Analysis of the accuracy of mapping in computed tomography

• Autorzy: Ryniewicz Andrzej , Rysz Konrad , Bojko Łukasz

Warianty tytułu

PL

Analiza dokładności odwzorowania w tomografii komputerowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study is to assess the accuracy of mapping the internal structure and shape of phantoms in computed tomography (CT) imaging, using reconstructive metrology and virtual measurements. The tests material is tomographic imaging of diagnostic phantoms: the head phantom used for monthly calibrations of computer tomographs and the specialized phantom for tests performed once a year. The Materialize Mimics computer program was used to measure the geometry of objects inside the phantoms and to measure the radiological density in the cross-sections of the tested patterns. It is a universal tool for assessing the accuracy of mapping in CT imaging. The results of the measurements were used to perform a complete statistical analysis. The values of standard deviations for the performed measurements did not exceed the limit value, which means that the tested tomograph meets the requirements for homogeneity of imaging and noise level specified in the Regulation of the Minister of Health. The proposed procedure is important for the target device, but can also be a tool for comparing the quality of different tomographs.

PL

Celem pracy jest ocena dokładności odwzorowania struktury wewnętrznej i kształtu fantomów w obrazowaniu tomografią komputerową (CT), z zastosowaniem metrologii rekonstrukcyjnej i pomiarów wirtualnych. Materiałem badań jest obrazowanie tomograficzne fantomów diagnostycznych: fantomu głowy używanego do comiesięcznych kalibracji tomografów komputerowych i fantomu specjalistycznego do testów wykonywanych raz w roku. Do pomiarów geometrii obiektów znajdujących się wewnątrz fantomów oraz pomiarów gęstości radiologicznej w przekrojach badanych wzorców wykorzystano program komputerowy Materialise Mimics. Stanowi on uniwersalne narzędzie do oceny dokładności odwzorowania w obrazowaniu CT. Wyniki pomiarów wykorzystano do przeprowadzenia pełnej analizy statystycznej. Wartości odchyleń standardowych dla wykonanych pomiarów nie przekroczyły wartości granicznej, co oznacza, że badany tomograf spełnia wymogi odnośnie do jednorodności obrazowania i poziomu szumów, ujęte w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia. Zaproponowana procedura jest istotna dla docelowego urządzenia, ale może również stanowić narzędzie do porównania jakości różnych tomografów.

Słowa kluczowe

EN

tomographic imaging; phantoms; measurements; radiological density; shape

PL

obrazowanie tomograficzne; fantom; pomiary; gęstość radiologiczna; kształt

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Akademii Nauk Stosowanych w Nowym Sączu
• Czasopismo: Journal of Engineering, Energy and Informatics
• Rocznik: 2021
• Tom: No. 1
• Strony: 53--68
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Ryniewicz Andrzej

• State University of Applied Sciences in Nowy Sącz, Institute of Technology, 33-300 Nowy Sącz, Zamenhoffa 1A street

autor

Rysz Konrad

• Comarch Kraków, 31-864 Kraków, Jana Pawła II 39 street

autor

Bojko Łukasz

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Machine Design and Maintenance, 30-059 Kraków, Mickiewicza 30 street

