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機関誌

2003年度バックナンバー巻頭言6月

2003年6月1日更新

巻頭言

「医用診断技術」特集号の刊行にあたって

 医用診断装置は人体における究極の非破壊検査装置である。特に画像化を伴う技術においては非破壊検査と医用診断の技術的な関連性は極めて深く,放射線と超音波の応用に関しては医用の技術を産業用に技術トランスファした例も少なくない。非破壊検査の分野に携わる識者からは“産業,医用の交流を積極的に進めるべきである”との提言も多く聞かれる。そこで6月号は最近の医用診断技術,及び装置の特集を企画した。  ここでは人体の診断情報を画像として表現する技術に焦点を当て,「X線CT:マルチスライスCTにおける要素技術」,「超音波 Harmonic Imaging」,「核医学検査とその注目技術」,「X線フィルムに替わるフラットパネルセンサの開発動向と応用」,「MRI」の5つの技術を取り上げた。これらは現在,及び将来にわたって医用診断技術の主流をなすもので,X線,超音波,RI,磁気の情報を用いている。医用診断では画像精度の向上,3次元化,動態観察が大きなテーマである。これに加えて患者負担の軽減(診断中の身体的,心理的な不安や圧迫の除去),非侵襲(患者を傷つけない),非観血(出血を伴わない)等の患者に対する基本的な配慮が医用診断装置として求められる。   CT(Computed Tomography)はX線CTとMRI(Magnetic Resonance Imaging)が成熟技術として全盛期を迎えており,性能面での進化は目覚しい。ここで取り上げられているマルチスライスCTでは“撮影対象を固定”というCTの常識を越えて人体を対軸方向に移動させながらスキャンする“ヘリカルスキャン”に加え,対軸方向に16列(16スライスに相当)を同時撮影し,診断部位の3次元画像を得ている。短時間で全身の撮影をも可能にするものである。これらはX線管と検出器を連続回転させるハードウエアと,CTの原理に反しない新たな画像再構成ソフトウエアの開発で達成された。MRIはX線CTと補完関係にあると言えるものである。生体に害がないと言われる磁気情報を用いて,脳の腫瘍や,脊椎等の軟部組織の3次元画像を一回の撮影で得られる特徴を持つ。また,造影剤を使わないか,あるいは小量の造影剤で血管の画像化が可能である。3次元画像表示方法も目的部位をより鮮明に表示するよう改良が加えられている。撮影時間は従来1時間程度を要していたが,約50%の時間で完了するよう高速化された。  超音波診断は人体に対して非侵襲でリアルタイム性を持つことが大きな特徴である。脳神経,泌尿器,産婦人科,整形外科等広く使われている。循環器系では心臓の異常を的確に診断するカラードップラが可能になっており,他の技術にない診断能を発揮する。技術的には信号処理がデジタル化されたことで画質が大きく改良され,骨,脂肪,筋肉,空気等の非均質組織による画像劣化を補償することも可能になった。  核医学検査は患者の体内にガンマ線を放射する薬剤を投与してガンマカメラやPET(Positron Emission)スキャナで人体組織や腫瘍へ取り込まれた状態を画像化する技術で,臓器の代謝や機能を診断できることが大きな特徴である。注目技術は3次元表示技術であり,心電図同期による心臓の3次元画像で心筋の正確な診断が可能になった。  フラットパネルセンサはX線透視用の2次元センサとしてX線フィルム,イメージングプレート,X線I I(Image Intensifier)に置き換えられる可能性を持ったセンサで,これからの主流をなすものであろう。X線像を効率良く電子情報に変換できるため,医療用途に限らず,非破壊検査に広く用いられようとしている。技術トレンドとしては静止画撮影から,動画撮影に向かっており,画質と高い空間分解能を保ってリアルタイム性が追求されている。  いずれの技術も非破壊検査技術の新たな将来展望へのきっかけになり得るものであり,この特集が医療と産業分野の交流を一層深めるきっかけになれば幸いである。

*特集号編集担当 藤井正司

 

解説 医用診断技術

X線CT:マルチスライスCTにおける要素技術
  尾嵜 真浩 (株)東芝 医用システム社

Key Technologies of Multislice CT Scanner
Masahiro OZAKI TOSHIBA Corporation Medical Systems Company
キーワード コンピュータ断層撮影(CT),放射線検出器,画像処理,逆問題,医用機器



