Radiation dose and image quality in CT - Comparison and evaluation of two different organ-based tube current modulation techniques and their impact on organ dose and image noise

Abstract

Bakgrunn: Computertomografi (CT) -undersøkingar er eit mykje brukt vertøy i medisinsk dignostikk, og bruken aukar. Denne auka har først til auka uro over stråledosen pasientar blir utsett for. Det er viktig å optimalisere all radiologiske undersøkingar slik at pasienten får ei låg stråledose (ALARA-prinsippet). Det er mogleg å redusere stråledosen til strålefølsame ytre organ ved å redusere røyrstraumen over desse organa. Dette blir kalla OBTCM ("organ-based tube current modulation"). Både Siemens og General Electric (GE) har utvikla OBTCM-teknikkar som dei kallar X-CARE og Organ Dose Modulation (ODM). X-CARE kompenserer for den reduserte dosen på framsida av pasienten ved å auke dosen på baksida, medan ODM ikkje gjer dette. Det tyder at den totale pasientdosen er lik for X-CARE som for eit standardscan, medan den totale pasientdosen blir redusert når ODM blir brukt.

Målsetting: Målet med denne avhandlinga var å undersøkje og samanlikne mengda støy og stråledosereduksjonen til augelinsene og kvinnebrysta når X-CARE og ODM blir brukt.

Materiell og metodar: To ulike uniforme fantom vart brukte til dosemålingar og måling av biletestøy. For kvar av dei to CT scannarane vart det eine fantomet scanna med (1) ein standard hovudprotokoll, (2) ein OBTCM hovudprotokoll, (3) ein standard thoraxprotokoll, og (4) ein OBTCM thoraxprotokoll. Dosen vart målt med eit ionekammer på ulike posisjonar nær overflata til fantomet. Det andre fantomet vart scanna med standard og OBTCM thoraxprotokollar. Støy vart målt som standardavviket i CT-tal innanfor sirkulære interesseområde. Støyen vart òg visualisert ved å lage støykart.

Resultat: X-CARE reduserte dosen i området der augelinsene er litt meir enn ODM (-$28 +/- 3% versus -18 +/- 1%). For X-CARE varierer dosereduksjonen til brysta frå 20% og opp til over 50% avhengig av kor sentralt ein antek at brysta er plassert. ODM reduserte brystdosen med rundt 35%, og var mykje mindre avhengig av brystposisjon enn X-CARE.

Den målte støyen i bileta auka ikkje, samanlikna med eit standard scan, når X-CARE vart brukt. Når ODM vart brukt vart det målt ikkje målt nokon støyauke for hovudbileta, men ei auke på omtrent 10% vart målt i thoraxbileta. Støykarta for thoraxprotokollane viser visuelt at X-CARE gir lik støy som standardscannet, og at ODM gir ei lita støyauke.

Konklusjon: Begge OBTCM-teknikkane gir liknande dosereduksjon til området der augelinsene og brysta er forventa å vere. God posisjonering av brysta er naudsynt for at X-CARE skal fungere etter planen. X-CARE gir inga endring i biletestøy, men aukar dosen til baksida av pasienten. Inga støyauke vart målt for OBM hovudprotokollen, men ei lita auke på omtrent 10% vart målt for thoraxprotokollen. Radiologvurderingar trengst for å evaluere om denne støyauka er merkbar klinisk.

Background: Computed tomography (CT) examinations are used to diagnose a variety of disorders, and the use of CT is increasing. This increase has lead to a rising concern of the radiation dose the patients receive. It is important to optimise all radiologic procedures so that the patient receives a dose which is as low as reasonably achievable (the ALARA principle). It is possible to reduce the delivered dose to radiosensitive organs on the surface of the body in a CT scan by reducing the tube current when the X-ray tube passes over the organs. This is referred to as organ-based tube current modulation (OBTCM). Both Siemens and General Electric (GE) have developed OBTCM techniques called X-CARE and Organ Dose Modulation (ODM), respectively. X-CARE compensates for the dose reduction on the anterior by increasing the dose on the posterior, but ODM does not. This means that the total patient dose is the same for X-CARE as for a standard scan, while the total patient dose is reduced when ODM is used.

Aim: The aim of this thesis was to examine and compare the amount of noise and radiation dose reduction to the eye lenses and female breasts when X-CARE and ODM are used.

Materials and methods: Two different uniform phantoms were used for dose measurements and measurements of image noise. For each of the CT scanners, one of the phantoms was scanned with (1) a standard head protocol, (2) an OBTCM head protocol, (3) a standard chest protocol, and (4) an OBTCM chest protocol. The dose was measured with an ion chamber in different positions close to the surface of the phantom. The other phantom was scanned with standard and OBTCM chest scans. Noise was measured as the standard deviation of CT numbers inside circular regions of interest of different sizes. The noise was also visualised by making noise maps.

Results: X-CARE reduced the dose to the position of the eye lenses slightly more than ODM did (-28 +/- 3% versus -18 +/- 1%). For X-CARE, the dose reduction to the breasts varied from 20% to over 50% depending on how centrally located the breasts are assumed to be. ODM gave a dose reduction to the breasts of around 35%, and was less dependent on breast position than X-CARE.

The measured image noise did not increase, compared to a standard scan, when X-CARE was used. For ODM, no increase in noise was measured for the head scan, and an increase of about 10% was measured for the chest scan. The noise maps show visually that X-CARE produced the same amount of noise as the standard scan, and that ODM caused a slight increase in noise for the chest scan.

Conclusion: Both OBTCM techniques gave a similar dose reduction to the positions where the eye lenses and the breasts are expected to be. The positioning of the breasts is crucial for X-CARE to work as intended. X-CARE gives no change in image noise, but increases the dose to the back of the body. No noise increase was measured in the ODM head scan, while a small increase of 10% was measured in the body scan. Radiologists are needed to evaluate if this increase is visible clinically.