ビームハードニングアーチファクトとは、CT撮影においてビームハードニング現象（X線ビームの高エネルギー化）によって発生する画像の歪みや偽の陰影のことです。
アーチファクト（artifact）とは「本来は存在しないはずの人工的な画像上の誤り」を指し、ビームハードニングアーチファクトは診断精度に影響する重要な技術的課題です。
本記事では、ビームハードニングアーチファクトとは何か、その影響や対策方法、画像品質・補正技術・CT撮影・ノイズ・画像処理などについて解説していきます。
ビームハードニングアーチファクトは密度差の大きな構造物の周辺に発生する偽陰影
それではまず、ビームハードニングアーチファクトの種類と、どのような状況で発生するかについて解説していきます。
ビームハードニングアーチファクトの主な種類として、「カッピングアーチファクト（Cupping Artifact）」と「ストリークアーチファクト（Streak Artifact）」の2種類があり、それぞれ異なるメカニズムで発生します。
カッピングアーチファクトの発生メカニズム
カッピングアーチファクトとは、円形の均質な物体（例：ウォーターファントム）をCT撮影した際に、中心部が端部より低いCT値として描出される現象です。
物体の中心を通るX線は端部より長い経路を通るため、より多くのビームハードニングが発生し、中心部のX線ビームの平均エネルギーが端部より高くなります。
再構成アルゴリズムがこのエネルギー差を考慮しないと、中心部のCT値が実際より低く算出され、断面が「カップ状（中央が低い）」に見えるアーチファクトが生じます。
ストリークアーチファクトの発生メカニズム
ストリークアーチファクトとは、高密度・高減弱の物体（骨・金属等）の近傍に発生する明暗の縞（ストリーク）模様です。
高密度物体を通過したX線は強いビームハードニングを受け、同じ角度から照射される他のX線との投影値に不整合が生じます。
この不整合が画像再構成時に縞状のアーチファクトとして現れます。
歯科CT・整形外科CT・脳底部CTなどで問題となる金属アーチファクトの大部分はストリークアーチファクトであり、診断精度に深刻な影響を与えることがあります。
ビームハードニングアーチファクトの診断への影響
ビームハードニングアーチファクトは診断精度に以下のような影響を与えます。
偽陽性の発生として、アーチファクトが病変と誤認される可能性があります。頭蓋底周辺の暗いシェーディングが虚血病変と誤認されるケースが報告されています。
偽陰性の発生として、アーチファクトによって本来の病変が隠される可能性があります。金属インプラント周辺の病変がアーチファクトに埋もれて発見困難になる場合があります。
CT値の不正確化として、アーチファクト領域のCT値が実際の組織密度を正確に反映しなくなります。
ビームハードニングアーチファクトの補正技術と対策
続いては、ビームハードニングアーチファクトを低減するための具体的な補正技術と撮影時の対策について確認していきます。
ハードウェア的対策
ボウタイフィルター（Bow-Tie Filter）はCT装置に標準搭載されているビームハードニング補正用フィルターで、扇形X線ビームの端部（体の薄い部分が通る）の低エネルギーX線を積極的に除去します。
これにより全方向からのビームのエネルギー分布を均一化し、カッピングアーチファクトを大幅に低減できます。
また管電圧（kV）を上げることで高エネルギーX線の比率が増えてビームハードニングが減少しますが、軟部組織のコントラストが低下するというトレードオフがあります。
ソフトウェア補正アルゴリズム
現代のCT装置には複数のソフトウェアによるビームハードニング補正アルゴリズムが搭載されています。
水補正（Water Calibration）は均質な水ファントムのCTデータを基準としてカッピングアーチファクトを補正する基本的な手法です。
骨補正（Bone Correction）は骨を高密度物体として識別し、骨周辺に生じるストリークアーチファクトを補正します。
金属アーチファクト低減（MAR：Metal Artifact Reduction）は金属製インプラント・ステント・義歯などによるストリークアーチファクトを専用アルゴリズムで補正します。最新の反復MAR（iterative MAR）は従来のMAR法より高精度な補正が可能です。
撮影プロトコルによる対策
撮影時のプロトコル選択によってもアーチファクトを軽減できます。
デュアルエナジーCT（Dual Energy CT）では異なるエネルギーの2種類のX線データを取得し、仮想単色X線画像（Virtual Monochromatic Image）を生成することで、特定エネルギーでのビームハードニングを回避できます。
スペクトラルCTとも呼ばれる技術であり、近年急速に普及しています。
まとめ
本記事では、ビームハードニングアーチファクトとは何か、その影響や対策方法、画像品質・補正技術・CT撮影・ノイズ・画像処理などについて解説しました。
ビームハードニングアーチファクトはカッピングアーチファクトとストリークアーチファクトの2種類があり、診断精度への影響を最小化するためには撮影プロトコルの最適化と補正アルゴリズムの適切な適用が重要です。
デュアルエナジーCTや反復MARなどの最新技術によって補正精度は大幅に向上しており、今後さらに高品質なCT診断が実現していくでしょう。
