CT値と電子密度の関係を放射線技師が分かりやすく解説｜放射線治療計画の基礎知識

はじめに

CTスキャンは現代医療において欠かせない検査技術です。特に放射線治療計画において、CT値から電子密度を正確に推定することは、線量計算の精度を左右する重要な要素となります。

本記事では、診療放射線技師として知っておくべきCT値と電子密度の関係について、基礎から臨床応用まで詳しく解説します。

CTスキャンと線減弱の基礎

CTスキャンは、X線を利用して体内のさまざまな組織の密度差を画像化する技術です。X線が物質に入射すると、その物質の密度や組成に応じて吸収や散乱が発生します。この減衰の度合いが物質ごとに異なるため、CTスキャンでは異なる組織を画像上で区別することが可能です。

CTスキャンで得られるCT値は、線減弱係数と呼ばれるX線の減衰率に基づいており、物質の密度、電子密度、さらには平均自由行程と深い関係があります。

なぜCT値が重要なのか

放射線治療計画では、CT値から電子密度を推定し、線量計算の精度を高めます。特に不均質補正を行う際、正確なCT値-電子密度変換曲線（ED曲線）が必須となります。

従来の線量計算では、すべての組織を「水等価」として扱っていましたが、現代の治療計画システムでは、CT値を基にした実測の電子密度を用いることで、より正確な線量分布が得られます。

CT値（HU）と線減弱係数（μ）の関係

CT値は、物質のX線に対する減衰特性を表す指標で、ハウンズフィールド単位（HU）で示されます。通常、CT値の基準として水を0 HU、空気を-1000 HUとし、他の物質はこの基準に基づいて表示されます。

ここで、μ物質は対象物質の線減弱係数、μ水は水の線減弱係数です。

密度が高く、電子密度も大きい物質では、X線が多く減衰され、CT値が高くなります。逆に、密度が低く電子密度の小さい物質は減衰が少なくなり、CT値が低くなります。

具体例で理解する：物質別のCT値

この表から分かるように、空気はほとんどX線を減衰させないため-1000 HUという非常に低い値を示します。一方、骨は電子密度が高く、X線を強く減衰させるため1000 HU以上の高い値となります。

金属インプラントやペースメーカーなどは3000 HUを超えることもあり、画像上で非常に明るく（白く）表示されます。これはアーチファクトの原因にもなるため、治療計画時には注意が必要です。

電子密度とCT画像の構造

電子密度は、CTスキャンで重要な役割を果たす要素の一つです。

電子密度が高い物質では、X線が強く散乱・吸収されるため、線減弱係数（μ）が大きくなります。したがって、電子密度が高い組織ほどCT値が大きくなり、画像上で明るく表示されます。

例えば、骨や金属は電子密度が高く、CT画像で明るく映ります。一方、脂肪や空気は電子密度が低いため、CT値が低く画像上で暗く表示されます。

放射線治療における電子密度の重要性

放射線治療計画では、CT値から電子密度を変換することで、体内の線量分布を正確に計算します。この変換にはED曲線（電子密度変換曲線）が用いられます。

ED曲線は、ファントム（既知の電子密度を持つ物質）をCT撮影し、CT値と電子密度の関係をプロットして作成します。このED曲線は、CT装置のメーカー、撮影条件（管電圧、フィルタ）、再構成アルゴリズムによって変化するため、各施設で独自に作成する必要があります。

線減弱係数（μ）と平均自由行程（λ）の関係

線減弱係数（μ）は、物質中でX線がどれだけ減衰するかを示す物理量であり、平均自由行程（λ）と逆数の関係があります。

ここで、平均自由行程（λ）は、X線が物質を通過する際に電子や原子と相互作用するまでの平均距離を表しています。

線減弱係数が大きい物質ほど平均自由行程は短くなり、X線が物質中を通過する際の相互作用頻度が増えます。

具体例：骨と空気の違い

・骨（高密度）：平均自由行程が短い → 相互作用が頻繁 → 線減弱係数が大きい → CT値が高い

・空気（低密度）：平均自由行程が長い → 相互作用がほとんどない → 線減弱係数が小さい → CT値が低い

このように、物質の密度と電子密度は、平均自由行程を介して線減弱係数に影響を与え、最終的にCT値として画像に反映されます。

CT画像の臨床応用

診断への応用

CT値の分布を利用して、臓器や腫瘍、骨の構造の違いを視覚化し、診断に役立てることが可能です。

例えば、肝臓の腫瘍は正常肝実質よりもCT値が低いことが多く（低吸収域）、これにより腫瘍の検出が可能になります。また、脳出血は新鮮な血液が高吸収（高CT値）を示すため、急性期の診断に有用です。

