Published August 8, 2023 | Version v1
Publication Open

Three-dimensional image quality test phantom for planar X-ray imaging

Creators

  • 1. University of Ghana
  • 2. Ghana Atomic Energy Commission

Description

We aimed to produce a simple, inexpensive 3D printed phantom as a prototype for image quality assessment of contrast, contrast-to-noise ratio (CNR), signal-to-noise ratio (SNR) and resolution in planar X-ray imaging systems. The test phantom was designed using SOLIDWORKS software, printed with a polylactic acid material and filled with paraffin wax. Circular aluminium sheets were used as inserts for contrast evaluation. A planar X-ray system was used for imaging and DICOM images were evaluated using ImageJ software. We evaluated spatial resolution, contrast, CNR and SNR. For resolution, full width at half maximum (FWHM) was measured on different grid sizes. For contrast, intensity of grey values and standard deviation were calculated on the different grid sizes. For CNR and SNR, difference in greyscale of investigated tissue and background per standard deviation of noise in the background was calculated. Resolution of the system was evaluated to be 1.57 and 1.80 lp/mm on grids A and B respectively. Contrast showed differential attenuation per variation in thickness. CNR increased from −13.7 for a thickness of 0.00 mm to 24.90 for a thickness of 28 mm. CNR did not change for a thickness greater than 16.0 mm. The SNR of the system fell in the acceptable range of ≥ 5 . The results from the analyses performed indicate that the test phantom has great potential to be a good substitute for the commercially available phantoms on the market, especially for low-resource settings. Significance:This study highlights the emergence of 3D printing technology and its suitability within radiology and medical physics for the production of cost-effective phantoms which can serve as substitutes for commercial phantoms in low-resourced medical facilities in low- and middle-income countries.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

كنا نهدف إلى إنتاج شبح مطبوع ثلاثي الأبعاد بسيط وغير مكلف كنموذج أولي لتقييم جودة الصورة للتباين ونسبة التباين إلى الضوضاء (CNR) ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) والدقة في أنظمة التصوير بالأشعة السينية المستوية. تم تصميم شبح الاختبار باستخدام برنامج SOLIDWORKS، وطبع بمادة حمض عديد اللبنيك ومليء بشمع البارافين. تم استخدام صفائح الألومنيوم الدائرية كإضافات لتقييم التباين. تم استخدام نظام الأشعة السينية المستوية للتصوير وتم تقييم صور DICOM باستخدام برنامج ImageJ. قمنا بتقييم الدقة المكانية والتباين و CNR و SNR. من أجل الدقة، تم قياس العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM) على أحجام شبكة مختلفة. على النقيض من ذلك، تم حساب شدة القيم الرمادية والانحراف المعياري على أحجام الشبكة المختلفة. بالنسبة لـ CNR و SNR، تم حساب الفرق في التدرج الرمادي للأنسجة التي تم فحصها والخلفية لكل انحراف معياري للضوضاء في الخلفية. تم تقييم دقة النظام لتكون 1.57 و 1.80 رطل/مم على الشبكات A و B على التوالي. أظهر التباين توهينًا تفاضليًا لكل تباين في السماكة. زادت CNR من-13.7 لسماكة 0.00 مم إلى 24.90 لسماكة 28 مم. لم يتغير CNR لسمك أكبر من 16.0 مم. انخفض SNR للنظام في النطاق المقبول من ≥ 5 . تشير نتائج التحليلات التي تم إجراؤها إلى أن شبح الاختبار لديه إمكانات كبيرة ليكون بديلاً جيدًا للأشباح المتاحة تجاريًا في السوق، خاصة بالنسبة للإعدادات منخفضة الموارد. الأهمية: تسلط هذه الدراسة الضوء على ظهور تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ومدى ملاءمتها في مجال الأشعة والفيزياء الطبية لإنتاج أشباح فعالة من حيث التكلفة والتي يمكن أن تكون بمثابة بدائل للأشباح التجارية في المرافق الطبية منخفضة الموارد في البلدان منخفضة ومتوسطة الدخل.

Translated Description (French)

