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J-GLOBAL ID：202202236922037203   整理番号：22A0910790

二重エネルギーCTによるサブパーセント不確実性陽子阻止能マッピングに向けて:統計的反復画像再構成法の直接実験検証と不確実性解析【JST・京大機械翻訳】

Towards subpercentage uncertainty proton stopping-power mapping via dual-energy CT: Direct experimental validation and uncertainty analysis of a statistical iterative image reconstruction method

著者 (11件)： Medrano Maria (Department of Electrical and Systems Engineering, Washington University, St. Louis, MO, 63130, USA) ,  Liu Ruirui (Department of Radiation Oncology and Winship Cancer Institute, Emory University, Atlanta, GA, 30322, USA) ,  Zhao Tianyu (Department of Radiation Oncology, Washington University, St. Louis, MO, 63110, USA) ,  Webb Tyler (Department of Physics, Washington University, St. Louis, MO, 63130, USA) ,  Politte David G. (Mallinckrodt Institute of Radiology, Washington University, St. Louis, MO, 63110, USA) ,  Whiting Bruce R. (Department of Radiology, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA, 15213, USA) ,  Liao Rui (Department of Electrical and Systems Engineering, Washington University, St. Louis, MO, 63130, USA) ,  Ge Tao (Department of Electrical and Systems Engineering, Washington University, St. Louis, MO, 63130, USA) ,  Porras-Chaverri Mariela A. (Atomic, Nuclear and Molecular Sciences Research Center (CICANUM), University of Costa Rica, San Jose, Costa Rica) ,  O’Sullivan Joseph A. (Department of Electrical and Systems Engineering, Washington University, St. Louis, MO, 63130, USA) ,  Williamson Jeffrey F. (Department of Radiation Oncology, Washington University, St. Louis, MO, 63110, USA)
資料名： Medical Physics  (Medical Physics)
巻： 49  号： 3  ページ： 1599-1618  発行年： 2022年 
JST資料番号： A1258A  ISSN： 0094-2405  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 原著論文  発行国： アメリカ合衆国 (USA)  言語： 英語 (EN)

抄録/ポイント： PURPOSE:16スライス商用CTスキャナに実装された結合二重エネルギーコンピュータトモグラフィ(CT)再構成プロセス(統計的画像再構成法(JSIR-BVM))の可能性を評価し,不確実性が1%未満の高空間分解能阻止電力比(SPR)マップを測定した。方法:JSIR-BVMを用いて,頭部および体ファントムに挿入した既知の密度および原子組成の10の高純度試料について,二重エネルギーCT(DECT)シノグラムから有効電子密度および平均励起エネルギーの画像を再構成した。測定したDECTデータは,ビーム硬化補正なしのPhilips Brilliance Big Bore CTスキャナで連続的に取得した90と140kVp軸シノグラムから構成された。その後,対応するSPRsをMEVION S250超伝導シンクロサイクロトロンのイオンチャンバ測定によって直接測定し,既知の試料組成と密度から理論的に評価した。JSIR-BVMSPR値の偏差を,JSIR-BVM法及びSPRイメージングのためのHuenemohr-Saito(H-S)DECT画像ドメイン分解技法の実装に対して評価した。次に,5つの異なるシナリオ(JSIR-BVM停止電力比/停止電力(SPR/SP)の国際委員会に対する国際委員会)に対する完全な不確実性解析を,測定した光子スペクトル,サンプル組成及び密度,光子断面積及びI値モデル,及びランダム測定不確実性における不確実性の影響を含む,測定におけるガイドラインに対するJSIR-BVMSPR/SPマップの,測定における指針に対するJSIR-BVM SPR/SPマップにおける不確実性と,測定における不確実性の表現に対する不確実性の影響を含めて,測定したベンチマークに対するJSIR-BVM SPR/SPマップにおける不確実性と,測定における不確実性の表現に対する不確実性の影響を含む,JSIR-BVM SPR/SPマップにおける不確実性の5つの異なるシナリオについて,その次に,その比較を,行ったものである。” JSIR-BVM SPR/SPマップ”について,国際委員会(JSIR-BVM SPR/SPマップ)と比較した。未知組成の患者における3つの主な組織群に対する推定SPR不確実性および3つのプロトン処理部位に対する各組織型の加重割合を用いて,著者らの方法に対する複合範囲不確実性を誘導した。結果:平均JSIR-BVM SPR推定値は,1.1%および-1.0%(頭部ファントム)および1.1%および-1.1%(体ファントム)の陽子測定に対してSPR誤差を有する高密度デリンおよびテフロン試料を除き,ほとんどの挿入およびファントム形状に対して,それらの理論的および直接測定した地上値から1%未満に逸脱した。全試料の全二乗平均平方根(RMS)偏差は,理論的および直接測定した地上-トラスSPRsと比較して,それぞれ,0.39%および0.52%(頭部ファントム)および0.43%および0.57%(体ファントム)であった。画像ドメイン分解法に対する対応するRMS(最大)誤差は,頭部ファントムで2.68%と2.73%(4.68%と4.99%),体ファントムで0.71%と0.87%(1.37%と1.66%)であった。H-S SPRマップと比較して,JSIR-BVMは,それぞれ,軟組織と骨様代用物に対して30%のシャープな画像と2倍のシャープな画像をもたらし,一方,それぞれ6と3の因子によってノイズを減少させた。DECT-ベンチマーク値比較の不確実性(被覆率k=1)は0.5%から1.5%の範囲であり,走査ビーム光子スペクトル不確実性によって支配された。未知組成の患者のSPR不確実性の解析は,0.6~0.9%の複合体範囲不確実性をもたらすソフト,肺,および骨組織群に対して,JSIR-BVM不確実性が0.65%,1.21%,および0.77%であることを示した。結論:観察されたJSIR-BVM SPR推定誤差は,ベンチマーク実験の推定k=1全不確実性の50%未満であり,JSIR-BVM高空間分解能,低雑音SPRマッピングが実行可能であり,走査物体の形状の変化にロバストであることを示した。対照的に,はるかに大きいH-SSPR推定誤差は,画像ノイズと残留ビーム硬化アーチファクトによって支配された。現在のJSIR-BVM実装の不確実性特性は1.5%と大きいが,<1%の全不確実性の達成は,スキャナ特異的散乱プロファイルと光子スペクトル推定の精度を改善することによって実現可能である。ビーム硬化アーチファクトに対するロバスト性,画像ノイズ,およびファントムサイズと形状の変化によって,JSIR-BVMは,サブパーセント精度および臨床設定における推定不確実性を有する高空間分解能SPRマッピングを達成する可能性を有する。Copyright 2022 Wiley Publishing Japan K.K. All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.【JST・京大機械翻訳】

シソーラス用語： 光子 ,  雑音 ,  断面積 ,  *陽子 ,  電力 ,  *不確実性 ,  リン ,  スペクトル ,  走査装置 ,  ファントム ,  平均値 ,  ベンチマーク ,  ロバスト性 ,  アーチファクト ,  *画像再構成

著者キーワード (4件)： 二重エネルギー計算機トモグラフィー ,  陽子阻止能 ,  陽子療法 ,  統計的画像再構成

分類 (3件)： 放射線を利用した診断  (GC04020K) ,  医用画像処理  (JE04020T) ,  医療用機器装置  (GA05020L)

タイトルに関連する用語 (12件)： 二重エネルギーCT ,  サブ ,  パーセント ,  不確実性 ,  陽子 ,  阻止能 ,  マッピング ,  統計 ,  反復 ,  画像再構成 ,  実験検証 ,  不確実性解析