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診療画像検査学

診療画像検査学は、CT・MRI・超音波・血管造影などの画像診断モダリティについて、その物理的原理・撮像パラメータ・造影法・アーチファクトを体系的に扱う分野である。国家試験では原理の理解に加えて、簡単な数式計算やアーチファクトの発生機序、造影剤の性質と禁忌が繰り返し問われる。

X線CT（原理・再構成・CT値）

CT は被写体の周囲からX線を照射し、多方向の投影データ（サイノグラム）から断面の線減弱係数分布を再構成する装置である。再構成にはフィルタ補正逆投影法（FBP）や逐次近似再構成が用いられる。

図: 点状構造ごとの正弦状軌跡を含むサイノグラムから、入力と同じ配置の断面像を再構成する。CT値は水を0 HU、空気を約−1000 HUとする。

画素値は CT値（Hounsfield値, HU） で表され、水を基準に次式で定義される。

CT値 [HU] = (μ − μ_w) / μ_w × 1000

ここで μ は組織、μ_w は水の線減弱係数。定義から水は 0 HU、空気は約 −1000 HU。μ が水の 1.1 倍なら (1.1−1)/1×1000 = 100 HU、CT値 50 HU の物質は μ/μ_w = 1.05 と式から直接計算できる。

CT値は組織の実効原子番号と管電圧（実効エネルギー）に依存する。ヨウ素を含む甲状腺や造影後の血管はCT値が高く、含気する肺は最も低い。管電圧を下げたりビームハードニング補正を外すと、同一組織でもCT値が変化する。

国試ポイント: CT値の定義式は暗記必須。「水の N 倍の μ → CT値 (N−1)×1000」の換算と、比 μ/μ_w = 1 + CT値/1000 を使う計算が頻出。

CTのアーチファクト

ビームハードニング／カッピングアーチファクト: 通過経路が長い中心部でX線が硬化（実効エネルギー上昇）し、円形被写体の中心部が周辺より低CT値に描出される。
メタルアーチファクト: 金属など高吸収体の周囲に生じる放射状の線状陰影。
リングアーチファクト: 検出器の感度不均一により同心円状のリングが出る。
モーションアーチファクト: 体動によるボケや線状偽像。

MRI（緩和・パルスシーケンス・信号）

MRI は静磁場中の水素原子核（プロトン）に共鳴周波数のRFパルスを与え、緩和過程で放出される信号を画像化する。緩和には2種類ある。

T1（縦緩和）: 縦磁化の回復。分子運動（温度）に依存し、静磁場強度が高いほど延長する傾向。3T での脳白質 T1 はおよそ 1 秒（10^0 s のオーダー）。
T2（横緩和）: 横磁化の減衰で位相分散による。常に T2 ≤ T1。
T2*: T2 に静磁場不均一による位相ずれが加わるため、常に T2 より短い。鉄など常磁性物質を含む組織で顕著。

図: T1回復は1−e^(−t/T1)、T2減衰はe^(−t/T2)に従う。T1で約63%まで回復し、T2で約37%まで減衰する。

コントラストは TR・TE の設定で決まる。短TR・短TE で T1 強調、長TR・長TE で T2 強調、長TR・短TE でプロトン密度強調となる。IR 法（反転回復）では TI を調整し、脂肪抑制（STIR）や水抑制（FLAIR）に用いる。

強調画像	TR	TE	脂肪	自由水（CSF・尿）
T1強調	短	短	高信号	低信号
T2強調	長	長	中〜高信号	高信号
プロトン密度強調	長	短	中信号	中信号

高速スピンエコー（FSE/TSE）は1回のTRで複数エコーを収集し撮影時間を短縮する。パラレルイメージングを併用すると位相エンコード数を減らしさらに高速化できる。

拡散強調像（DWI） は水分子のブラウン運動（拡散）を画像化し、見かけの拡散係数 ADC で定量する。b値は MPG（motion probing gradient）の強度・印加時間・間隔から決まる拡散強調の程度を表す量で、G を増大させると b値が増加する。脳梗塞急性期は細胞障害性（細胞毒性）浮腫により拡散が制限され高信号を呈する。