1. はじめに  1973年に医療分野に登場したX線CTスキャナ(以下CT)は画像診断になくてはならない医療装置として活躍している。最近,検出器の多列化を中心とした様々な技術革新により,マルチスライスCTが誕生しその診断能が格段に進歩した。その進歩を端的に示す画像が図1である。図1(左)は90年代に普及したシングルスライスのCTが標準的な撮影条件で収集できるデータから断面変換技術で作成した画像である(シミュレーションデータ)。これに対して図1(右)は最新鋭マルチスライスCT装置で収集したデータから作成した画像である。データ量にどれほどの違いがあるか一目瞭然であろう。この例のように,データ量が十倍以上増加し,MRI装置のように多方向からの画像観察が可能となった(今までは,特殊な場合を除き,横断像で診断がなされていた)。  当社は高速スリップリングCT(1985年)1)やヘリカルスキャン技術※1(1990年)2),3),4),リアルタイム再構成技術(1993年)を開発し,さらにそれまでスキャン時間は毎秒1回転が最短であったが,1998年には0.5秒/回転を実現した5)。そしてさらに,最近の技術として,1999年に4列のマルチスライスCTを製品化し6),7),常に CTの技術革新をリードしてきた。最新鋭のマルチスライスCTは2002年より発売を開始したAquilionTM 16列システム(以下,16列マルチスライスCT)である。ここでは,マルチスライスCTを実現するために必要な要素技術をこのCTをサンプルとして解説する。

図1 マルチスライスCTによる分解能向上(体軸方向)
図1 マルチスライスCTによる分解能向上(体軸方向) 

 

※1 ヘリカルスキャン:X線管を連続回転させながら,寝台を体軸方向に定速移動させることで被検体をらせん(ヘリカル)状にスキャンし,その投影データを収集する撮影法

 

超音波 Harmonic Imaging
   杉山 隆司 (株)日立メディコ

IUltrasound Harmonic Imaging
Takashi SUGIYAMA Hitachi Medical Corpration
キーワード 超音波診断装置,ティッシュ ハーモニック,コントラストハーモニック,非線形



1. はじめに  超音波診断には,無侵襲・リアルタイム・被爆がないといった特徴がある。このため現在の医療の世界では,循環器・消化器を中心に脳神経・泌尿器・産婦人科・整形外科等幅広い領域で使用される検査法となっている。特に,1990年代に入るとそれまで数msのアナログ遅延線を使っていた整相部(フォーカス回路)が,デジタル回路に置き換わり,画質は著しい進歩を遂げてきた。しかし,装置側が最新の技術により理想化されても,想定する音場はあくまで均一媒体の音場であり,実際には生体側の非均一性の影響を受ける。例えば,表在に存在する骨,皮膚直下にある筋肉層,脂肪層,肺に存在する空気,腸間に存在するガス,血管組織等のダクト等々からの影響により画質は著しく劣化する場合がある。  このような非均一媒体に対し非線形効果を利用した画質改善に関する提案や研究は1970年代から行われてきた。しかし,超音波診断装置に本格的に適用する試みは,デジタル診断装置が普及した1990年代に入ってからである。これらの研究は,生体内を伝搬する超音波の非線形性に注目し,その高調波成分(Harmonic)を積極的に利用し,サイドローブや多重反射による画質の劣化要因を減らして画質を改善するものであり,ティッシュハーモニックイメージング(THI)と呼ばれるものである。  一方,1990年代は微小気泡からなる超音波造影剤の開発においても大きな進歩が見られ,現在においてもさらに研究は進められている。微小気泡は血液の流れに沿って体内を循環するため,形態診断とは異なる新しい情報を含むものと期待されており,コントラストエコー法と呼ばれている。コントラストエコー法においては,造影剤と生体組織とが識別できることが重要である。超音波造影剤は微小気泡(つまり気体)であり生体に比べ強い非線形性を持っている。この特性を活かし,生体と造影剤からの反射波との識別性を高めた映像法がコントラストハーモニックイメージング(CHI)である。  以下にティッシュハーモニックイメージング及びコントラストイメージング(CHI)の原理,特徴等について解説する。

