多断面再構成
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/10/08 12:37 UTC 版)
多断面再構成（ただんめんさいこうせい、MPR、英: multiplanar reformation）は、CTで得た体積データから任意の平面や曲面上に画素値を再標本化して表示する画像処理手法である。螺旋CTとMDCTの普及で等方性ボクセルが実現し、MPRは三次元読影の基盤として日常診療に定着した。直交・斜位・曲面（CPR）を使い分け、神経・胸部・腹部・筋骨格・心血管などで管腔走行や病変形態の把握に寄与する。部分容積や階段状アーチファクト（stair-step artifact）、金属・石灰化のブルーミング（blooming）アーチファクトに留意し、スライス厚・カーネルなど適切な再構成と逐次近似/AI再構成で画質の改善を図る。
歴史と発展
多断面再構成（MPR）は，ヘリカルスキャンの実用化により連続体積データが得られるようになった1990年代に臨床的価値が高まり，三次元処理の基礎的ツールとして普及した[1][2]。その後，マルチディテクタCT（MDCT）の登場と回転速度の高速化により等方性ボクセルが実現し，任意断面の高精細表示が日常化した[3]。ワークステーションの普及に伴い，直交MPRのみならず斜位MPRや曲面再構成（CPR）が血管・管腔臓器評価で広く用いられるようになった[2]。2010年代以降は逐次近似再構成が標準化し，画像質とノイズの制御や画質安定化が進展し，さらにAIを活用した再構成が登場して適応範囲での画質改善が報告されている[4]。国内でも装置性能と処理系の進歩に歩調を合わせてMPRの適用領域が拡大し，ルーチン読影の基盤技術として確立している[5]。
画像再構成の原理
多断面再構成（MPR）は、体軸方向に取得したボリュームデータをボクセル空間上で座標変換し、任意の平面または曲面上に強度値を再標本化して画像化する手法である。直交MPRは軸位・冠状・矢状の直交平面に沿って線形または高次補間を行い、斜位MPRは任意傾斜面への切り出し（reformat）を可能にする。一方、曲面再構成（CPR, curved planar reformation）は血管や管腔の中心線（centerline）に沿った曲面を定義して二次元展開し、走行や狭窄の連続評価を容易にする[6][7]。再標本化では最近傍、双線形、三次補間（cubic interpolation）などの補間が用いられ、幾何学的整合と空間分解能のバランスが重要となる。さらに、逐次近似再構成（IR）やモデルベース再構成（MBIR）はノイズやアーチファクトを低減し、MPRの視認性向上に寄与する[8][9]。臨床実装では，アルゴリズム特性に応じた再構成・表示プロトコルの整備が求められる[10]。
再構成パラメータ
MPRの画質は取得データの等方性に加え，再構成時の設定に大きく依存する。スライス厚・間隔は部分容積効果と空間分解能の主要因であり，薄いほど線状構造の連続性や小病変の検出は向上する一方，ノイズ増加や読影負荷／再構成（処理）負荷とのトレードオフが生じる[11][12]。再構成カーネルはエッジ強調とノイズのバランスを規定し，冠動脈プラークなど高周波情報の評価ではシャープ系（高周波強調）カーネル，軟部組織ではスムーズ系（平滑）カーネルが選択される[13][14]。FOVとマトリクスは画素サイズ（面内分解能（in-plane resolution））を決定し，対象臓器に適合したFOV縮小と十分なマトリクス数の確保が望ましい。ラジオミクスではスライス厚やカーネルの選択が特徴量の再現性に影響し，プロトコル標準化の重要性が指摘されている[15]。
臨床応用
多断面再構成（MPR）は解剖学的走行に合わせた断面表示を可能にし，領域横断で診断能を高める。神経領域ではCPRにより海綿静脈洞部など屈曲の強い内頸動脈瘤の形態把握が容易となる[7]。末梢動脈CTAでは複数経路のCPR（multipath CPR）が読影時間を短縮しつつ診断精度を維持・向上しうる[16]。消化管領域では成人CTコロノグラフィの実施基準においてMPR/CPRの活用が推奨され，ポリープ描出や内腔評価に寄与する[17]。心血管領域では冠動脈CTAにおいて最適化されたMPR（症例・施設に合わせたMPR）が自動血管抽出と補完関係にあり，狭窄や分岐部の評価で有用とされる[18]。さらに実践ガイドラインは，冠動脈のセグメント評価やプラーク性状の把握でCPR/MPRを標準的手法として位置づけている[19]。
アーチファクトと限界
MPRでは体積データから任意断面を再標本化・補間する過程で複数のアーチファクトが顕在化する。高吸収域が実際よりも大きく見えるブルーミング（blooming）アーチファクトは石灰化や金属で典型的で，境界の拡散により狭窄やプラーク体積を過大評価し得る[20][21]。部分容積効果は厚スライスや斜位断で画素内に異なる組織が混在し，密度の平均化や誤認を招く[22]。階段状アーチファクト（stair-step artifact）は主として体軸分解能（スライス厚）や再構成間隔の不適合により輪郭が段差状に見える現象で，等方性ボクセルでの取得と重複（オーバーラップ）再構成により低減できる[23]。運動や金属によるストリークはMPRでも形態を歪ませうるが，モデルベース逐次近似や金属アーチファクト低減の適用で抑制可能である[24]。
脚注
- ^ “Spiral Computed Tomography” (英語). JK Science (JK Science).
