Design and Validation of Synchronous QCT Calibration Phantom: Practical Methodology

Publication date: Available online 9 November 2018

Source: Journal of Medical Imaging and Radiation Sciences

Author(s): Malakeh Malekzadeh, Shahrokh Abbasi-Rad, Mohamad Shahgholi, Parisa Naghdi, Marzieh Sadat Hoseini, Niloofar Ayoobi Yazdi, Mohammad Bagher Shiran, Hamidreza Saligheh Rad

Abstract

Introduction

Quantitative computed tomography (QCT) can supplement dual x-ray absorptiometry by enabling geometric and compartmental bone assessments. Whole-body spiral CT scanners are widely available and require a short scanning time of seconds, in contrast to peripheral QCT scanners, which require several minutes of scanning time. This study designed and evaluated the accuracy and precision of a homemade QCT calibration phantom using a whole-body spiral CT scanner.

Materials and Methods

The QCT calibration phantom consisted of K₂HPO₄ solutions as reference. The reference material with various concentrations of 0, 50, 100, 200, 400, 1000, and 1200 mg/cc of K₂HPO₄ in water were used. For designing the phantom, we used the ABAQUS software.

Results

The phantoms were used for performance assessment of QCT method through measurement of accuracy and precision errors, which were generally less than 5.1% for different concentrations. The correlation between CT numbers and concentration were close to one (R² = 0.99).

Discussion

Because whole-body spiral CT scanners allow central bone densitometry, evaluating the accuracy and precision for the easy to use calibration phantom may improve the QCT bone densitometry test.

Conclusion

This study provides practical directions for applying a homemade calibration phantom for bone mineral density quantification in QCT technique.

Résumé

Introduction

La tomodensitométrie quantitative (QCT) peut servir de complément à la DXA en facilitant les évaluations géométriques et des compartiments des os. Les tomodensitomètres hélicoïdaux pour corps entier sont largement accessibles et sont rapides comparativement à la QCT périphérique qui, elle, peut nécessiter plusieurs minutes. Dans le cadre de cette étude, nous avons évalué la justesse et la fidélité d'un fantôme de QCT préparé à la main pour des tomodensitomètres hélicoïdaux pour corps entier dans le contexte des évaluations quantitatives.

Matériaux et méthodes

Le fantôme pour l'étalonnage de la QCT comprenait une matière plastique et une solution de K2HPO4 qui servaient de base et de référence respectivement. Des matériaux de référence dont les concentrations de K₂HPO₄ étaient de 0, 50, 100, 200, 400, 1000 et 1200 mg/cm³ en solution aqueuse ont été utilisés. Pour créer le fantôme, nous avons eu recours au logiciel ABAQUS.

Résultats

Nous avons utilisé les fantômes créés pour évaluer le rendement de la méthode de QCT en mesurant les erreurs de justesse et de fidélité, qui étaient, de façon générale, inférieures à 5,1% pour diverses concentrations. La corrélation entre les données de tomodensitométrie et les concentrations se rapprochaient d'un (R² = 0,99).

Discussion

Puisque les tomodensitomètres hélicoïdaux pour corps entier permettent de déterminer la densitométrie osseuse centrale, le fait d'évaluer la justesse et la fidélité du fantôme d'étalonnage facile pourrait améliorer le test de densitométrie osseuse effectué au moyen de la QCT.

Conclusion

Cette étude a permis d'établir la stabilité du fantôme d'étalonnage K₂HPO₄ au cours d'une période limitée de trois mois. De plus, la grande plage dynamique des concentrations pourrait servir à quantifier la faible et la forte densité des os avec un pourcentage d'erreur relative acceptable.

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