Dose-Optimized Image Acquisition Parameters for Neonatal Chest Radiography: A Phantom Study Comparing Computed Radiography and Wireless Digital Radiography Needle Detectors

Abstract

Purpose

To determine dose-optimized image acquisition parameters for good image quality (IQ) in neonatal chest radiography with a computed radiography (CR) CsBr needle detector vs. a wireless digital radiography (DR) CsI detector using different doses and filters.

Materials and Methods

Physical resolution of the two detectors in unprocessed imaging of a contrast-detail phantom was automatically evaluated. Post-processed chest radiographic imaging of a neonatal phantom was used for Visual Grading Analysis (VGA) by three radiology raters. Different kVp, mAs, and filter settings were used. The VGA score (VGAS) and dose area product (DAP) were used to determine image acquisition parameters and dose levels for good image quality. Pixel data from segments corresponding to visual grading characteristics (VGC) was used to calculate signal-to-noise ratio, contrast-to-noise ratio (CNR), and signal profile curves. These results were compared to the raters’ “ground truth” by Spearman’s correlation.

Results

The CR detector had the highest resolution in unprocessed imaging, although this was dependent on a tube voltage of 66 kVp (P < 0.001), and more so than the DR detector. The VGAS showed no significant difference between the CR needle and the DR CsI detectors at the same DAP, or when using standard pediatric filtering of 3.5 mm Al + 0.1 mm Cu (P > 0.05). A lung dose level of 0.017 mSv was needed for good IQ (effective dose (E): 0.010 mSv). This was achievable with different acquisition parameters. Out of 24 segments, only the CNR of bone-to-soft-tissue had a good Spearman’s correlation (ρ > 0.50) to raters’ VGAS (P < 0.0001), mostly due to problems with image registration.

Conclusion

The CR needle and DR CsI detectors have comparable IQ in neonatal chest radiography. In this study, an E of approximately 0.010 mSv was needed for good IQ.

Key Points

• CR needle and DR detectors have comparable image quality in neonatal chest radiography.

• CR needle technology has higher absolute raw image resolution, although this is voltage-dependent and more so than the DR detector.

• We propose ideal image acquisition parameters for neonatal chest radiography.

Citation Format

• Rama K, Esser M, Spogis J et al. Dose-Optimized Image Acquisition Parameters for Neonatal Chest Radiography: A Phantom Study Comparing Computed Radiography and Wireless Digital Radiography Needle Detectors. Rofo 2025; 197: 1416–1425

Zusammenfassung

Ziel

Bestimmung dosisoptimierter Bildaufnahmeparametern für eine gute Bildqualität (IQ) in der neonatalen Thoraxradiografie mit einem Computerradiografie-CsBr-Nadeldetektor im Vergleich zu einem drahtlosen Digitalradiografie-CsI-Nadeldetektor unter Verwendung unterschiedlicher Dosiswerten und Filter.

Material und Methoden

Die physikalische Auflösung der beiden Detektoren bei nicht-prozessierten Aufnahmen eines Kontrast-Detail-Phantoms wurde automatisch bewertet. Postprozessierte Thorax-Röntgenaufnahmen eines Neugeborenen-Phantoms wurden von drei radiologischen Ratern für eine Visual Grading Analysis (VGA) verwendet. Es wurden unterschiedliche kVp-, mAs- und Filtereinstellungen verwendet. Der VGA-Score (VGAS) und das Dosisflächenprodukt (DAP) dienten der Bestimmung von Bildaufnahmeparametern und Dosiswerten für eine gute Bildqualität. Die Pixeldaten der Segmente, die den Visual Grading Characteristics (VGC) entsprechen, wurden zur Berechnung des Signal-Rausch-Verhältnisses, des Kontrast-Rausch-Verhältnisses (CNR) und der Signalprofilkurven verwendet. Diese Ergebnisse wurden mittels Spearman-Korrelation mit der „Ground Truth“ der Rater verglichen.

Ergebnisse

Der CR-Detektor hatte die höchste Auflösung bei nicht-prozessierten Aufnahmen, obwohl dies von einer Röhrenspannung von 66 kVp abhängig war (P < 0,001), und zwar stärker als der DR-Detektor. Der VGAS zeigte keinen signifikanten Unterschied zwischen den CR-Nadel und DR-CsI-Detektoren bei gleichem DAP oder bei Anwendung der pädiatrischen Standardfilterung von 3,5 mm Al + 0,1 mm Cu (P > 0,05). Für eine gute IQ war eine Lungendosis von 0,017 mSv erforderlich (Effektive Dosis (E): 0,010 mSv), die mit verschiedenen Aufnahmeparametern erreicht werden konnte. Von den 24 Segmenten wies nur das CNR des Knochen-zu-Weichteil-Segmentes eine gute Spearman-Korrelation (ρ > 0,50) zu den VGAS der Rater auf (P < 0,0001), hauptsächlich aufgrund unzureichender Bildregistrierung.

Schlussfolgerung

CR-Nadel- und DR-CsI-Detektoren haben eine vergleichbare IQ in der neonatalen Thoraxradiographie. In dieser Studie war eine E von circa 0,010 mSv für eine gute Bildqualität erforderlich.

Kernaussagen

• CR-Nadel- und DR-Detektoren haben eine vergleichbare Bildqualität in der neonatalen Thorax-Radiografie.

• Die CR-Nadeltechnologie hat eine höhere absolute Rohbildauflösung, dies ist allerdings spannungsabhängig, und zwar stärker als beim DR-Detektor.

• Wir schlagen ideale Bildaufnahmeparameter für die neonatale Thorax-Radiografie vor.

Keywords

Thoracic Radiography - Newborn Infant - Imaging Phantoms - Radiation Dosage - Radiation Protection

Publication History

Received: 11 July 2024

Accepted after revision: 21 January 2025

Article published online:
18 February 2025

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