Details

Autor(en) / Beteiligte

• Mehnati, Parinaz
• Malekzadeh, Reza
• Hussein, Hussein Ali
• Obaid, Noor H.
• Ebrahimiyan, Saadat
• Sooteh, Mohammad Yousefi
• Refahi, Soheila

Titel

Trade-off between breast dose and image quality using composite bismuth shields in computed tomography: A phantom study

Ist Teil von

• Journal of medical imaging and radiation sciences, 2023-03, Vol.54 (1), p.145-152

Ort / Verlag

United States: Elsevier Inc

Erscheinungsjahr

2023

Quelle

MEDLINE

Beschreibungen/Notizen

• Many researchers have suggested that bismuth composite shields (BCS) reduce breast dose remarkably; however, the level of this reduction and its impact on image quality has not been assessed. This study aimed to evaluate the efficiency of nano- and micro- BCS in reducing the dose and image quality during chest computed tomography (CT) scans. Bismuth shields composed of 15 weighting percentage (wt%) and 20 wt% bismuth oxide (Bi2O3) nano- and micro-particles mixed in silicon rubber polymer were constructed in 1 and 1.5 mm thicknesses. The physical properties of nanoparticles were assessed using a scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), and energy-dispersive X-ray (EDX). Breast radiation doses were measured experimentally during chest CT using PMMA standard dosimetry phantom (body phantom, 76-419-4150, Fluke Biomedical) in the presence of the shields. The image quality was assessed by calculating signal and noise values in different regions. The SEM images showed that the average size of Bi2O3 nano- and micro-particles was about 70 nm and 150 μm, respectively. The breast doses were reduced by increasing the shield thickness/bismuth weight percentage. The maximum dose reduction was related to the 20% weight of Bi2O3 nano-particles and a thickness of 1.5 mm. The minimum dose reduction was related to the 15% weight of Bi2O3 micro-particles with a thickness of 1 mm. The mean noise was higher in nano-particle bismuth shields than in micro-particles. Composite shields containing bismuth nano- and micro-particles can reduce the breast dose during chest CT examinations while negatively impacting diagnostic image quality. Several critical factors, such as bismuth concentration, particle size, and shield thickness, directly affect the efficiency. De nombreux chercheurs ont suggéré que les boucliers composites au bismuth réduisent considérablement la dose reçue par le sein, mais le niveau de cette réduction et son incidence sur la qualité de l'image n'ont pas été évalués. Cette étude avait pour but d'évaluer l'efficacité des boucliers composites de nano- et micro-particules de bismuth dans la réduction de la dose et de la qualité de l'image pendant les tomographies thoraciques. Des écrans au bismuth composés de nano- et micro-particules d'oxyde de bismuth (Bi2O3) à 15 et 20 % en poids mélangées à une matrice à base de caoutchouc de silicone ont été construits en 1 et 1,5 mm d'épaisseur. Les propriétés physiques des nanoparticules ont été évaluées au moyen du microscope électronique à balayage (MEB), de la diffraction des rayons X (DRX) et des rayons X à dispersion énergétique (EDX). Les doses de rayonnement au niveau du sein ont été mesurées expérimentalement au cours d'une tomographie thoracique à l'aide d'un fantôme de dosimétrie standard en PMMA (body phantom, 76-419-4150, Fluke Biomedical) en présence des écrans. La qualité de l'image a été évaluée en calculant les valeurs de signal et de bruit dans différentes régions. Les images au microscope électronique (SEM-MAP) ont montré que la taille moyenne des nanoparticules et microparticules de Bi2O3 était d'environ 70 nm et 150 μm, respectivement. Les boucliers composites avec 15 % en poids et 20 % en poids d'oxyde de bismuth ont montré une réduction de dose de 12 à 33 %, respectivement, en fonction du pourcentage de remplissage, de l'épaisseur du bouclier et de la taille des particules. Les doses de poitrine ont été réduites en augmentant l'épaisseur du bouclier et le pourcentage en poids d'oxyde de bismuth. Le bruit moyen a augmenté de 8 à 29 % dans la position du sein et de 4 à 25 % à l'emplacement des artères coronaires. Les écrans composites contenant des nanoparticules et des microparticules de bismuth peuvent réduire la dose au sein pendant les examens de tomodensitométrie thoracique tout en ayant une incidence négative sur la qualité de l'image diagnostique. Plusieurs facteurs critiques tels que la concentration de bismuth, la taille des particules et l'épaisseur du bouclier affectent directement l'efficacité.