 

 

核医学検査とその注目技術
    高橋 宗尊 (株)島津製作所 医用機器事業部 マーケティング部


The Technology of Nuclear Medicine and Features of Remarkable Techniques
Munehiro TAKAHASHI Marketing Department, Medical Systems Division, Shimadzu Corporation
キーワード 核医学,SPECT,PET,心電図同期心筋SPECT,FDG,QGS



1. はじめに  核医学(画像診断)検査とは,患者の体内に放射線(ガンマ線)を放出する薬剤を投与し,検出器回転型ガンマカメラ(図1上)やPETスキャナー(Positron Emission Tomography:図1下)を用いて画像化することで,病気の状態を診断する検査方法である。この検査法で投与される薬剤は,基本的には人体臓器に代謝される物質の一部分を放射性同位元素(Radio Isotope:以下RI)に置き換えることなどにより生成される。例えば,後述されるF – 18標識FDG(2 – デオキシ – 2 – 18F – フルオロ – D – グルコース)という薬剤は,グルコースの2位の水酸基をRIであるフッ素(18F)に代えたものである1)。この薬剤は,腫瘍への取り込みが多く,最近注目を集めているPET検査で利用される(図2)。  核医学検査が対応する臓器は多岐にわたる。例えば心臓疾患であれば,201TlというRIを標識した塩化タリウム(TlCl)という薬剤を患者に静脈注射により投与することで,心筋にどのように分布するかを観察する。冠状動脈が狭窄していればそこから先の血流が阻害されているわけであり,その先の心筋への取り込みが低下するため,画像化されにくい。還流が改善しても,心筋細胞が死んでいればその細胞は薬剤を取り込まず,やはり画像化されない。  また,脳組織への取り込みを診断するには99mTcというRIを標識した薬剤を使用したり,肺の換気状態を診断するために133Xeを使用したりする。  これらの検査は,X線CTやMRI装置と同様に,断層像を作成することで薬剤の対象臓器への分布をより詳細に診断することを可能にするものである。これらの検査の最大の特徴は,原則的には薬品を投与するだけで臓器の状態を把握することができる非侵襲検査であるという点である。放射線被曝という点でのデメリットも考えられるが,この被曝量はX線CTの一回の検査に比べると非常に少ない。

図1 ガンマカメラ(上:写真は三検出器回転型)とPETスキャナー(下)
図1 ガンマカメラ(上:写真は三検出器回転型)とPETスキャナー(下) 

 

図2 FDG検出例
図2 FDG検出例
 頚部から胸部にかけて点在する赤い斑点で表現されている部分が腫瘍である。
   データ提供:横浜市立大学医学部付属病院

 

 

 

X線フィルムに替わるフラットパネルセンサの開発動向と応用
   辻井  修 キヤノン(株) DR事業推進センター

Development Trend and Application of Flat Panel Detector Replacing X-ray Film
Osamu TSUJII Canon Inc. DR Business Center
キーワード コンピューテッドラジオグラフィー(CR),デジタルラジオグラフィー(DR),フラットパネルディテクター(FPD),コンピューテッドトモグラフィー(CT)



1. はじめに 1980年代コンピューテッドラジオグラフィー(CR)が開発され,X線撮影のデジタル化が開始された。CRは,救急やベッドサイドなど曝射線量を適量に制御することが難しい状況においてメリットを発揮する。曝射線量を誤って撮影しても,フィルムのように露光不足や露光オーバーで診断不能になることはなく,デジタル画像処理による濃度調整で好適な画像を提供できるからである。しかし,CRはフィルム同様にカセッテを使用するで,技師のワークフローは改善していない。一枚撮影するごとにイメージングプレート(IP)内蔵カセッテを交換し,撮影済みカセッテを専用スキャナに挿入する動作は,フィルムカセッテを撮影ごとに現像機に挿入する手順と同様であり,煩雑な作業である。  フラットパネルディテクタ(FPD)は,1990年後半に製品化が開始された。FPDもフィルムより広いダイナミックレンジを有し,曝射線量に依存せず好適な濃度の画像を医師に提供する。そして,FPDは技師のワークフローを改善した。撮影ごとにカセッテを交換したり,専用スキャナに挿入したりする必要はなく,患者の体位を調整して曝射を繰り返せばよいだけである。FPDはX線一般撮影(静止画)をターゲットに製品化されてきたが,乳房撮影,透視撮影,4次元CTへの応用が進んでいるので以下簡単に紹介する。