放射線治療計画への応用

放射線治療では、CT値から電子密度を推定し、線量計算アルゴリズムに入力します。特に以下の点で重要です：

・不均質補正：骨や肺などの密度差を考慮した線量計算

・DRR（Digitally Reconstructed Radiograph）作成：位置決め用の参照画像

・線量分布の最適化：強度変調放射線治療などの高度な治療技術

線量計算の精度向上

現代の治療計画システムでは、CT値を基にした実測の電子密度を用いることで、以下のような精度向上が実現しています：

・肺野での線量評価精度が約5-10%向上

・骨近傍での線量計算誤差が約3-5%減少

・不均質組織での線量分布がより正確に

品質管理（QA）の重要性

CT値と電子密度の変換精度を維持するため、以下のQAを定期的に実施する必要があります：

1. 月次QA
   ・ファントムを用いたCT値の確認
   ・水、空気、骨等価物質のCT値測定
   ・許容範囲：±5 HU以内
2. 年次QA
   ・ED曲線の再作成
   ・複数のファントムを用いた検証
   ・治療計画装置への再登録
3. 装置更新時
   ・再構成アルゴリズム変更時
   ・管球交換時
   ・メーカー推奨の校正時

臨床での実践例

症例1：肺がんの放射線治療

肺野（空気：-1000 HU）と腫瘍（軟部組織：40-60 HU）、肋骨（骨：1000 HU以上）という大きな密度差がある部位では、不均質補正が極めて重要です。

CT値から正確に電子密度を変換することで、肺野での線量の「ビルドアップ効果」を適切に評価できます。

症例2：前立腺がんの放射線治療

前立腺（軟部組織：40-60 HU）、膀胱（尿：0-20 HU）、直腸（空気：-1000 HU）、骨盤骨（骨：1000 HU以上）という多様な組織が混在する部位です。

各組織のCT値を正確に電子密度に変換することで、膀胱や直腸への線量を最小限に抑えつつ、前立腺への適切な線量投与が可能になります。

最新の技術動向

1. Dual Energy CT（DECT）

2つの異なる管電圧で撮影することで、より正確な電子密度情報が得られます。従来のシングルエネルギーCTよりも電子密度の推定精度が向上し、特に金属アーチファクトの低減に効果を発揮します。

2. AI による自動ED曲線生成

機械学習を用いて、CT値から電子密度をより高精度に推定する研究が進んでいます。将来的には、施設ごとのED曲線作成が不要になる可能性もあります。

3. 4D-CT

呼吸性移動を伴う腫瘍（肺がん、肝臓がん等）では、4D-CTを用いて各呼吸位相でのCT値を取得し、より正確な線量計算が可能になっています。

まとめ：放射線技師が知っておくべき重要ポイント

CT値、線減弱係数（μ）、電子密度、平均自由行程（λ）は互いに密接に関連しており、CT画像における物質識別の基本を成しています。

物質の電子密度や密度に応じて線減弱係数が決まり、これによりCT値が変化し、画像上での組織や構造の視覚的な違いが明瞭になります。

CTスキャンを通じて得られるこれらの情報は、医療診断において、組織や臓器、異常部位の評価に欠かせないものとなっており、物質の構造的特徴を高精度に反映した画像を提供することで、より高度な診断と治療計画（放射線治療）の立案に貢献しています。

特に放射線治療計画においては、CT値から電子密度を正確に変換することが、治療の成否を左右する重要な要素です。各施設での適切なQA体制の構築と、定期的な検証が求められます。

参考文献・関連ガイドライン

国内ガイドライン

• 放射線治療計画ガイドライン2024年版（日本放射線腫瘍学会）
• IMRT物理技術ガイドライン2023（日本放射線腫瘍学会）
• 標準計測法12（日本医学物理学会）
• 放射線治療技術標準テキスト（医学書院）

海外ガイドライン

• AAPM Report No. 85: Tissue Inhomogeneity Corrections（米国医学物理学会）
• ICRU Reports（国際放射線単位測定委員会）
• CT線量最適化ガイドライン（ImPACT）

関連記事

• 【2025年最新版】放射線治療専門放射線技師おすすめ書籍3選
• 放射線治療におけるMU値計算の実践ガイド
• 診療放射線技師の転職を成功させる5つのポイント

ABOUT ME

ゆん

「放射線技師ラボ」を運営する診療放射線技師のゆんです。 資格取得、転職、副業などのキャリア情報と、検査を受ける患者さん向けの安心情報を発信しています。業務効率化アプリの開発もしています。

BLOG：https://www.raditech-fire.com/?page_id=7