Effect of Patient Size on Image Quality and Dose Reduction after Added Filtration in Digital Chest Tomosynthesis

To evaluate the effect of patient size on effective dose and image quality for Digital Chest Tomosynthesis(DTS) using additional 0.3 mm copper filtration. Eighty artificial nodules were placed in the thorax phantom("Lungman," Kyoto Kagaku, Japan), and Digital Chest Tomosynthesis(DTS) images of the phantom were acquired both with and without added 0.3 mm Cu filtration. To simulate patients of three sizes: small, average size and oversize, one or two 20-mm-thick layer of PMMA(polymethyl methacrylatek) blocks were placed on the phantom. The Effective dose was calculated using Monte Carlo simulations. Two evaluations of image quality methods have been employed. Three readers counted the number of nodules detected in the lung, and the measured contrast-to-noise ratios(CNRs) were used. Data were analyzed statistically. The ED reduced $26{\mu}Sv$ in a phantom, $33{\mu}Sv$ in one 20-mm-thick layer of PMMA block placed on the phantom, and $48{\mu}Sv$ in two 20-mm-thick layer of PMMA blocks placed on the phantom. The Effective dose(ED) differences between DTS with and without filtration were significant(p<0.05). In particular, when we used two 20-mm-thick layer of PMMA blocks placed on the phantom, the ED was significantly reduced by 36% compared with those without additional filtration. Nodule detection sensitivities were not different between with and without added filtration. Differences of CNRs were statistically insignificant(p>0.05). Use of additional filtration allows a considerable dose reduction during Digital Chest Tomosynthesis(DTS) without loss of image quality. In particular, additional filtration showed outstanding result for effective dose reduction on two 20-mm-thick layer of PMMA blocks placed on the phantom. It applies to overweight patients.

부가필터를 적용한 디지털 흉부단층합성검사에서 환자 체형에 따른 화질 평가와 선량감소 효과

흉부 단층 합성검사(Chest Digital Tomosynthesis, DTS)시 환자 체형에 따른 0.3 mm 구리 필터의 적용 및 AEC의 감도 변화에 의한 유효선량감소 효과와 폐 결절 검출능력을 평가하여 선량 최적화 조건을 평가하고자 한다. 8개의 인공 결절을 인체 팬텀 폐 영역내에 삽입하고 0.3 mm 구리 필터 적용 유무, 감도 변화에 따라 팬텀의 DTS 영상을 각각 획득하였다. 환자 체형에 따른 비교를 위해 팬텀 사이즈를 세 그룹으로 분류하여 small size에서는 결절이 삽입된 인체 팬텀을 단독으로 사용하였고 Average size에서는 한 개의 PMMA를, Large size에서는 두 개의 PMMA를 인체팬텀 후방에 밀착하여 위치시켰다. 유효선량은 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 계산 되었고 영상의 화질평가를 위해서 CNR과 SNR 측정을 통한 정량 평가와 인공 결절 검출 수를 통한 검출민감도로 정성평가를 시행하였다. 모든 데이터는 통계학적으로 분석하였다. 유효 선량은 Small size일 때 $26{\mu}Sv$, Average size $70{\mu}Sv$, Large size $133{\mu}Sv$ 감소하였다. 유효선량은 0.3mm 구리 필터의 적용 여부에 따라 유의한 차이가 있었다(p<0.05). 정량적 화질 평가에서는 0.3mmCu필터 사용 시 CNR과 SNR 모두 통계적으로 유의한 차이는 없었다(p>0.05). 또한 정성적 화질평가에서도 결절 검출 민감도는 팬텀 사이즈별 전체 그룹에서 통계적으로 유의한 차이가 없었다(p>0.05). DTS에서 0.3 mmCu필터의 사용은 폐 결절 검출에서 진단적 가치를 유지하면서 환자 피폭선량 감소효과를 얻을 수 있다. 또한 실험에서 Large size 그룹의 경우 유효선량 감소 정도가 두드러진 점으로 보아 실제 체형이 큰 환자의 경우 0.3 mm Cu필터 사용은 더 높은 유효선량 감소 효과를 기대 할 수 있을 것이라 사료된다