Testing the impact of two key scan parameters on the quality and repeatability of measurements from CT scan data
Plain Language Abstract
High-resolution CT scanning uses a series of x-ray radiographs taken around an object to create a three-dimensional (3D) reconstruction of the specimen of interest. Researchers can use these data to examine the inside and outside of the scanned specimen without damaging it. Despite its benefits, CT scanning can be costly, and available scan time is often limited by high user demand. Here we run a series of trials to test how the exposure time, the number of x-ray radiographs averaged per view, and the overall time of the CT scan affect the quality of CT data. We find that scan quality increases with scan time up to a certain point, after which the benefit of increasing scan time diminishes. These findings will help researchers using CT scanning to maximize the use of their research funding and available CT scan time, while still collecting high-quality CT-data.
Resumen en Español
In progress
Traducción: Enrique Peñalver (Sociedad Española de Paleontología) or Diana Elizabeth Fernández
Résumé en Français
Tester l’impact de deux paramètres clés de scan sur la qualité et la répétabilité des mesures effectuées à partir de données tomodensitométriques
La tomodensitométrie (CT scan) devient un outil de recherche populaire dans les sciences de la Terre et les sciences de la vie. Cependant, malgré son importance, il n’y a pas eu d’exploration méthodique de la manière dont les paramètres de CT scan affectent la qualité des données et leur reproductibilité. Dans cet article, nous effectuons deux séries d’essais pour tester comment le temps d’exposition, le nombre de radiographies par rayons X moyennées par vue, et la durée totale de scan affectent la qualité des données CT scan, estimée en utilisant les rapports du signal et du contraste sur le bruit et la répétabilité des mesures dérivées de ces données (dans ce cas, le volume calculé des coquilles de ptéropodes). Nous trouvons que le rapport contraste sur bruit et le volume calculé de la coquille augmentent alors que la variabilité des mesures de volume de la coquille diminue quand la durée totale de scan augmente. Cependant, l’avantage d’une durée totale accrue de scan diminue considérablement à des durées de scan de 50 minutes ou plus. De plus, quand la durée totale de scan augmente, les scans courrent plus de risque d’être affectés par des mouvements de l’échantillon, ce qui peut rendre les données inutilisables. En équilibrant le temps d’exposition et le nombre de radiographies par rayons X moyennées par vue, la qualité de l’image d’un scan de 50 minutes peut être comparable à, ou même meilleure que, celle d’un scan de 75 minutes. En sélectionnant un scan de 50 minutes plutôt qu’un scan de 75 minutes, la collecte des données peut être augmentée entre 66 % et 75 %, en optimisant à la fois la quantité et la qualité des données tomodensitométriques collectées.
Mots-clés : scan par tomodensitométrie ; tomographie assistée par ordinateur ; qualité de scan ; ptéropode
Translator: Antoine Souron
Deutsche Zusammenfassung
Testen der Auswirkungen von zwei wichtigen Scan-Parametern auf die Qualität und Wiederholbarkeit von Messungen aus CT-Scandaten
Das CT-Scannen wird zu einem beliebten Forschungsinstrument in den Erd- und Biowissenschaften. Es gab jedoch trotz der Relevanz keine systematischen Untersuchungen darüber, wie die Parameter der CT-Scans die Datenqualität und Reproduzierbarkeit beeinflussen. Hier führen wir zwei Versuchsreihen durch, um zu testen, wie sich die Belichtungszeit, die Anzahl der pro Ansicht gemittelten Röntgenaufnahmen und die Gesamtscanzeit auf die Qualität der CT-Scandaten auswirken. Sie wurden bewertet anhand der Signal- und Kontrast-Rauschverhältnisse und der Wiederholbarkeit der aus diesen Daten abgeleiteten Messungen, in diesem Fall dem berechneten Volumen der Pteropoden-Gehäuse. Wir stellen fest, dass das Kontrast-Rauschverhältnis und das berechnete Schalenvolumen zunimmt und die Variabilität der Schalenvolumenmessungen mit zunehmender Gesamscanzeit abnimmt. Die Vorteile einer erhöhten Gesamtscanzeit nehmen jedoch ab einer Scanzeit von 50 Minuten oder mehr erheblich ab. Darüber hinaus besteht mit zunehmender Gesamt-Scanzeit ein größeres Risiko, dass die Scans durch Probenbewegungen beeinträchtigt werden, was die Daten unbrauchbar machen kann. Durch das Ausgleichen der Belichtungszeit und der Anzahl der pro Ansicht gemittelten Röntgenaufnahmen kann die Bildqualität bei einem 50-Minuten-Scan vergleichbar oder besser sein als bei einem 75-Minuten-Scan. Durch die Wahl eines 50-Minuten-Scans statt eines 75-Minuten-Scans kann die Datenerfassung um 66 bis 75% gesteigert werden, wodurch sowohl die Quantität als auch die Qualität der gesammelten CT-Daten maximiert wird.
