Fundamentals of Medical Imaging（医用画像の基礎）

引用

Suetens, P. (2017). Fundamentals of Medical Imaging (3rd ed.). Cambridge University Press.

章の要約

本書は8章、約250ページで、短い「Further Reading」と索引が付く。構成は出版社の説明に示されている。デジタル画像処理の導入章、5つの撮像法それぞれに1章、そして画像計算と可視化の2章である。出版社によれば、各撮像法の章は、基本的な物理と組織との相互作用、画像再構成の過程、画質、最新の装置、臨床応用、生物学的影響と安全性を扱う。

第1章：デジタル画像処理入門

最初の短い章（14ページ）で、出版社の説明にあるとおり、撮像法の前にデジタル画像処理を置いている。

第2章：X線撮影

18ページの章で、投影X線撮像を扱う。各撮像法に共通する、物理、画像形成、画質、装置、臨床使用、安全性という流れに沿っている。

第3章：X線コンピュータ断層撮影

38ページの章で、コンピュータ断層撮影（CT）を扱う。CTの中心である投影からの画像再構成は、核医学の章で再び登場する。

第4章：磁気共鳴画像

最も長い章（49ページ）。核磁気共鳴とMRIの短い歴史から始め、核磁気共鳴の完全な説明には量子電磁力学が必要であり、それは本書の範囲を超えると述べて、代わりに古典力学と量子力学に基づく簡略化した説明を与える。角運動量と磁気モーメントをもつ1つの粒子が外部磁場の中でどう振る舞うかから出発し、次にバルクの物質へと進む。

第5章：核医学イメージング

放射性核種イメージングの歴史、直線走査型スキャナからAngerシンチレーションカメラまでから始め、ここでの断層再構成をX線CTと関連づける。単一光子放射型コンピュータ断層撮影（SPECT）と陽電子放出断層撮影（PET）を紹介し、後者は光子の対を検出する。

第6章：超音波イメージング

パルスエコーの原理（組織界面での部分反射を、時間を測って組織の位置を求めるのに使う）と、音の伝搬に伴う他の現象、すなわち回折、屈折、減衰、分散、散乱を説明する。また、血流と心筋の速度のドプラ画像法も扱い、歴史的な導入もある。

第7章：医用画像コンピューティング

1症例あたりの画像数の増加と、客観的で定量的な情報への要求を理由として、コンピュータ支援の必要性を述べ、放射線治療計画と神経疾患を例に挙げる。3次元可視化にはフィルタ処理された疎なデータが必要であり、画像のインテリジェントな前処理を意味すると指摘する。章の冒頭では、放射線治療で照射体積と隣接するリスク臓器の輪郭を描く例が挙げられている。

第8章：診断と治療のための可視化

臨床的に重要な可視化の方法を示す。再スライスや3次元表示から、コンピュータ支援介入まで扱い、術前画像を計画に用い、手術室で患者と位置合わせする。定位脳手術が先駆的な応用として説明されている。

主要概念

第1–3章：画像処理とX線イメージング

• デジタル画像処理：すべての撮像法に共通の基礎。
• 投影イメージングと断層再構成：X線の透過データから画像を作ること。

第4–6章：磁気共鳴、核医学、超音波

• 核磁気共鳴：外部磁場の中でのスピン角運動量と磁気モーメントを、簡略化した古典的・量子的な議論で扱う。
• SPECTとPET：放射性核種の分布の断層撮影で、後者は光子の対を利用する。
• パルスエコーとドプラ超音波：エコーの時間で位置、周波数のずれで速度を求める。
• 画質と安全性：各撮像法の章の中で論じられる。

第7–8章：画像計算と可視化

• 定量的な画像解析：画像から客観的な測定値を得て、放射線科医の負担を軽くし支援する。
• 3次元可視化：ボリュームを、スライスごとに見るのではなく表示する。
• コンピュータ支援介入：術前画像に基づく手術の計画と誘導。

