was fabricated from a tissue-like material (acrylic). The PCS CT images of a glandular breast phantom with adipose and iodine contrast elements were simulated at 40, 60, 90, and 120 kVp tube voltages, with and without adaptive filter. The CT numbers, CT noise, and contrast-to-noise ratio (CNR) were compared for spectral CT images acquired with and without adaptive filters. Similar comparison was made for material-decomposed PCS CT images. RESULTS: The adaptive filter improved the uniformity of CT numbers, CT noise, and CNR in both ordinary and material decomposed PCS CT images. At the same tube output the average CT noise with adaptive filter, although uniform, was higher than the average noise without adaptive filter due to x-ray absorption by the filter. Increasing tube output, so that average skin exposure with the adaptive filter was same as without filter, made the noise with adaptive filter comparable to or lower than that without adaptive filter. Similar effects were observed when energy weighting was applied, and when material decompositions were performed using energy selective CT data. CONCLUSIONS: An adaptive filter decreases count rate requirements to the photon counting detectors which enables PCS breast CT based on commercially available detector technologies. Adaptive filter also improves image quality in PCS breast CT by decreasing beam hardening artifacts and by eliminating spatial nonuniformities of CT numbers, noise, and CNR.