MRA: TOF 法は撮像面へ流入する未飽和スピンが高信号を呈する流入効果を利用し、基本シーケンスは GRE 法。乱流や渦流は位相分散を生じ信号低下の原因となる。MRCP は重T2強調で静止した胆汁・膵液を高信号に描出し、造影剤を用いず、腸管信号抑制に経口陰性造影剤を併用することがある。

国試ポイント: 緩和時間の大小は T2* < T2 < T1 が原則。DWI の高信号＝拡散制限（急性期梗塞）、b値↑で拡散強調が強まる、を結び付けて覚える。

MRIのアーチファクト・安全

ケミカルシフト: 脂肪と水の共鳴周波数差により境界に偽像。
折り返し（エイリアシング）: FOV外の組織が反対側に重畳。
磁化率アーチファクト: 金属・空気境界で信号欠損や歪み。
SAR（比吸収率）: RFによる組織のエネルギー吸収指標。フリップ角を小さくする、TRを長くする、励起スライス数を減らす、低磁場装置を使うと低減できる。

超音波検査（原理・ドプラ・アーチファクト）

超音波は圧電素子で発生させたパルスを送信し、音響インピーダンスの異なる境界からの反射（エコー）の往復時間と強度から断層像を得る。生体内音速は約 1530 m/s とされる。距離分解能は波長すなわち周波数で決まり、高周波ほど分解能は高いが減衰が大きく深部到達性は低下する。消化管・血管内には高周波の細径プローブが用いられる。

ドプラ法 は動く反射体による周波数偏移を利用する。血流エコーの後方散乱の主体は血液中に高濃度で存在する 赤血球 である。ドプラ偏移周波数は次の関係にある。

Δf = 2 f_0 v cosθ / c

f_0 は送信周波数、v は血流速度、θ はドプラ角（ビームと血流のなす角）、c は音速。cosθ を含むため計測血流速度はプローブの傾き（ドプラ角）に依存し、θ が 90° に近いと偏移が検出できない。パワードプラ法は信号強度を表示し高感度だが、血流の速度・方向情報は得られない。

図: ドプラ偏移はビームと血流の角度の cosθ に比例し、90°では理論上0になる。

国試ポイント: ドプラ偏移は cosθ 依存 → θ=90° で流速計測不能。後方散乱の主体は赤血球。パワードプラは速度・方向を出せない、を押さえる。

超音波のアーチファクト

多重反射（リバーベレーション）: 強反射面間でエコーが往復し等間隔の虚像。
音響陰影: 結石・骨など強反射・強減衰体の後方が無エコーになる。
後方エコー増強: 囊胞など減衰の少ない構造の後方が高輝度になる。
ミラーイメージ: 横隔膜など強反射面の対称位置に虚像。サイドローブは主ビーム外の副極による偽像。

造影剤と副作用

ヨード造影剤（CT・血管造影用）は水溶性で、高浸透圧の イオン性 と、それより低浸透圧の 非イオン性 に分かれる。非イオン性製剤はイオン性に比べ悪心・嘔吐・発疹などの即時型（アナフィラキシー様）副作用が少ない。重篤な甲状腺疾患は禁忌。事前のヨードテストは有用性が否定され現在は行わない。腎機能低下例では造影剤腎症に注意する。

ガドリニウム造影剤（MRI用）の細胞外液性製剤は常磁性のガドリニウムがプロトンの T1緩和時間を短縮 し、T1強調像で信号増強をもたらす。静脈内投与され血管外細胞外液腔へ拡散する。腎機能高度低下例では腎性全身性線維症（NSF）に注意する。

主要な造影剤の対比を以下にまとめる。硫酸バリウムは水に不溶な陽性造影剤で消化管を高吸収に描出し、消化管穿孔や穿孔の疑いがある場合は腹膜炎を起こすため禁忌で、水溶性ヨード造影剤（ガストログラフィンなど）に切り替える。空気・炭酸ガスは陰性造影剤として二重造影に併用する。

