Measuring Ventricular Width on Cranial Computed Tomography: Feasibility of Dose Reduction in a Custom-Made Adult Phantom

 

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Abstract

Purpose: To estimate feasible dose reduction to reliably measure ventricular width in adults with hydrocephalus in follow-up cranial computed tomography (CCT) using a custom-made phantom.

Materials and Methods: A gelatine-filled adult calvarium with embedded central fibers of two carrots representing the lateral ventricles was used as a phantom. The phantom was scanned 11 times with two CT scanners (LightSpeed Ultra, GE and Somatom Sensation, Siemens), using tube currents of 380/400, 350, 300, 250, 200, 150 and 100 mA, and tube voltages of 140, 120, 100 and 80 kV. The width of the carrots was measured at four sites in consensus decision of two principle investigators blinded to the scan parameters. Values measured at 380/400 mA and 140 kV served as a reference for the width of the ventricles. Measurements received 1 point if they did not differ more than 0.5 mm from the reference values. A maximum score of 4 could be achieved.

Results: The relationship between the correct width measurement of the carrots (lateral ventricles) and the radiation dose can be described by a quadratic regression function. Pixel noise increases and accuracy of measurements decreases with a lower radiation dose. Starting from a tube current of 380/400 mA and a tube voltage of 140 kV, the dose can be reduced by 76 % for LightSpeed Ultra and by 80 % for Somatom Sensation provided that a margin of error of 37.5 % (score = 2.5) for correct width measurement of the carrots is accepted.

Conclusion: Lowering the radiation dose by up to 48 % for LightSpeed Ultra and by 52 % for Somatom Sensation, compared to the standard protocol (120 kV and 400 mA) still allowed reliable measurements of ventricular widths in this model.

Key Points:

• There is a quadratic relationship between correct width measurements of lateral ventricles and radiation dose in CT.

• Reduction of radiation dose results in increased pixel noise and increased error for correct ventricle width measurement.

• Due to a considerable attenuation difference between cerebrospinal fluid and brain parenchyma, a dose reduction for the determination of ventricular size in CT seems feasible and should be performed.

Citation Format:

• Daubner D, Spieth S, Cerhova J et al. Measuring Ventricular Width on Cranial Computed Tomography: Feasibility of Dose Reduction in a Custom-Made Adult Phantom. Fortschr Röntgenstr 2016; 188: 73 – 81

Zusammenfassung

Ziel: Die Abschätzung einer möglichen Dosisreduktion zur zuverlässigen Messung der Ventrikelweite bei computertomografischen Verlaufskontrollen von Erwachsenen mit Hydrozephalus unter Verwendung eines individuell angefertigten Phantoms.

Material und Methoden: Als Messphantom diente eine mit Gelatine gefüllte adulte Schädelkalotte, in der 2 Möhren als Seitenventrikel eingebettet waren. Das Phantom wurde mit 2 CT-Scannern (LightSpeed Ultra, GE und Somatom Sensation, Siemens) jeweils 11-mal untersucht, wobei Röhrenströme von 380/400, 350, 300, 250, 200, 150 und 100 mA sowie -spannungen von 140, 120, 100 und 80 kV verwendet wurden. Zwei Untersucher, die zu den Scanparametern verblindet waren, bestimmten im Konsensusprinzip die Möhrenbreite an vier Stellen. Die bei 380/400 mA und 140 kV durchgeführte Breitenmessung der Möhren diente als Referenz. Messwerte erhielten 1 Punkt, wenn sie nicht mehr als 0,5 mm von der Referenz abwichen. Maximal konnten 4 Punkte erreicht werden.

Ergebnisse: Der Zusammenhang zwischen der Röntgendosis und der korrekten Breitenmessung der Möhren (Seitenventrikel) kann durch eine quadratische Regressionsfunktion beschrieben werden. Mit abnehmender Strahlendosis steigt das Pixelrauschen und die Genauigkeit der Messergebnisse sinkt. Ausgehend von einem Röhrenstrom von 380/400 mA und einer -spannung von 140 kV kann beim LightSpeed Ultra die Dosis um 76 % und beim Somatom Sensation um 80 % reduziert werden, wenn ein Fehler von 37,5 % (Score = 2,5) für die korrekte Breitenmessung der Möhren akzeptiert wird.

Schlussfolgerung: Verglichen mit dem Standardprotokoll (120 kV und 400 mA) führt in diesem Modell eine Reduktion der Strahlendosis um 48 % beim LightSpeed Ultra und um 52 % beim Somatom Sensation noch zu einer zuverlässigen Messung der Ventrikelbreite.

Kernaussagen:

• Es besteht ein quadratischer Zusammenhang zwischen Röntgendosis und der korrekten Weitenmessung der Seitenventrikel in der CT.

