Inter-variabilitet i radiografisk fluoroskopisk teknik hos patienter med idiopatisk skoliose (IVIS)

Nærværende undersøgelse har til formål at evaluere, om en LFT er tilstrækkelig som klinisk røntgenbillede til indledende evaluering og/eller den efterfølgende opfølgende overvågning af AIS ved at evaluere billedkvalitet, pålidelighed og overensstemmelse og måle stråledosis.

Materialer og metoder Studiedesign Denne undersøgelse var opdelt i to dele: en eksperimentel del og en klinisk del. Formålet med den eksperimentelle del var at evaluere de fysiske egenskaber ved billedkvalitet og observatør-baseret evaluering af LFT og ORT ved hjælp af et pædiatrisk trunk-fantom og at måle strålingseksponeringen. Billedkvaliteten blev også evalueret for røntgenbilleder af to "3D-printede" modeller af skoliotiske rygsøjler (3DPS'er), hvor overensstemmelsen og pålideligheden for LFT og ORT blev bestemt. Formålet med den kliniske del var at evaluere inter-rater reliabiliteten af ​​de faktiske kliniske undersøgelser for LFT røntgenbilleder af AIS fra vores ambulatorium. Ideelt set bør "enighed" bestemmes på det kliniske røntgenbillede ved brug af både LFT- og ORT-teknikker. Dette ville dog kræve "samtidige" dobbeltundersøgelser og dermed udsætte deltagerne for overskydende stråling. Dette blev anset for etisk uholdbart; i stedet udførte vi dobbeltundersøgelser på 3DPS. Pålidelighed og overensstemmelse blev vurderet som foreslået af Langensiepen et al.2 Denne undersøgelse blev evalueret og godkendt af den lokale forskningsetiske komité (Journalnummer: 17025334).

Billeddannelsessystemopsætninger af LFT og ORT Undersøgelserne blev udført i enten posteroanterior eller anteroposterior projektion for henholdsvis ORT og LFT. Patienten stod vendt mod billedforstærkeren/detektoren eller strålerøret med udstrakte hofter og knæ og med fødderne 10 cm fra hinanden. To blyforklæder blev placeret i de interskapulære (mammære) og sakrale (kønsorganer) regioner. Afstandene til strålingsrøret (kilde til detektor) var 100 cm for LFT og 230 cm for ORT. Til LFT var to billeder af thorax- og lændehvirvelsøjlen nødvendige for at dække thoracolumbalhvirvelsøjlen. Til ORT var der kun behov for én eksponering. LFT blev udført på et DelftDI D2RS system med fluoroskopisk eksponering på 4 pulser pr. sekund/frame pr. sekund, og ORT blev udført ved hjælp af et digitalt Carestream DRX-Evolution system med automatisk eksponeringskontrol. Følgende optagelsesparametre blev vurderet: rørpotentiale (85 kVp, tæthed indstillet til lav for LFT og 71 kVp, tæthed sat til 0 for ORT), begge med gitter, ved hjælp af manuelle eksponeringer (LFT) og automatisk mA-udvælgelseseksponeringskontrol (ORT) og ingen yderligere filtrering for LFT og yderligere filtrering (1 mm Al + 0,1 mm Cu) for ORT. Pixelstørrelsen på 0,139 mm for ORT giver en maksimal opløsning på 3,6 lp/mm. Pixelstørrelsen på 0,159 mm for LFT giver en maksimal opløsning på 3,1 lp/mm.

Evaluatorer I den eksperimentelle del blev observatørbaserede vurderinger udført én gang af 3 evaluatorer. Evaluator 1 var en erfaren (22-årig praksis) pædiatrisk ortopædkirurg, evaluator 2 var en erfaren (16-årig praksis) pædiatrisk ortopædkirurg, og evaluator 3 var en rapporterende radiograf med 10 års praksis. Evaluator 1 udførte alle analyser for de primære fysiske egenskaber. For 3DPS blev målinger af CA og klassificering i henhold til Nash og Moe (NM) udført tre gange som enkeltsessioner med mindst 1 uges mellemrum. I den kliniske del blev de kliniske røntgenbilleder analyseret i en enkelt session af evaluator 1 og 2. Evaluatorer blev blindet for patientens identitet og klinisk information. Alle billedevalueringer blev udført på et PACS-system (Impax 6.4.0, Agfa ® HealthCare, Mortsel, Belgien) på en 3-megapixel visningsstation af de 3 evaluatorer separat.