造影剤	主な用途	造影の性質	主な禁忌・注意
ヨード造影剤（水溶性）	CT・血管造影・尿路	陽性（X線吸収↑）	重篤な甲状腺疾患、造影剤アレルギー、腎機能低下（造影剤腎症）
硫酸バリウム	消化管（食道〜大腸）	陽性（X線吸収↑）	消化管穿孔・穿孔の疑い（腹膜炎のため禁忌）
ガドリニウム造影剤	MRI（T1短縮）	陽性（T1WI 高信号）	高度腎障害（腎性全身性線維症 NSF）
空気・炭酸ガス	消化管・注腸の二重造影	陰性（X線吸収↓）	―

国試ポイント: 非イオン性ヨード造影剤＝低浸透圧・即時型副作用少・甲状腺疾患禁忌。ガドリニウムは T1 短縮効果で T1WI を増強、を対で覚える。硫酸バリウムは消化管穿孔（疑い含む）で禁忌、水溶性ヨード造影剤に変更、も頻出。

血管造影・IVR・その他の検査

血管造影はカテーテルから造影剤を注入し血管をX線撮影する検査で、DSA（デジタルサブトラクション血管造影）はマスク像を差分し骨・軟部を除去する。IVR（画像下治療）では塞栓術・血管拡張術などを画像誘導下で行う。

骨塩定量（骨密度）: DXA（二重エネルギーX線吸収測定）法は腰椎・大腿骨頸部を測定する標準法。QUS（定量的超音波）は踵骨、DIP 法は手の第2中手骨を測定部位とする。造影CTでは下垂体・脈絡叢など血液脳関門を欠く正常構造が増強される。

頻出ポイント

CT値 = (μ−μ_w)/μ_w×1000。水0・空気約−1000、μ/μ_w = 1 + CT値/1000 の換算計算が頻出。
カッピング／ビームハードニングは中心部が低CT値。リング、メタル、モーションと機序を区別。
緩和時間は T2* < T2 < T1。T1 は温度・磁場強度に依存、T2* は磁化率で短縮。
DWI 高信号＝拡散制限（急性期脳梗塞、細胞毒性浮腫）。b値は MPG で決まり G↑で増加。
TOF-MRA は GRE ベースの流入効果。乱流・渦流で信号低下。MRCP は重T2で造影剤不要。
SAR 低減：フリップ角↓・TR延長・スライス数↓・低磁場。
ドプラ偏移は cosθ 依存、θ=90°で計測不能。後方散乱主体は赤血球、パワードプラは速度・方向不能。
非イオン性ヨード造影剤は低浸透圧で即時型副作用少・甲状腺疾患禁忌。ガドリニウムは T1 短縮。骨塩定量は DXA が標準（腰椎・大腿骨）。

アーチファクト画像の見分け方

アーチファクト問題は「見た目」「発生原因」「低減法」を一組で確認する。下の国試図表では正解以外の選択肢も開き、似た像を横に並べて区別する。

モダリティ	アーチファクト	画像の手掛かり	主な原因・低減
CT	リング	同心円状	検出器感度異常。校正・保守
CT	カッピング	円形被写体の中心が低CT値	ビームハードニング。補正・適切な撮影条件
CT	ダークバンド	錐体骨間など高吸収体間の暗い帯	ビーム硬化・光子不足
CT	メタル・ストリーク	高吸収体から放射状の明暗線	金属、光子不足。金属低減処理、条件調整
CT	モーション	輪郭のずれ、線状・帯状偽像	体動・呼吸。固定、息止め、高速化
MRI	化学シフト	脂肪・水境界の位置ずれや黒い縁	周波数差。受信帯域幅拡大、脂肪抑制
MRI	折り返し	FOV外の解剖が反対側へ重なる	位相方向FOV不足。FOV拡大、oversampling
MRI	モーション・拍動ゴースト	位相方向に反復像	呼吸・拍動。同期、固定、飽和パルス
MRI	磁化率	金属・空気境界の信号欠損と歪み	局所磁場不均一。SE、短TE、帯域幅拡大
MRI	トランケーション	高コントラスト境界に平行な縞	k空間の打切り。matrix増加、filter
超音波	音響陰影	強反射体の後方が暗い	結石・骨・ガスによる反射・減衰
超音波	後方エコー増強	嚢胞後方が明るい	液体内の減衰が小さい
超音波	多重反射	等間隔の反復高エコー	強反射面間の往復
超音波	鏡面反射	横隔膜などの反対側に虚像	強い鏡面反射体
超音波	外側・側方陰影	円形構造の側縁後方に細い陰影	屈折
超音波	サイドローブ	無エコー腔内の弧状偽像	主ビーム外の副極
Doppler	折り返し	カラーモザイク、スペクトルの反転	Nyquist限界超過。PRF上昇、周波数低下
SPECT	リング	断層像の輪状偽像	均一性不良、回転中心ずれ
PET・SPECT	体動・位置ずれ	PET/CT間の集積と解剖の不一致	呼吸・体動。位置合わせ、撮像手順
PET	Gibbs様縁取り	高集積辺縁の過大評価	空間分解能補正