批判的分析

長所

• 想定読者とレベルが明示されている。 序文は、本書が物理学、数学、工学の素養のある大学院生と学部最終学年の学生向けのコース教科書であり、数学的な証明や詳細は別の段落にまとめられていて、読み飛ばしても流れを損なわないと述べている。著者は、生物医学の研究者や臨床医にも読みやすくする努力をしたとも述べている。
• 画像がどう計算されるかが焦点。 序文によれば、強調点は常に画像がどのように計算されるかにあり、装置設計、臨床上の考慮、診断はより少ない紙幅で扱われる。このため本書は、撮像法を横断する画像形成の一貫した入門になっている。
• 取得と画像計算を併せて扱う。 5つの撮像法のあとに、診断・治療・手術のための画像計算と可視化を扱う2章がある。
• 図版とメディア。 序文は、約400点のカラー図版と80本の動画クリップに触れている。Journal of Nuclear Medicine 2010年に掲載された Tinsu Pan による第2版の書評は、画像科学者に強く推薦し、各撮像法の提示が一貫していると指摘した。

短所

• 意図的に簡潔。 約250ページに5つの撮像法の章と他の3章が収まるため、各撮像法の扱いは簡潔である（たとえばX線撮影は18ページ）。序文は、この内容が30時間のモジュールに対応しており、書かれている内容はそれより多いと述べている。
• 資格試験用の本ではない。 Journal of Nuclear Medicine の第2版の書評は、本書が画像装置の開発に重点を置いているため、放射線科や医学物理学の専門医資格を目指す読者には最適でないかもしれないと述べた。序文も、装置設計と臨床診断の扱いは少ないとしている。
• 目次に演習も付録も見えない。 この版の目次には、8つの章、Further Reading、索引が並ぶ。第2版には線形システム理論の付録、演習、付属ウェブサイトがあったため、第3版で演習による練習をあてにする前に、同等の資料があるかを確認すること。

コースにおける位置づけ

Prince と Links と比べると、Suetens は5つの撮像法を概観する、図版の豊富な短めの本で、約250ページ、対して Prince と Links は約500ページである。Prince と Links の Medical Imaging Signals and Systems は、同じ5つの撮像法を、並行した信号・システムの枠組みで扱い、第I部に長い数学的基礎を置いており、すでに信号とシステムのコースを学んだ学生に向いている。Suetens の序文は数学的証明を読み飛ばせる別段落にまとめているのに対し、Prince と Links の序文は信号とシステム、初等的な確率の既習を期待しているため、最初の通読には Suetens のほうが軽い道筋になる。

Smith と Webb の Introduction to Medical Imaging は、主要な臨床撮像法へのより簡潔な入門であり、Wolbarst らの Medical Imaging: Essentials for Physicians は、画像の利用者に向けて物理を概念的に説明する。反対の側には、放射線科レジデントや医学物理士向けの総合的な参考書である The Essential Physics of Medical Imaging と、撮像の数学と画質評価を扱う大学院レベルの Barrett と Myers の Foundations of Image Science がある。Suetens は、入門書とこれらの参考書の中間に位置する。

本書の使い方

序文と第1章から始め、そのあと撮像法の章を順に、または必要に応じて読む。X線撮影とCT（第2〜3章）は投影と再構成を導入し、核医学イメージング（第5章）の理解に役立つ。MRI（第4章）は最も長い章で、その物理は古典的な議論と量子的な議論の両方を用いるため、他の章のあとに読んでもよい。第7・8章は、画像解析、コンピュータ支援手術、放射線治療計画へ進む学生に向いており、いずれか1つの撮像法の章を読んだあとに読める。

最初の通読では、強調された数学的詳細は任意として扱い、試験やプロジェクトの準備のときに戻ってくるとよい。目次に演習の部分が見当たらないので、教員から問題をもらうか、Prince と Links のような信号処理寄りの教科書の問題と組み合わせ、Further Reading を使って1つの撮像法を深めるとよい。