断層撮影

断層撮影の発明

X線写真は，X線束が通過する被写体構造の陰影がすべて1枚のX線フィルムに写しこまれる投影画像(projection image)で，体厚方向の細部の情報は失われてしまう．そこで，特に肋骨に重なった胸部陰影の観察，結核空洞の診断，トルコ鞍など頭蓋底構造の描出などを目標として断層撮影が研究された．その基本原理は，目的とする深さ以外にある構造をぼかすことよって，目的の深さにある構造のみを明瞭に撮影することにある（図1）．こうして得られた画像は，投影画像に対して断層画像(tomographic image)と呼ばれる．

1914年，ポーランドの放射線科医Karol Mayerは，胸部X線の撮影に際して管球を前後に動かす方法を考案した[1]．焦点が移動するため画像は全体にボケるが，管球から最も遠い位置にある縦隔は最もボケが少ないため，心陰影が良くみえた．本来の断層撮影とは異なるが，目的とする部分以外をボカすという意味では断層撮影の前駆といえる．

断層撮影の基本を初めて明確に記述したのはフランスの医師 André-Edmund-Marie Bocage（ボカージュ，1892-1953）で，1921年の特許申請書にその詳細が書かれている[→原著論文]．これはX線管球とフィルムを，常に一定の距離を保って一つの支点の回りを逆方向に平行運動させるものである．この時，支点を通りフィルムに平行な面にあるものは常に同じ位置に投影されるのでボケないが，それ以外の面は運動とともに投影される位置が変化するのでボケる．管球，フィルムの運動の軌跡としては，円，らせん，球面が記載されている．ここには断層撮影の基本的な事項がほとんどすべて記載されている．しかし当時，試作には至らなかった．そのわずか数ヶ月後に，フランスのFelix Protes & Maurice Chaussé[2]，さらに1927年にはドイツの技術者Ernst Pohlがそれぞれ独立に特許を得ている[3]．1929年，アメリカの技術者Jean Kiefferは独自に円形，正弦波，らせん形などの軌道を持ちグリッドも使用できる "X-ray focusing machine"を考案して特許をとったが[4]，スポンサーが見つからず，1939年になってようやくLaminagraphとして製品化された［→関連文献］．1930年にはイタリアのVallebonaが同様な原理の装置を Stratigraphy と称し，同時に管球，フィルムを固定して，被写体を回転させる方法を考案した［5］

1931年，オランダの放射線科医Bernard Ziedses des Plantes（チードセス･デス･プランテス，1902-1993）は，Bocageとは全く独立にほぼ同じ構造の装置"Planigraphy" を考案，実機も製作した．運動軌跡は直線，円，らせんがあり，頭蓋標本による撮影に成功した[→原著論文]．1932年には，同じくオランダのDirk Leonard Bartelinkも類似の特許を申請，実機を製作している[6]．

1935年，ドイツのGustav Grossman は綿密な計算の下に，円形やらせん形の運動軌跡は線形運動に比較して被曝が大きくなることを示し，通常の目的には一方向のみの線形運動で十分であり，その方が装置が単純化できるとともにグリッドの併用も容易であるとしてその利点を強調した．そして実際に円弧状を一方向のみに動く装置を製作して，これを "Tomograph" と命名した[7]．このGrossmann's tomographyはその後広く使われ，それとともに tomography は断層撮影の一般名となった．断層撮影の最も良い適応は胸部写真であるとして，実際の患者の正常例，臨床例を初めて記載している点も注目される（図2, 図3）．

1936年，Massiot社のJean Massiotは，Ziedses des Plantesの設計をもとにしたPlanigraphを，翌年にはBocageの提案による立位の胸部専用装置Biotomeを発表し[→関連文献]，Biotomeはその後1952年まで製造された[8,9]．

同1936年，アメリカの放射線科医Robert Andrewsは，従前の断層撮影法をすべて比較検討し，アメリカ初の断層撮影装置"Body section roentgenography"を製作した[→関連文献]．このように断層撮影の発明には多くの研究者が関与しているが，そのほとんどが先行研究を知らず独立に「再発明」を繰返し，ほぼ同じような装置を開発している点は興味深い．

1947年，これらの先行研究の特許が切れ，フランス人技師のRaymond Sans，Jean PorcherらがMassiot社の協力のもとにPolytomeを開発した[→関連文献]．これはさまざまな軌道を選択できる汎用断層装置で，特にハイポサイクロイド軌道は高画質の断層像を得る事ができた．その後広く普及し，X線CTの登場まで臨床に広く供された．

 

 

さまざまな断層撮影

Autotomography

フィルムと管球を平行移動させる基本的な方法以外にも，さまざま断層撮影法が考案された．1930年にイタリアのAlessandro Vallebonaは，フィルム，管球を固定して被写体を回転させる方法を考案した[5]．その後長らく顧みられなかったが，1950年にZiedses des Plantesが気脳写に応用し[10]， autotomography として利用されるようになった．

Seriescopy

ステレオ撮影のように異なる方向からX線を照射したフィルムを何枚か撮影してすべて重ね，各フィルムを適当にずらすと，特定の深さにあって上下に重なる構造だけが高濃度となり，深さが異なる構造と区別できる．この原理はZiedses des Plantesがseriescopy（連続断層法）として考案し，1936年にMassiot社が製品化したが当時はあまり顧みられなかった［→関連文献］．しかし，1970年代に再認識され[11]，その後1990年代にデジタル化されるとともに専用ビューワも開発されてtomosynthesisとなり，現在は主に乳腺撮影に利用されている．

Pantomography

1949年，フィンランドの歯科医Yrjö Paateroは，円弧状に彎曲させたフィルムと被写体を同時に反対方向に回転させることにより，彎曲した顎骨の断層像を撮影する pantomographyを考案し[12]，その後Panorexとして市販された．適応は顎骨，顎関節にほぼ限られるが，歯科領域では現在も広く使用されている．

Axial tomography

今日のX線CTのように，体軸に垂直な軸位断層像（axial tomography)を撮影する試みは既に1930年代からあった．この場合も複数の研究者が独立に同じような装置を開発しており，その嚆矢は1936年, イギリスのWilliam Watsonの特許[13]であるが，同年ドイツのVietenも類似の特許を得ている[14]．1949年にはドイツのGebauerも同様の装置を発表しているが[15]，いずれも実機製作には至っていない．初の実機は1950年，前述のautotomographyの考案者でもあるVallebonaによる axial transverse laminagraphy で，少数ながら臨床例も報告されている[16]（図3，図4）．日本では高橋信次が1947年頃より研究を始めて次々と新しい方法を提案し，1970年には 廻転横断撮影装置として製品化されるに至ったが，これらアナログ断層撮影の有用性は限られた範囲にとどまり，デジタルコンピュータを利用したHounsfieldの X線CT の登場により姿を消した．