 

 

 

M R I(Magnetic Resonance Imaging)
   杉本  博 (株)東芝 医用システム社

Magnetic Resonance Imaging
Hiroshi SUGIMOTO Toshiba Corporation, Medical Systems Campany
キーワード 核磁気共鳴,MRI



1. MR イメージングの基礎

1.1 磁気共鳴の原理

 核磁気共鳴(MRIでは,「核」を取って磁気共鳴と呼ぶ)は,磁気モーメントと角運動量を持つ系に見られる現象で,共鳴を起こす原子核ごとに固有のラーモア周波数(注)での共鳴現象である。MRIはこの現象を利用して主に人体内の水素原子核(スピン角運動量1/2)の分布を画像化する。このためには静磁場(通常 0.15〜1.5T)とラーモア周波数の高周波磁場(1.5Tの静磁場中に置かれた水素原子核の場合63.8MHz)が必要となる。対象となる核種ごとに共鳴周波数が異なるので,特定の核種を選択的に観測できるのが,磁気共鳴の特徴の一つである。
1.2 MRイメージングの原理

 人体断面からの磁気共鳴信号を収集して,これを断面像として画像化するには,一つ一つの画素ごとの磁気共鳴信号を収集するよりも,短時間でかつSN比の高いフーリエ法が一般に使われている。断面画像のフーリエ変換に相当する信号を直接収集し,それらのデータを逆フーリエ変換して断面画像を得る方法で,そのために静磁場に,位置によって強度の異なる弱い線形傾斜磁場を重ね,位置ごとの共鳴周波数を少しづつずらしておいて,それらの重なり合った磁気共鳴信号を収集する。これらの収集データは,フーリエ面に相当するk空間(2次元の場合は,kx – ky面,3次元の場合は,kx – ky – kz空間)の一点として表される。傾斜磁場の方向毎の強度を変えて,k空間上の点を均等に埋めるように磁気共鳴信号を収集する。これらのデータを2次元もしくは3次元逆フーリエ変換することによって,2次元もしくは3次元のMR画像が同時に得られる。

 

 

 

論文

表層欠陥検出用超音波センサによる薄鋼板中の介在物検出
   山本  弘/瀧下 芳彦/坂  真澄


Determination of Inclusions in Steel Sheet by Ultrasonic Probe in Detecting Near Surface Flaws
Hiroshi YAMAMOTO*, Yoshihiko TAKISHITA* and Masumi SAKA**
Abstract

A new type of ultrasonic probe was developed to detect near surface flaws. The probe has a hollow center by which a leaky surface acoustic wave (LSAW) can be easily separated from longitudinal waves along the central axis. To verify applicability of the probe, a steel sheet was tested , and the inclusions it contained were detected without grinding the sheet surface . The results showed that this probe with lower frequency detected inclusions more clearly than the conventional method with high frequency. The inclusions were detected at a depth of 30mm below the sheet surface and had a width of 80mm.
Key Words Ultrasonic testing, Ultrasonic probe, LSAW, Surface flaw, Inclusion



1. はじめに  省資源・軽量化を目的として鋼板の薄肉化が進み,微小な欠陥検出技術の開発が最近望まれている。薄鋼板中の介在物は,ユーザの塑性加工工程において,割れやピンホールの発生原因となるため,介在物を検出する技術が重要となってきている。一方,著者らは,これまで表層欠陥検出用超音波センサの開発1)を行い,漏洩弾性表面波2)による溶射皮膜の健全性評価を行ってきた。漏洩弾性表面波は,表層部を1波長程度浸透しながら伝搬するため,表層情報を多分に含んでいる。これまで超音波による介在物の検出法には,溶射皮膜の健全性評価と同様に薄鋼板表面から超音波を入射して,底面のエコー強度変化から介在物の有無を画像情報として検出する方法がある。ここでの超音波センサは,焦点型が用いられている。検出法は,焦点型超音波センサの焦点位置を薄鋼板の底面に合わせ,底面反射波の強度変化による方法や表面反射波と底面反射波との間に,ゲートを設定して検出する方法である。しかし,各手法とも被検体となる鋼板の厚みが薄くなるほど,表面反射波と底面反射波との分離が困難となる。さらに焦点型超音波センサのダンピング性能も大きく影響する。表面反射波と底面反射波とを分離可能とするためには,焦点型超音波センサの高周波化も必要となり,装置の取り扱いの煩雑さやコスト面で問題となってくる。そこで,表層の情報を抽出する超音波モードとして漏洩弾性表面波(LSAW)に注目して,薄鋼板中の介在物検出への適用を試みた。