CT画像表示・三次元処理

CTの再構成画像から目的に応じた表示画像を作る。処理法の名前だけでなく、「何を強調し、何が弱点か」を画像と対応させる。

処理法	表示の考え方	主な用途・注意
MPR	横断像から任意断面を再構成	冠状断・矢状断、骨折線や病変の広がり
CPR	曲線に沿って断面を展開	冠動脈、膵管、尿管など
MIP	投影線上の最大CT値を表示	造影血管、石灰化。高吸収体が重なると後方が隠れる
MinIP	投影線上の最小CT値を表示	気道、肺気腫、低吸収域
VR	CT値ごとに不透明度と色を与えて立体表示	血管・骨・臓器の位置関係。設定値で見え方が変わる
VE	内腔を仮想的に観察	CTコロノグラフィ、気管支
Ray Sum	投影方向のCT値を積算	単純写真に近い投影像

CT検査と造影タイミング

単純CTは石灰化、出血、脂肪、結石など造影前の吸収差を確認する。
動脈相は動脈、早期濃染する腫瘍、活動性出血の評価に向く。
門脈相・静脈相は腹部臓器の実質や門脈系、転移性病変の評価に用いる。
遅延相は造影剤の排泄、線維性間質、尿路など時間依存の所見を見る。
冠動脈CTでは心電図同期を用い、心拍動によるモーションを抑える。
CT perfusionは造影剤通過に伴う時間濃度曲線から血流、血液量、平均通過時間などを求める。
CTコロノグラフィは大腸を送気して薄いスライスで撮影し、MPR・VEなどで内腔を観察する。

CTの性能評価

空間分解能は小さな構造を分離する能力で、高コントラスト分解能とも呼ばれる。面内はMTF、体軸方向はスライス感度プロファイルで評価する。
低コントラスト分解能は周囲とのCT値差が小さい物体を識別する能力で、線量と画像ノイズの影響を強く受ける。
画像ノイズは均一ファントムのCT値の標準偏差で評価する。線量増加、スライス厚増加、逐次近似再構成などで低下する。
CTDIは標準ファントム内で測定するCT線量指標、DLPはCTDIvolと撮影長の積である。患者個人の吸収線量そのものではない。

MRIのk空間と撮像法

k空間は画像そのものではなく、周波数成分を配置した複素生データである。二次元フーリエ変換により画像になる。
中心部は低空間周波数成分が多く、主として信号強度とコントラストに関わる。
周辺部は高空間周波数成分が多く、輪郭や細部、空間分解能に関わる。
周波数エンコードは読み出し中の位置情報、位相エンコードは励起ごとに変える位置情報である。
位相エンコード数を減らすと撮像時間は短くなるが、位相方向の分解能やFOVとの関係に注意する。

撮像法	特徴	主な注意
SE	90°パルス後に180°パルスで再収束	T2*の影響を除いたT2を反映。撮像時間は長い
FSE/TSE	1回のTRで複数のエコーを収集	高速化できるが脂肪が高信号になりやすい
GRE	180°パルスを使わず傾斜磁場でエコー形成	高速、T2*強調、磁化率の影響が大きい
IR	180°反転後、TIを置いて励起	STIR、FLAIRなど特定組織の信号抑制
EPI	1回または少数回の励起でk空間を高速収集	DWI・fMRI。歪みと磁化率アーチファクトが出やすい