• Eine Dosisreduktion führt zu einem Anstieg des Pixelrauschens sowie des Fehlers für die korrekte Ventrikelweitenmessung.

• Aufgrund des großen Dichteunterschieds zwischen Liquor und Hirnparenchym scheint eine Dosisreduktion zur Ventrikelweitenbestimmung in der CT möglich und sollte durchgeführt werden.

• References

• 1 George KJ, Roy D. A low radiation computed tomography protocol for monitoring shunted hydrocephalus. Surg Neurol Int 2012; 3: 103
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 2 Karabulut N, Ariyürek M. Low dose CT: practices and strategies of radiologists in university hospitals. Diagn Interv Radiol 2006; 12: 3-8
  PubMedGoogle Scholar
• 3 Huda W, Vance A. Patient radiation doses from adult and pediatric CT. Am J Roentgenol 2007; 188: 540-546
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 4 Udayasankar UK, Braithwaite K, Arvaniti M et al. Low-dose nonenhanced head CT protocol for follow-up evaluation of children with ventriculoperitoneal shunt: reduction of radiation and effect on image quality. AJNR 2008; 29: 802-806
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 5 Radiation Protection of Patients in Cranial Computed Tomography (Gantry Tilt). Recommendation by the German Commission on Radiological Protection, adopted at the 248th meeting of the German Commission on Radiological Protection on 14./15.04.2011, BAnz no. 168 – 09.11.2011.
  PubMedGoogle Scholar
• 6 Keil B, Wulff J, Schmitt R et al. Protection of eye lens in computed tomography – dose evaluation on an anthropomorphic phantom using thermo-luminescent dosimeters and Monte-Carlo simulations. Rofo 2008; 180: 1047-1053
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 7 Stiller W. Principles of multidetector-row computed tomography. Part 2: Determinants of radiation exposure and current technical developments. Radiologe 2011; 51: 1061-1078
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 8 Radiation-Induced Cataracts, Recommendation by the German Commission on Radiological Protection with Scientific Reasoning, adopted at the 234th meeting of the German Commission on Radiological Protection on 14.05.2009, BAnz no. 180a – 27.11.2009.
  PubMedGoogle Scholar
• 9 Kirchhof K, Wohlgemuth WA, Berlis A. Estimation of the minimum dose required to measure ventricular width in follow-up cranial computed tomography (CCT) in children with hydrocephalus. Fortschr Röntgenstr 2010; 182: 1118-1124
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 10 Mullins ME, Lev MH, Bove P et al. Comparison of image quality between conventional and low-dose nonenhanced head CT. AJNR 2004; 25: 533-538
  PubMedGoogle Scholar
• 11 Kalender WA. Computertomografie. Grundlage, Gerätetechnologie, Bildqualität, Anwendungen. 2. Aufl. Publicis Publishing; 2006: 21-27, 55 – 63, 102 – 137, 237 – 235
  Google Scholar
• 12 Cohnen M, Fischer H, Hamacher J et al. CT of the head by use of reduced current and kilovoltage: relationship between image quality and dose reduction. AJNR 2000; 21: 1654-1660
  PubMedGoogle Scholar
• 13 Stiller W. Principles of multidetector-row computed tomography. Part 1: Technical design and physicotechnical principles. Radiologe 2011; 51: 625-639
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 14 Lira D, Padole A, Kalra MK et al. Tube potential and CT radiation dose optimization. Am J Roentgenol 2015; 204: W4-W10
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 15 McCollough CH, Primak AN, Braun N et al. Strategies for reducing radiation dose in CT. Radiol Clin North Am 2009; 47: 27-40
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 16 Rybka K, Staniszewska AM, Biegański T. Low-dose protocol for head CT in monitoring hydrocephalus in children. Med Sci Monit 2007; 13: 147-151
  PubMedGoogle Scholar
• 17 Abdeen N, Chakraborty S, Nguyen T et al. Comparison of image quality and lens dose in helical and sequentially acquired head CT. Clin Radiol 2010; 65: 868-873
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 18 van Straten M, Venema HW, Majoie CB et al. Image quality of multisection CT of the brain: thickly collimated sequential scanning versus thinly collimated spiral scanning with image combining. AJNR 2007; 28: 421-427
  PubMedGoogle Scholar
• 19 Greess H, Wolf H, Baum U et al. Dose reduction in computed tomography by attenuation-based online modulation of tube current: evaluation of six anatomical regions. Eur Radiol 2000; 10: 391-394
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 20 Huda W, Lieberman KA, Chang J et al. Patient size and x-ray technique factors in head computed tomography examinations. II. Image quality. Med Phys 2004; 31: 595-601
  CrossrefPubMedGoogle Scholar