 

 

原稿受付:平成14年6月26日
 日立建機(株) 技術開発センタ(茨城県土浦市神立町650)Technical Research Center, Hitachi Construction Machinery Co.,Ltd.
 東北大学(宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉01)Department of Mechanical Engineering, Tohoku University

 

赤外線サーモグラフィを用いたプラスチックフィルム製液体包装袋のヒートシール部の品質評価
   梅崎 栄作/二瀬 克規/青木 博之/鎌田 幸彦

Infrared Thermographic Evaluation of Heat-seal Quality in Heat-sealed Areas of Liquid Packaging Bags Made of Plastic Film
Eisaku UMEZAKI*, Katsunori FUTASE**, Hiroyuki AOKI** and Yukihiko KAMADA**
Abstract
The temperature on the surface of the heat-sealed area of liquid packaging bags made of laminated plastic film was measured by infrared thermography to learn the effect of temperature of heat-sealing plates and the rate of film feed on quality of the seal. Such quality is evaluated on the basis of whether or not there is separation between the heat-sealed films. Distribution of temperatures on the surface of the heat-sealed areas was shown to be useful to evaluate the heat-seal quality.
Key Words Infrared thermography, Liquid packaging bag, Plastic film, Heat sealing, Temperature distribution



1. はじめに  プラスチック包装袋は,軽量,安価,機能的にすぐれている等により,その使用量は年々増加している。これらの包装袋の多くは,リサイクルが困難であり,廃棄物となる道をたどり,プラスチックゴミ公害の発生源にもなっている。リサイクルが困難なプラスチック包装袋の解決方法として,少量のプラスチックフィルムの使用量ですむ,非常に薄い単一のプラスチックフィルムを貼り合わせた,フレキシブル包装袋が用いられている。この包装袋は,また,使用後に簡単に折り畳みができることから,廃棄プラスチック処理問題に有効である。  フレキシブル包装袋の一種で,液体やペースト状のものが充填される液体包装袋は,多層プラスチックフィルムを加熱してヒートシールすることにより製作されるが,経済的な面から,より高速で製作したいという要望がある。しかしながら,その製作速度(フィルム送り速度)を高速にすると,ヒートシールされた部分(ヒートシール部)の信頼性が低下し,包装した内容物がヒートシール部から漏れる原因となる。ヒートシール部からの漏れを防止するためには,あらかじめ,袋の製作速度,ヒートシール温度とヒートシール部の接着性や強度との関係を調べておかなければならない。また,実際の液体包装袋の製作時においても,ヒートシール部の接着性を定期的に調べることが望ましい。  これまで,このようなヒートシール部の接着性や強度評価は,主として,引張試験,衝撃試験,切断したヒートシール部断面の観察のように,破壊的に行われている1)−5)。もし,これらの評価が非破壊的に実施できれば,評価に必要な時間が節約できるとともに,オンライン評価が可能になると考えられる。  本研究では,プラスチックフィルム製液体包装袋の製作速度とヒートシール温度を変化させたときに,赤外線サーモグラフィを用いて,ヒートシール直後における,液体包装袋のヒートシール部の温度を測定し,得られた温度分布からヒートシール部の品質が評価できるかどうかを調べた。

 

 

原稿受付:平成14年8月30日
 日本工業大学工学部(埼玉県南埼玉郡宮代町学園台4-1)Department of Mechanical Engineering, Nippon Institute of Technology
 大成ラミック(株)(埼玉県南埼玉郡白岡町下大崎873-1)Taisei Lamick Co., Ltd.

 

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