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Iterative Reconstruction for Head CT: Effects on Radiation Dose and Image Quality

Published online by Cambridge University Press:  20 October 2014

Michael D. Rivers-Bowerman
Affiliation:
Residency Training Program, Halifax, NS, Canada
Jai Jai Shiva Shankar*
Affiliation:
Division of Neuroradiology, Department of Diagnostic Radiology, Queen Elizabeth II Health Sciences Centre and Dalhousie University, Halifax, NS, Canada.
*
Correspondence to: Jai Jai Shiva Shankar, Department of Diagnostic Imaging, Queen Elizabeth II Health Sciences Centre, Halifax Infirmary Site, Rm 3305A, 1796 Summer St, Halifax, NS, Canada B3H 3A7. Email: shivajai1@gmail.com.
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Abstract

Background

Iterative reconstruction has been reported to reduce radiation dose in CT, while preserving and even improving image quality. The purpose of this study was to evaluate the effects of sinogram-affirmed iterative reconstruction (SAFIRE) on radiation dose reduction and image quality for noncontrast adult head CT and to compare SAFIRE with conventional filtered back-projection (FBP) reconstruction.

Methods

Institutional review board approval was obtained for this retrospective analysis of head CT scans reconstructed with SAFIRE and/or FBP for 107 patients. Radiation dose parameters were recorded from scanner-generated CT dose reports. Signal-to-noise and contrast-to-noise ratios (SNR, CNR) were calculated from gray and white matter (GM, WM) attenuation measurements. Image noise, artifacts, GM-WM differentiation, small structure visibility, and sharpness were graded by two readers. Statistical analysis included the independent-samples t test for quantitative data, the related samples Wilcoxon signed-rank test for qualitative data, the coefficient of repeatability for intraobserver variation, and κ statistics for interobserver agreement.

Results

Mean effective dose was significantly reduced with SAFIRE from 2.0 to 1.7 mSv (p<0.0001). SAFIRE also significantly improved GM SNR, WM SNR, and GM-WM CNR (p<0.0001). Significant reductions in image noise and posterior fossa artifact as well as improvements in GM-WM differentiation, small structure visibility, and sharpness were noted with SAFIRE (P<0.005).

Conclusions

SAFIRE for noncontrast adult head CT reduces patient radiation dose by 15% for the settings employed at our institution, while significantly improving multiple quantitative and qualitative measures of image quality.

Résumé: reconstruction itérative pour la tomodensitométrie de la tête : effets sur la dose de radiation et la qualité de l’image

Contexte

La reconstruction itérative réduirait la dose de radiation tout en préservant et même en améliorant la qualité de l’image. Le but de cette étude était d’évaluer les effets d’une reconstruction itérative avec filtrage des sinogrammes (sinogram-affirmed - SAFIRE) sur la diminution de la dose de radiation et sur la qualité de l’image pour la tomodensitométrie de la tête sans agent de contraste chez l’adulte et de comparer SAFIRE à la reconstruction par rétroprojection filtrée (FBP) conventionnelle.

Méthode

Nous avons obtenu l’approbation du Comité d’éhique de l’institution pour cette étude rétrospective des scans de 107 patients reconstruits avec SAFIRE et/ou FBP. Les paramètres de la dose de radiation ont été recueillis des rapports de dose générés par le scanner. Les rapports signal-bruit et contraste-bruit (RSB, RCB) ont été calculés pour les mesures d’atténuation de la substance grise (SG) et de la substance blanche(SB). Le bruit, les artéfacts, la distinction SG-SB, la visibilité des petites structures et la netteté de l’image ont été évalués par deux lecteurs. L’analyse statistique a été réalisée au moyen du test de t pour échantillons indépendants pour les données quantitatives, du test des rangs signés de Wilcoxon pour échantillons appariés pour les données qualitatives, du coefficient de répétabilité pour la variation intra-observateur et de la statistique ƙ pour la concordance interobservateur.

Résultats

La dose moyenne efficace était significativement réduite avec SAFIRE, de 2,0 à 1,7 mSv (p<0,0001). SAFIRE améliorait significativement le RSB SG, le RSB SB et le RCB SG-SB (p<0,0001). Des réductions significatives du bruit d’image et des artéfacts à la fosse postérieure ainsi qu’une meilleure distinction SG-SB, une amélioration de la visibilité de petites structures et de la netteté de l’image ont été notées avec SAFIRE (p<0,005).

Conclusions

SAFIRE, utilisé pour la tomodensitométrie de la tête avec les réglages utilisés chez l’adulte dans notre institution, diminue de 15% la dose de radiation à laquelle est exposé le patient tout en améliorant significativement plusieurs mesures quantitatives et qualitatives de la qualité de l’image.

Information

Type
Original Articles
Copyright
Copyright © The Canadian Journal of Neurological Sciences Inc. 2014 
Figure 0

Table 1 CT data acquisition and reconstruction parameters

Figure 1

Table 2 Qualitative variables and grading system

Figure 2

Figure 1 Intraobserver variation for GM and WM attenuation values. Measurement 1 versus measurement 2 with the line of equality.

Figure 3

Figure 2 Boxplots of GM SNR (a) and WM SNR (b) with FBP and SAFIRE. The horizontal line within the box is the median value; the box defines the 25th to 75th quartile with whiskers to the minimum and maximum values.

Figure 4

Figure 3 Boxplot of GM-WM CNR with FBP and SAFIRE. The horizontal line within the box is the median value; the box defines the 25th to 75th quartile with whiskers to the minimum and maximum values.

Figure 5

Figure 4 A 41-year-old man with a seizure disorder. (a) Axial noncontrast head CT image (width, 80 HU; level, 40 HU) reconstructed with FBP from a raw CT dataset acquired with a tube current of 300 mAs. (b) Axial noncontrast head CT image (width, 80 HU; level, 40 HU) reconstructed with SAFIRE from a raw CT dataset acquired with a tube current of 247 mAs. The scans were performed 1 month apart.

Figure 6

Table 3 Mean qualitative rankings (n=12)