Schlüsselwörter: CT Scannen; Computertomographie; Scanqualität; Pteropode
Translator: Eva Gebauer
Arabic
Translator: Ashraf M.T. Elewa
Polski
Testowanie wpływu dwóch kluczowych parametrów skanowania na jakość i powtarzalność pomiarów z danych ze skanowania CT
Skanowanie CT staje się popularnym narzędziem badawczym w naukach o Ziemi i naukach przyrodniczych. Jednak pomimo jego znaczącej roli nie przeprowadzono systematycznych badań dotyczących wpływu parametrów skanowania CT na jakość danych i odtwarzalność. W tym przypadku przeprowadzono dwa zestawy prób, aby sprawdzić, jak czas ekspozycji, liczba radiogramów rentgenowskich uśredniona dla jednego obrazu oraz całkowity czas skanowania wpływają na jakość danych skanowania CT, ocenianych za pomocą stosunku sygnału i kontrastu do szumu oraz powtarzalności uzyskanych pomiarów z tych danych, w tym przypadku obliczonej objętości muszli Pteropoda. Stwierdzono, że stosunek kontrastu do szumu i obliczonego wzrostu objętości skorupy oraz zmienności pomiarów objętości skorupy zmniejszają się wraz ze wzrostem całkowitego czasu skanowania. Korzyści płynące ze zwiększonego całkowitego czasu skanowania znacznie się zmniejszają przy czasie skanowania wynoszącym 50 minut lub więcej. Ponadto, wraz ze wzrostem ogólnego czasu skanowania, istnieje większe ryzyko, że skanowanie będzie miało wpływ na ruch próbki, co może uniemożliwić wykorzystanie danych. Równoważąc czas ekspozycji i liczbę radiogramów rentgenowskich uśrednionych na obraz, jakość obrazu w 50-minutowym skanie może być porównywalna lub lepsza niż w przypadku 75-minutowego skanu. Wybierając skanowanie 50-minutowe zamiast 75-minutowego, gromadzenie danych można zwiększyć o 66–75%, maksymalizując zarówno ilość, jak i jakość zebranych danych CT.
Słowa kluczowe: skanowanie CT; tomografia komputerowa; jakość skanu; pteropod
Translator: Krzysztof Stefaniak
Russian
Тестирование влияния двух ключевых параметров сканирования на качество и повторяемость измерений по данным компьютерной томографии
Компьютерная томография (КТ) становится популярным инструментом исследования в области наук о Земле и жизни. Однако, несмотря на значимость этого метода, не было систематических исследований того, как параметры компьютерной томографии влияют на качество и воспроизводимость данных. Здесь мы приводим результаты двух испытаний, имеющих целью проверить, как время экспозиции, количество рентгеновских снимков, усредненных для каждого вида, и общее время сканирования влияют на качество данных КТ, оцениваемых с использованием соотношений сигнал-контраст, шум и повторяемость полученных измерений. Исходя из этих данных, в данном случае рассчитывается объем скорлупы птеропод. Мы обнаружили, что отношение контрастности к шуму и расчетный объем оболочки увеличиваются, а вариабельность измерений объема оболочки уменьшается с увеличением общего времени сканирования. Однако преимущества увеличения общего времени сканирования значительно уменьшаются при времени сканирования 50 минут и более. Кроме того, по мере увеличения общего времени сканирования на его результат влияет выборка, что может сделать данные непригодными для использования. Балансируя время экспозиции и количество рентгеновских снимков, усредненных для каждого вида, качество изображения при 50-минутном сканировании может быть сопоставимо или лучше, чем при 75-минутном сканировании. Выбрав 50-минутное, а не 75-минутное сканирование, сбор данных можно увеличить на 66-75%, при этом максимально увеличивая как количество, так и качество собранных данных КТ.
Ключевые слова: КТ-сканирование; компьютерная томография; качество сканирования; птероподы
Translator: Oleksandr Kovalchuk
Ukrainian
Тестування впливу двох ключових параметрів сканування на якість і повторюваність вимірювань за даними комп’ютерної томографії
Комп’ютерна томографія (КТ) стає популярним інструментом дослідження у галузі наук про Землю і життя. Однак, незважаючи на значущість цього методу, досі не було проведено систематичних досліджень того, як параметри комп’ютерної томографії впливають на якість і відтворюваність даних. Тут ми наводимо результати двох випробувань, що мали на меті перевірити, як час експозиції, кількість рентгенівських знімків, усереднених для кожного виду, і загальний час сканування впливають на якість даних КТ, оцінюваних з використанням співвідношень сигнал-контраст, шум і повторюваність отриманих вимірювань. Виходячи з цих даних, у даному випадку розраховувався об’єм шкаралупи птеропод. Ми виявили, що відношення контрастності до шуму і розрахунковий об’єм оболонки збільшуються, а варіабельність вимірювань об’єму оболонки зменшується зі збільшенням загального часу сканування. Однак переваги збільшення загального часу сканування значно зменшуються при скануванні протягом 50 хвилин і більше. Крім того, у міру збільшення загального часу сканування на його результат впливає вибірка, що може зробити дані непридатними для використання. Балансуючи час експозиції та кількість знімків, усереднених для кожного виду, якість зображення при 50-хвилинному скануванні може бути співставною або навіть кращою, ніж при 75-хвилинному скануванні. Вибравши 50-хвилинне, а не 75-хвилинне сканування, збір даних можна збільшити на 66-75%, при цьому максимально збільшуючи як кількість, так і якість зібраних даних КТ.
Ключові слова: КТ-сканування; комп’ютерна томографія; якість сканування; птероподи
Translator: Oleksandr Kovalchuk