Notre objectif était de produire un fantôme imprimé en 3D simple et peu coûteux en tant que prototype pour l'évaluation de la qualité d'image du contraste, du rapport contraste sur bruit (CNR), du rapport signal sur bruit (SNR) et de la résolution dans les systèmes d'imagerie à rayons X planaires. Le fantôme de test a été conçu à l'aide du logiciel SolidWorks, imprimé avec un matériau d'acide polylactique et rempli de cire de paraffine. Des feuilles d'aluminium circulaires ont été utilisées comme inserts pour l'évaluation du contraste. Un système de radiographie planaire a été utilisé pour l'imagerie et les images DICOM ont été évaluées à l'aide du logiciel ImageJ. Nous avons évalué la résolution spatiale, le contraste, le CNR et le SNR. Pour la résolution, la pleine largeur à mi-hauteur (FWHM) a été mesurée sur différentes tailles de grille. Pour le contraste, l'intensité des valeurs de gris et l'écart type ont été calculés sur les différentes tailles de grille. Pour le CNR et le SNR, la différence d'échelle de gris des tissus étudiés et du bruit de fond par écart type du bruit de fond a été calculée. La résolution du système a été évaluée à 1,57 et 1,80 lp/mm sur les grilles A et B respectivement. Le contraste a montré une atténuation différentielle par variation d'épaisseur. Le CNR est passé de −13,7 pour une épaisseur de 0,00 mm à 24,90 pour une épaisseur de 28 mm. Le CNR n'a pas changé pour une épaisseur supérieure à 16,0 mm. Le SNR du système se situait dans la plage acceptable de ≥ 5 . Les résultats des analyses effectuées indiquent que le fantôme de test a un grand potentiel pour être un bon substitut aux fantômes disponibles dans le commerce sur le marché, en particulier pour les réglages à faibles ressources. Importance :Cette étude met en évidence l'émergence de la technologie d'impression 3D et son adéquation au sein de la radiologie et de la physique médicale pour la production de fantômes rentables qui peuvent servir de substituts aux fantômes commerciaux dans les établissements médicaux à faibles ressources dans les pays à revenu faible et intermédiaire.

Translated Description (Spanish)

Nuestro objetivo era producir un maniquí impreso en 3D simple y económico como prototipo para la evaluación de la calidad de imagen del contraste, la relación contraste-ruido (CNR), la relación señal-ruido (SNR) y la resolución en sistemas de imágenes de rayos X planares. El maniquí de prueba se diseñó utilizando el software SOLIDWORKS, se imprimió con un material de ácido poliláctico y se rellenó con cera de parafina. Se utilizaron láminas circulares de aluminio como insertos para la evaluación del contraste. Se utilizó un sistema de rayos X plano para la obtención de imágenes y las imágenes DICOM se evaluaron utilizando el software ImageJ. Evaluamos resolución espacial, contraste, CNR y SNR. Para la resolución, se midió el ancho completo a la mitad del máximo (FWHM) en diferentes tamaños de cuadrícula. Para el contraste, se calcularon la intensidad de los valores de gris y la desviación estándar en los diferentes tamaños de cuadrícula. Para CNR y SNR, se calculó la diferencia en la escala de grises del tejido investigado y el fondo por desviación estándar de ruido en el fondo. La resolución del sistema se evaluó en 1.57 y 1.80 lp/mm en las cuadrículas A y B, respectivamente. El contraste mostró atenuación diferencial por variación de espesor. La CNR aumentó de -13,7 para un espesor de 0,00 mm a 24,90 para un espesor de 28 mm. La CNR no cambió para un espesor superior a 16,0 mm. La SNR del sistema cayó en el rango aceptable de ≥ 5 . Los resultados de los análisis realizados indican que el maniquí de prueba tiene un gran potencial para ser un buen sustituto de los maniquíes disponibles comercialmente en el mercado, especialmente para entornos de bajos recursos. Importancia:Este estudio destaca la aparición de la tecnología de impresión 3D y su idoneidad dentro de la radiología y la física médica para la producción de fantasmas rentables que pueden servir como sustitutos de los fantasmas comerciales en instalaciones médicas de bajos recursos en países de bajos y medianos ingresos.

Files

20261.pdf

Files (1.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9a3fae05246b5f5ce7325900e92a9dcc
1.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
شبح اختبار جودة الصورة ثلاثي الأبعاد للتصوير بالأشعة السينية المستوية
Translated title (French)
Fantôme de test de qualité d'image tridimensionnelle pour l'imagerie par rayons X planaire
Translated title (Spanish)
Fantasma de prueba de calidad de imagen tridimensional para imágenes de rayos X planas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4385630424
DOI
10.17159/sajs.2023/14269

Is supplement to
https://openalex.org/W3100818716 (Other)
https://openalex.org/W3015060551 (Other)
https://openalex.org/W2957581920 (Other)
https://openalex.org/W2742905970 (Other)
https://openalex.org/W2393611225 (Other)
https://openalex.org/W2367262242 (Other)
https://openalex.org/W2221510992 (Other)
https://openalex.org/W2073506692 (Other)
https://openalex.org/W2058785810 (Other)
https://openalex.org/W1583920575 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Ghana

References

  • https://openalex.org/W1993774686
  • https://openalex.org/W2023055841
  • https://openalex.org/W2092062478
  • https://openalex.org/W2102097235
  • https://openalex.org/W2108161034
  • https://openalex.org/W2138314116
  • https://openalex.org/W2214449936
  • https://openalex.org/W2465513892
  • https://openalex.org/W2541102772
  • https://openalex.org/W2550413434
  • https://openalex.org/W2551569063
  • https://openalex.org/W2607644258
  • https://openalex.org/W2765126472
  • https://openalex.org/W2773475402
  • https://openalex.org/W2891972807
  • https://openalex.org/W2914714947
  • https://openalex.org/W2970842228
  • https://openalex.org/W3017173712
  • https://openalex.org/W3023655283
  • https://openalex.org/W4386675642