Comparison of Contrast-to-Noise Ratios of Transmission and Dark-Field Signal in Grating-Based X-ray Imaging for Healthy Murine Lung Tissue - Vergleich des Kontrast-zu-Rausch-Verhaeltnisses von Transmissions- und Dunkelfeld-Signal in der gitterbasierten Roentgenbildgebung fuer gesunde Maeuselungen

Abstract

Purpose An experimental comparison of the contrast-to-noise ratio (CNR) between transmission and dark-field signals in grating-based X-ray imaging for ex-vivo murine lung tissue. Materials and Methods Lungs from three healthy mice were imaged ex vivo using a laser-driven compact synchrotron X-ray source. Background noise of transmission and dark-field signal was quantified by measuring the standard deviation in a region of interest (ROI) placed in a homogeneous area outside the specimen. Image contrast was quantified by measuring the signal range in rectangular ROIs placed in central and peripheral lung parenchyma. The relative contrast gain (RCG) of dark-field over transmission images was calculated as CNRDF / CNRT. Results In all images, there was a trend for contrast-to-noise ratios of dark-field images (CNRDF) to be higher than for transmission images (CNRT) for all ROIs (median 61 vs. 38, p = 0.10), but the difference was statistically significant only for peripheral ROIs (61 vs. 32, p = 0.03). Median RCG was >1 for all ROIs (1.84). RCG values were significantly smaller for central ROIs than for peripheral ROIs (1.34 vs. 2.43, p = 0.03). Conclusion The contrast-to-noise ratio of dark-field images compares more favorably to the contrast-to-noise ratio of transmission images for peripheral lung regions as compared to central regions. For any specific specimen, a calculation of the RCG allows comparing which X-ray modality (dark-field or transmission imaging) produces better contrast-to-noise characteristics in a well-defined ROI. Ziel Ein experimenteller Vergleich des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses von Transmission und Dunkelfeld-Signalen in Gitterbasiertem Röntgen bei ex-vivo-Mäuse-Lungengewebe. Material und Methoden Lungen dreier gesunder Mäuse wurden ex-vivo in einer Laser-getriebenen kompakten Synchrotron-Röntgenquelle untersucht. Das Hintergrundrauschen der Transmissions- und Dunkelfeld-Bilder wurde aus der Standardabweichung des Signals in einer homogenen Region außerhalb der Probe bestimmt. Der Bildkontrast wurde aus dem Signalumfang in rechteckigen ROIs in peripheren und zentralen Lungengebieten berechnet. Der relative contrast gain (RCG) des Dunkelfeldes im Vergleich zum Transmissionsbild wurde als CNRDF / CNRT berechnet. Ergebnisse Über alle Bilder und Lungen hinweg gab es einen Trend zu einem größeren Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis im Dunkelfeld- (CNRDF) als im Transmissionsbild (CNRT) (Median 61 vs. 38, p = 0.10), aber der Unterschied war nur für periphere ROIs signifikant (61 vs. 32, p = 0.03). Der Median des RCG über alle ROIs war >1 (1.84). Die RCG Werte waren für zentrale ROIs signifikant kleiner als für periphere ROIs (1.34 vs. 2.43, p = 0.03). Schlussfolgerung Das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis der Dunkelfeld-Bilder ist im Vergleich zu dem bei Transmissionsbildern insbesondere in peripheren Lungenregionen noch vorteilhafter als in zentralen Regionen. Für eine bestimmte Probe kann eine Berechnung des RCG einen Vergleich erlauben, welche Modalität das bessere Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis in einer wohl definierten ROI liefert.