Optimizing Image Quality and Dose for Digital Radio- graphy of Distal Pediatric Extremities Using the Contrast-to-Noise Ratio Optimierung von Bildqualität und Dosis für die digitale Radiografie distaler kindlicher Extremitäten auf Grundlage des Kontrast-Rausch-Verhältnisses Authors R. Hess 1 , U. Neitzel 2 Affiliations 1 University of Applied Science, Hamburg 2 Philips Healthcare, Clinical Science Diagnostic X-ray, Hamburg Key words ● " extremities ● " digital radiography ● " image quality ● " patient dose ● " contrast-to-noise ratio (CNR) ● " mean absorbed dose (MAD) eingereicht 5.11.2011 akzeptiert 31.3.2012 Bibliography DOI http://dx.doi.org/ 10.1055/s-0032-1312727 Published online: 22.5.2012 Fortschr Röntgenstr 2012; 184: 643–649 © Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York · ISSN 1438-9029 Correspondence Prof. Dr. Robert Hess University of Applied Science Hamburg Berliner Tor 7 20099 Hamburg Germany Tel.: ++ 49/40/4 28 75 81 70 robert.hess@haw-hamburg.de Introduction ! Pediatric skeletal imaging using X-rays poses specific challenges. On the one hand the anatomy of very young patients shows only limited radio- graphic contrast because of the still immature bone development. On the other hand children are more sensitive to radiation than adults be- cause of the more rapidly dividing cells and long- er life expectancy [1]. As there is usually a trade- This is a copy of the author's personal reprint b Technik und Medizinphysik 643 Hess R, Neitzel U. Optimizing Image Quality … Fortschr Röntgenstr 2012; 184: 643–649 Zusammenfassung ! Ziel: Ziel der Untersuchung war es, den Einfluss von Röntgenröhrenspannung und Vorfilterung auf Bildqualität, ausgedrückt durch das Kontrast- Rausch-Verhältnis (CNR), und die Dosis bei digita- len Röntgenaufnahmen distaler kindlicher Extre- mitäten zu untersuchen und die Bedingungen zu bestimmen, bei denen das beste Verhältnis von CNR und Patientendosis erreicht wird. Material und Methoden: Mittels eines Phantoms, welches die Absorptionseigenschaften kindlicher distaler Extremitäten simuliert, wurden das CNR und die damit verknüpfte Patientendosis für Röh- renspannungen von 40 bis 66 kV mit und ohne Zusatzfilter von 0,1 mm Cu/1 mm Al bestimmt. Das gemessene CNR diente als Maß für die Bild- qualität, während die mittlere absorbierte Dosis (MAD) aus einer Kombination von Messung und Simulation als Maß für die Patientendosis ermit- telt wurde. Ergebnisse: Das vorteilhafteste Verhältnis von CNR und Dosis ergab sich für die niedrigste unter- suchte Röhrenspannung (40 kV) und ohne Zusatz- filterung. Im Vergleich zu Aufnahmen bei 50 kV und 60 kV konnte die mittlere absorbierte Dosis bei Beibehaltung der Bildqualität (des CNR) um 24 % bzw. 50 % gesenkt werden. Schlussfolgerung: Durch Verwendung niedrigerer Röhrenspannungen erscheint für die digitale Radiographie distaler kindlicher Extremitäten eine weitergehende Optimierung von CNR und Dosis möglich. Die Relevanz der Ergebnisse für klinische Anwendungen muss weiter überprüft werden. Abstract ! Purpose: To investigate the influence of X-ray tube voltage and filtration on image quality in terms of contrast-to-noise ratio (CNR) and dose for digital radiography of distal pediatric extremi- ties and to determine conditions that give the best balance of CNR and patient dose. Materials and Methods: In a phantom study simu- lating the absorption properties of distal extremi- ties, the CNR and the related patient dose were determined as a function of tube voltage in the range 40 – 66 kV, both with and without addition- al filtration of 0.1 mm Cu/1 mm Al. The measured CNR was used as an indicator of image quality, while the mean absorbed dose (MAD) – deter- mined by a combination of measurement and si- mulation – was used as an indicator of the patient dose. Results: The most favorable relation of CNR and dose was found for the lowest tube voltage inves- tigated (40 kV) without additional filtration. Compared to a situation with 50 kV or 60 kV, the mean absorbed dose could be lowered by 24 % and 50%, respectively, while keeping the image quality (CNR) at the same level. Conclusion: For digital radiography of distal pe- diatric extremities, further CNR and dose optimi- zation appears to be possible using lower tube voltages. Further clinical investigation of the sug- gested parameters is necessary.