脂肪抑制と高速化

方法	原理	試験での区別
CHESS	水と脂肪の周波数差を利用	磁場不均一に弱い
STIR	脂肪の縦磁化が0になるTIで励起	磁場不均一に比較的強い。造影後の評価には不向き
Dixon	水と脂肪の位相差を利用して分離	水画像・脂肪画像を作れる
SENSE・GRAPPA	複数コイルの感度分布を利用	位相エンコードを間引いて高速化。SNRは低下する

MRIの応用画像

DWIは拡散制限で高信号、ADC mapで低値となる組合せを確認する。T2 shine-throughとの区別にはADCを用いる。
DTIは拡散の方向性を利用し、白質線維などの走行を評価する。
SWIは磁化率差に鋭敏で、微小出血、静脈、鉄沈着などを強調する。
fMRIは神経活動に伴う血液酸素化変化をBOLD効果として捉える。
MRSは代謝物の共鳴周波数差をスペクトルとして表示する。
ASLは動脈血中の水を内因性トレーサとして標識し、造影剤を用いず灌流を評価する。
PC-MRAは位相差から流速情報を得る。TOF-MRAは流入効果、造影MRAはT1短縮を利用する。

部位別MRI

急性期脳梗塞はDWI高信号・ADC低値。亜急性期以降は時期によりADCが変化する。
脳出血は血液分解産物と時期によりT1・T2・T2*信号が変化する。
心臓cine MRIは心周期に同期し、壁運動と心機能を評価する。
乳房ダイナミックMRIでは造影後の時間信号曲線と形態を合わせて評価する。
肝特異性造影剤ではダイナミック相に加え肝細胞相を評価する。
MRCPは重T2強調で胆汁・膵液を高信号にする。

超音波装置・表示法・所見

表示法	表示内容	主な用途
Aモード	反射強度を振幅として表示	距離計測など
Bモード	反射強度を輝度として二次元表示	通常の断層像
Mモード	一方向の動きを時間軸で表示	心臓弁や壁運動
カラードプラ	平均流速と方向を色表示	血流の分布
パワードプラ	ドプラ信号の強さを表示	低流速に高感度。方向・速度は示さない
パルスドプラ	指定位置の速度スペクトル	距離分解能あり、折り返しあり
連続波ドプラ	ビーム上の全速度を測定	高速流を測れるが距離分解能なし

リニアプローブは表在・血管、コンベックスは腹部、セクタは肋間からの心臓観察に向く。
THIは組織内で生じる高調波成分を受信し、近距離の多重反射やサイドローブを減らしてコントラストを改善する。
造影ハーモニック法はマイクロバブルからの非線形信号を利用する。
胆石は高エコーと後方音響陰影、嚢胞は無エコーと後方エコー増強を示す。
折り返しはPRFを上げる、送信周波数を下げる、ベースラインを移動するなどで低減する。

眼底写真

無散瞳眼底カメラは近赤外光で位置合わせし、撮影時に可視フラッシュを用いる。
有孔ミラーは眼底へ向かう照明光と、眼底から戻る撮影光を分離する。
散瞳撮影は広い範囲を観察できるが、散瞳薬使用後の運転制限などに注意する。
正常眼底では視神経乳頭、黄斑、網膜血管の位置関係を確認する。撮影不良では瞬目、固視不良、角膜反射、まつ毛などを区別する。

国試画像・図表

この科目の画像・グラフ・表を使う問題を全て掲載しています（アーチファクトの実例 14問・病態・疾患の画像 19問・画像・グラフ・図表 86問）。図が複数ページに分かれている問題も省略していません。画像はタップで拡大できます。正答は最初は隠してあり、「正答と見分け方」を開くと学習用のWebP図と全選択肢を確認できます。

アーチファクトの実例（14問）

第78回午前10アーチファクト

甲状腺結節の超音波像（別冊No. 5）を別に示す。矢印で示すのはどれか。

正答と見分け方

正答：2

別冊No.5の矢印は、結節内の強い反射体（石灰化など）の後方に生じる深部方向の無エコー帯を示しており、音響陰影である。

ハロー
音響陰影
側方陰影
多重反射
サイドローブ