Development of photon counting mammography using ultra-sensitive semiconductors

使用超灵敏半导体开发光子计数乳房X线照相术

• 批准号: 21K12716
• 负责人: 篠原 範充
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Gihu University of Medical Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12716/
• 关键词: 超高感度半導体イメージセンサ; マンモグラフィ; フォトンカウント; イメージャ; Ｘ線フォトンカウント; 深層学習; 高感度半導体; フォトンカウンティング

マンモグラフィ上の病変の特徴は，微小で低コントラストであるため医師の読影で見落とされる可能性がある．また，乳房は被曝を極力抑える必要のある臓器の1つである．本研究では，マンモグラフィに使用される検出器の感度と解像度を大幅に向上させた新たな検出器の開発を試み，高画質取得，低被曝による医療応用への基礎的データの取得を行った．【方法】X線管は，松定プレシジョン社製XRC60-60-03を用いた．イメージセンサは，最先端の低ノイズ回路技術と高感度光検出専用に設計された大型フォトダイオードを組み合わせた超高感度イメージャ（ CPD：CMOS Photon Detector ）を用いた．CPDと高精細シンチレータ（浜松フォトニクス製 J6675）を用いて間接型のフォトンカウント撮像を実施し，１光子の発光輝点を画像化した．数十万枚の取得フレームより多数輝点の重心をプロットすることでフォトンカウント画像を生成した．同様にX線管の出力電流とイメージセンサのフレームレートを調整して数百枚のフレームより積分画像を作成した．矩形波チャート(Kyokko type 1) ，CDMAMファントムおよびJRS推奨ファントム（ステップファントム）を撮像し，フォトンカウント画像と積分画像を比較した．AGDをマンモグラフィの臨床に近い条件で実施し比較を行った．矩形波チャートの10 LP/mmの可視性は，フォトンカウント画像の方が良かった．CDMAMファントムは，直径0.2mm，0.71μm厚など複数の撮影を行ったが，金ディスクの可視性はポワソンノイズの影響により両画像間に明確な優劣は認められなかった．JRS推奨ファントムでは，密度－信号の特性を得る事ができ，物質弁別等の可能性が示唆された．本研究は，初期的検討であり，撮影条件，イメージセンサの画角など医療応用に向けて更なる実験が必要である．

乳房X线照片上的病灶特征较小且对比度较低，因此医生在解读图像时可能会忽略它们。此外，乳房是需要尽可能少受到辐射的器官之一。在这项研究中，我们尝试开发一种新型探测器，显着提高乳腺X线摄影中使用的探测器的灵敏度和分辨率，并通过高图像质量和低辐射暴露获得医疗应用的基础数据。 [方法]使用的X射线管为松田精密XRC60-60-03。该图像传感器采用超高灵敏度成像器（CPD：CMOS Photon Detector），结合了尖端的低噪声电路技术和专为高灵敏度光检测而设计的大型光电二极管。使用CPD和高清闪烁体（Ha​​mamatsu Photonics J6675）进行间接光子计数成像，并对单光子发光点进行成像。通过绘制数十万个采集帧中许多亮点的质心来生成光子计数图像。同样，通过调整 X 射线管的输出电流和图像传感器的帧速率，可以从数百帧中创建完整图像。我们对方波图（Kyokko 1 型）、CDMAM 模型和 JRS 推荐模型（阶梯模型）进行了成像，并比较了光子计数图像和积分图像。 AGD 在类似于临床乳房 X 光检查的条件下进行和比较。方波图上 10 LP/mm 的可见度在光子计数图像上更好。使用CDMAM模体拍摄了多张图像，其中一张直径为0.2 mm，厚度为0.71 μm，但由于泊松噪声的影响，两幅图像之间没有观察到金盘可见度的明显差异。使用 JRS 推荐的体模，可以获得密度信号特征，这表明材料歧视的可能性。这项研究是初步研究，还需要进一步的实验来检查医疗应用的成像条件、图像传感器的视角等。

项目成果

マンモグラフィにおけるフォトンカウント撮像と積分撮像の画像比較

乳腺X线摄影中光子计数成像与积分成像的图像比较

• 发表时间: 2022
• 作者: 西原利幸;小口真一;篠原範充
• 通讯作者: 篠原範充

超高感度半導体イメージセンサを用いたマンモグラフィ応用に関する基礎的研究

使用超灵敏半导体图像传感器的乳腺X线摄影应用的基础研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 篠原範充;西原利幸;小口真一
• 通讯作者: 小口真一

画像生成装置、画像生成方法、およびプログラム

图像生成装置、图像生成方法以及程序

• 发表时间: 2023