- ^ a b “The Evolution and State-of-the-Art Principles of Multislice CT” (英語). Proceedings of the American Thoracic Society (American Thoracic Society).
- ^ “Volumetric imaging with MDCT (Chapter 2)” (英語). Medical Radiology (Springer).
- ^ “The evolution of image reconstruction for CT—from filtered back projection to artificial intelligence” (英語). European Radiology (Springer).
- ^ 「エックス線CTの最前」『岩手医科学会雑誌』、岩手医科学会。
- ^ “CPR – Curved Planar Reformation” (英語). Technical Report (TU Wien).
- ^ a b “Curved Planar Reformatted CT Angiography: Usefulness for the Evaluation of Aneurysms at the Carotid Siphon” (英語). AJNR American Journal of Neuroradiology (American Society of Neuroradiology).
- ^ “CT iterative reconstruction algorithms: a task-based image quality assessment” (英語). European Radiology (Springer).
- ^ “Deep Residual Learning for Model-Based Iterative Reconstruction” (英語). ICASSP Proceedings (IEEE).
- ^ “Iterative Reconstruction Algorithms—CT Tips & Tricks” (英語). EuroSafe Imaging CT Tips & Tricks (European Society of Radiology).
- ^ “Impact of slice thickness, pixel size, and CT dose on the performance of a model observer” (英語). Medical Physics (Wiley).
- ^ 「マルチスライスCTにおけるMPR画像のスライスプロファイル特性」『日本放射線技術学会雑誌』、日本放射線技術学会。
- ^ “Influence of slice thickness and reconstruction kernel on CT attenuation of coronary atherosclerotic plaque” (英語). Journal of Cardiovascular Computed Tomography (Elsevier).
- ^ 「CTにおける画像再構成フィルタがプラーク評価に及ぼす影響」『日本放射線技術学会雑誌』、日本放射線技術学会。
- ^ “Effects of contrast-enhancement, reconstruction slice thickness and convolution kernel on radiomics of solitary pulmonary nodules” (英語). Scientific Reports (Nature Publishing Group).
- ^ “Multipath Curved Planar Reformations of Peripheral CT Angiography: Diagnostic Accuracy and Time Efficiency” (英語). Cardiovascular and Interventional Radiology (Springer).
- ^ “Practice Parameter for CT Colonography in Adults” (英語). American College of Radiology (American College of Radiology).
- ^ “Individually adapted multiplanar reformations vs automated vessel extraction in coronary CTA” (英語). European Journal of Radiology (Elsevier).
- ^ “CAR/CSTR Cardiac Computed Tomography Practice Guidelines” (英語). Canadian Association of Radiologists Journal (SAGE Publications).
- ^ “Cardiac CT blooming artifacts: clinical significance, root causes, and potential solutions” (英語). Visual Computing for Industry, Biomedicine, and Art (SpringerOpen).
- ^ “Quantitative analysis of blooming artifact caused by calcification on coronary CT” (英語). Scientific Reports (Nature Portfolio).
- ^ “Artifacts and Partial-Volume Effects” (英語). University resource (The University of Texas at Austin).
- ^ 「ヘリカルCTによる体軸方向分解能の改善（ステアステップ対策を含む）」『日本放射線技術学会雑誌』、日本放射線技術学会。
- ^ “Effect of Model-Based Iterative Reconstruction and Hybrid IR with Metal Artifact Reduction in the Presence of Dental Hardware” (英語). AJNR American Journal of Neuroradiology (American Society of Neuroradiology).
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