4、CTスキャンでの注意点: アーチファクト

アーチファクトとは

CTスキャンは、外側からは見ることができない内部の構造を、物体を破壊することなく知ることができる、きわめて便利な技術です。
医療から工業製品の検査まで幅広く利用されています。

しかし、CTスキャンにも難点があります。そのうちの一つが、さまざまなアーチファクト(artifacts、実際の物体ではない二次的に発生した画像)の出現です。
CTスキャン装置の特徴、撮影条件、物体の形状や密度、再構成法などにより、発生するアーチファクトの種類や強さがそれぞれ異なります。ですから、質の高いCT画像を得るには、撮影条件などに関する事前の十分な検討が必須です。また、CT画像を学術研究に利用する際には、アーチファクトの存在についてあらかじめ了解しておかなくてはなりません。

アーチファクトにはパターンに応じた名前がつけられていることがあります。以下では、化石を撮影する際に生じうる、リングアーチファクト、メタルアーチファクト、ストリーク状アーチファクトについて解説します。

リングアーチファクト

ring artifact
浮遊性有孔虫化石の断面画像
アーチファクトのパターン:
同心円状の非常に細い線。画像中心部ほど線が目立つ。
原因と特徴:
X線検出素子の感度補正が不十分なときに発生します。微化石の場合はX線吸収量が少ないため、他の標本を撮影した場合と比べて発生しやすくなります。
対策:
撮影条件や画像再構成法の工夫により、大幅に減少します。年輪などの同心円状の構造を測定するときは、回転ステージ台の中心に標本を置かないほうが無難です。

金属(メタル)アーチファクト

metal artifact
アンモナイト化石の断面画像
アーチファクトのパターン:
直線状のややぼやけた像。
原因と特徴:
主に、ビームハードニングにより発生します。X線吸収率が低い物質中に、金属などのX線吸収率が非常に高い物質が点在する場合や、撮影方向によりX線通過距離が大幅に異なる場合に、よく発生します。化石の場合、殻の中に混入した鉱物や、頭骨中のエナメル質が発達した歯などに注意が必要です。
メタルアーチファクトへの対策:
画像再構成の際にビームハードニング補正を行うことで、ある程度緩和できます。
ビームハードニングへの対策:
管電圧を高くし、かつ金属フィルター(銅の薄い板など)を通して撮影しましょう。標本の向きや配置を工夫するのも効果があります。

ビームハードニング

以下の2つの原因により、ビームハードニングが発生します。
X線が物質を通過するさい、高いエネルギーをもつX線よりも低いエネルギーをもつX線のほうが、より多く吸収されます。そのため、X線のエネルギー分布は少しずつ高いほうにシフトしていきます。
X線エネルギー分布の変化
X線エネルギー分布の変化
エネルギーが高い、という状態を専門用語で硬い(hard)と表現するため、ビームハードニング(beam hardening)と呼ばれています。

ストリーク状アーチファクト

ストリーク状アーチファクトt
浮遊性有孔虫化石の断面画像
アーチファクトのパターン:
はっきりとした直線状
原因と特徴:
ひとつの透過画像において、あるX線検出素子に対応する画素値が不備だった場合に発生します。頻度は高くありません。
対策:
透過画像中の異常のあった場所の画素値をメディアンフィルタ等で補正し、再構成をやりなおしましょう。