Bibliografia

• Akpochafor, M.O., Adeneye, S.O., Ololade, K., Omojola, A.D., Adedewe, N., Adedokun, A., Aweda, M.A., Aboyewa, O.B. (2019). Development of computed tomography head and body phantom for organ dosimetry. Iranian Journal of Medical Physics, 16(1), 8-14.
• Bolstad, K., Flatabø, S., Aadnevik, D., Dalehaug, I., Vetti, N. (2018). Metal artifact reduction in CT, a phantom study: subjective and objective evaluation of four commercial metal artifact reduction algorithms when used on three different orthopedic metal implants. Acta Radiologica, 59(9), 1110-1118.
• De Oliveira, M.V., Wenzel, A., Campos, P.S., Spin-Neto, R. (2017). Quality assurance phantoms for cone beam computed tomography: a systematic literature review. Dentomaxillofacial Radiology, 46(3).
• Filippou, V., Tsoumpas, C. (2018). Recent advances on the development of phantoms using 3D printing for imaging with CT, MRI, PET, SPECT, and ultrasound. Medical Physics, 45(9), e740-e760.
• Haleem, A., Javaid, M. (2020). 3D printed medical parts with different materials using additive manufacturing. Clinical Epidemiology and Global Health, 8(1), 215-223.
• Hermanek, P., Carmignato, S. (2017). Porosity measurements by X-ray computed tomography: Accuracy evaluation using a calibrated object. Precision Engineering, 49, 377-387.
• Higaki, T., Nakamura, Y., Zhou, J., Yu, Z., Nemoto, T., Tatsugami, F., Awai, K. (2020). Deep learning reconstruction at CT: phantom study of the image characteristics. Academic Radiology, 27(1), 82-87.
• Holmes, R.B., et al.(2020). Creation of an anthropomorphic CT head phantom for verification of image segmentation. Medical Physics, 47(6), 2380-2391.
• Jahnke, P., Schwarz, F.B., Ziegert, M., Almasi, T., Abdelhadi, O., Nunninger, M., Hamm, B., Scheel, M. (2018). A radiopaque 3D printed, anthropomorphic phantom for simulation of CT-guided procedures. European Radiology, 28(11), 4818-4823.
• Jahnke, P., Schwarz, S., Ziegert, M., Schwarz, F. B., Hamm, B., Scheel, M. (2019). Based 3D printing of anthropomorphic CT phantoms: Feasibility of two construction techniques. European Radiology, 29(3), 1384-1390.
• Norma PN-EN ISO 2919:2014-12. Ochrona radiologiczna -- Zamknięte źródła promieniotwórcze -- Wymagania ogólne i klasyfikacja.
• Norma PN-ISO 14146:2006. Ochrona radiologiczna -- Kryteria i granice zdolności pomiarowych dla okresowej oceny laboratoriów pomiaru dawek indywidualnych promieniowania rentgenowskiego i gamma.
• Norma PN-ISO 9978:1999. Ochrona radiologiczna -- Promieniotwórcze źródła zamknięte -- Metody badania szczelności.
• Resolution of Minister of Health of 18th of February 2011 regarding conditions for safe application of ionizing radiation for all types of medical exposure (JoL 2011, No. 51, item 265).
• Ryniewicz, A. (2013). Ocena dokładności odwzorowania kształtu powierzchni elementów biołożysk w badaniach in vivo oraz in vitro. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika.
• Ryniewicz, A., Ostrowska, K., Knapik, R., Ryniewicz, W., Krawczyk, M., Sładek, J., Bojko, Ł. (2015). Ocena odwzorowania wybranych parametrów geometrycznych w tomografii komputerowej z zastosowaniem wzorców. Przegląd Elektrotechniczny, 91(6), 88-91.
• Ryniewicz, W., Ryniewicz, A., Bojko, Ł. (2019). Geometrical parameters of the mandible in 3D CBCT imaging. Biocybernetics and Biomedical Engineering, 39(2), 301-311.
• Sahbaee, P., Segars, W.P., Marin, D., Nelson, R.C., Samei, E. (2017). The effect of contrast material on radiation dose at CT: Part I. Incorporation of contrast material dynamics in anthropomorphic phantoms. Radiology, 283(3), 739-748.
• Shim, S., Saltybaeva, N., Berger, N., Marcon, M., Alkadhi, H., Boss, A. (2020). Lesion Detectability and Radiation Dose in Spiral Breast CT With Photon-Counting Detector Technology: A Phantom Study. Investigative radiology, 55(8), 515-523.
• Si-Mohamed, S., Bar-Ness, D., Sigovan, M., Tatard-Leitman, V., Cormode, D.P., Naha, P.C., Coulon, P., Rascle, L., Roessl, E., Rokni, M., Altman, A., Yagil, Y., Boussel, L., Douek, P. (2018). Multicolour imaging with spectral photon-counting CT: a phantom study. European Radiology Experimental, 2(1), 1-10.
• Subhas, N., Pursyko, C.P., Polster, J.M., Obuchowski, N.A., Primak, A.N., Dong, F.F., Herts, B.R. (2018). Dose reduction with dedicated CT metal artifact reduction algorithm: CT phantom study. American Journal of Roentgenology, 210(3), 593-600.
• Tino, R., Yeo, A., Leary, M., Brandt, M., Kron, T. (2019). A systematic review on 3D-printed imaging and dosimetry phantoms in radiation therapy. Technology in cancer research & treatment, 18.
• Turek, P., Budzik, G., Przeszłowski, Ł. (2020). Assessing the Radiological Density and Accuracy of Mandible Polymer Anatomical Structures Manufactured Using 3D Printing Technologies. Polymers, 12(11), 2444.
• Villarraga-Gómez, H., Herazo, E.L., Smith, S.T. (2019). X-ray computed tomography: from medical imaging to dimensional metrology. Precision Engineering, 60, 544-569.
• Wu, R.Y., Liu, A.Y., Williamson, T.D., Yang, J., Wisdom, P.G., Zhu, X.R., Frank, S.J., Fuller, C.D., Gunn, G.B., Gao, S. (2019). Quantifying the accuracy of deformable image registration for cone-beam computed tomography with a physical phantom. Journal of Applied Clinical Medical Physics, 20(10), 92-100.
• Yasaka, K., Akai, H., Mackin, D., Court, L., Moros, E., Ohtomo, K., Kiryu, S. (2017). Precision of quantitative computed tomography texture analysis using image filtering: a phantom study for scanner variability. Medicine, 96(21), e6993.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).