Del 1. Evaluering af billedkvaliteten af ​​LFT- og ORT-billeddannelsessystemerne. Det pædiatriske trunk-fantom Pædiatriske Whole Body Phantom "PBU-70" blev undersøgt radiografisk for billedkvalitet. Vi valgte kun fantomtorsoen af ​​et 4-årigt barn med en højde på 105 cm med antropomorfe målinger i fuld kropsstørrelse med indlejrede bløddelserstatninger af et syntetisk skelet, lunger, lever, mediastinum og nyrer (fantom ).16 Vi udførte 25 røntgenundersøgelser med begge teknikker, hvor fantomet blev placeret og omplaceret for hver optagelse.

De to 3D-printede AIS-modeller Røntgenbilleder af de to 3DPS'er med lille og svær lumbal skoliose blev optaget ved brug af begge teknikker. Vi udførte 1 sæt røntgenbilleder med begge teknikker. De tre evaluatorer udførte 3 målinger af CA og NM med mindst 1 uges mellemrum. Inter- og intra-bedømmer-reliabilitet for de tre evaluatorer blev vurderet ved hjælp af analyse af interklasse-korrelation samt den gennemsnitlige absolutte forskel (MAD), standard målefejl (SEM) og Bland-Altman-plot for de gennemsnitlige forskelle med yderligere analyse for systematiske forskelle. Vi definerede nøjagtighed fra direkte måling med en vinkelmåler til medicinske formål. Dette blev set som et surrogatmål for den samlede nøjagtighed. Fantomet og 3DPS'erne er vist i figur 1, og røntgenbillederne er vist i figur 2.

Figur 1. Det pædiatriske helkropsfantom "PBU-70" og en af ​​de to 3D-printede skoliosemodeller.

Figur 2. Røntgenbilleder ved hjælp af LFT (mørkere billeder) og ORT (lysere billeder) af de 3D-printede skoliosemodeller (øverst fire til venstre) og fantomet (øverst to til højre). Røntgenbilleder (ORT) af skoliose med områder af interesse (under venstre) og kliniske LFT-røntgenbilleder (under højre).

Primære fysiske egenskaber ved billedkvalitetsevaluering: støj, kontrast og SNR Vi undersøgte billedkarakteristikaene for LFT- og ORT-røntgenbillederne af fantomet og de to 3DPS'er. Femogtyve på hinanden følgende røntgenbilleder af fantomet under anvendelse af begge teknikker blev evalueret. De objektive primære fysiske egenskaber var kontrast, tilfældig støj, signal-til-støj-forhold og kontrast-til-støj-forhold. Kontrasten blev defineret som den relative signalforskel mellem de to foruddefinerede placeringer af den knoglehvirvelsøjle og det omgivende tilstødende væv i rygsøjlen, nemlig et kvadratisk område af interesse i hvirvelsøjlen, hvor de øvre og nedre pedikler og endeplader var inkluderet sammen med et lignende område af interesse i det tilstødende bløde væv, hvor intet knogleblødt væv var inkluderet (se figur 2). Tilfældig støj blev defineret som udsvingene af signalet over billedet, når det eksponeres ensartet, som udtrykt ved standardafvigelsen.14,17 SNR blev defineret som forholdet mellem signalet (defineret som objektets signal) divideret med standardafvigelsen (af baggrunden).17 CNR blev defineret som forholdet mellem signalet (defineret som forskellen mellem objektets og baggrundens signal) divideret med standardafvigelsen (af baggrunden). Figur 2 viser disse områder af interesse og røntgenbilleder af fantomet, 3DPS'erne og de kliniske røntgenbilleder ved hjælp af LFT.

Observatørbaserede metoder til billedkvalitetsevaluering ved hjælp af synligheden af ​​anatomiske strukturer Af etiske årsager udførte vi kun observatørbaserede evalueringer på billederne fra fantomet og 3DPS'erne, da vi ikke ønskede at udsætte patienter for dobbeltundersøgelser af ORT og LFT. . Vi brugte to observatør-baserede metoder til sammenligning af billedkvalitet, nemlig score for billedkriterierne (ICS) og visuel graderingsanalyse (VGAS).14,18 Vi sammenlignede et reference-LFT-billede med alle 25 ORT-billeder samt et ORT-billede med alle 25 LFS-billeder. Referencebillederne blev udvalgt tilfældigt.14 Ved hjælp af ICS blev det absolutte niveau af billedkvalitet af specifikke strukturer bestemt ved at evaluere en specifik struktur sammenlignet med den samme struktur i referencebilledet af observatøren; således var observatørens beslutningstærskel konstant. Observatørens opgave var at afgøre, om den specifikke struktur var overlegent visuelt gengivet1 eller ringere visuelt gengivet sammenlignet med referencen (0) (kriteriet). Vi beregnede ICS for lændehvirvler (L3) og thorax (Th6) hvirvler som ICS=∑Ii=1∑Cc=1 ∑Oo=1 Fi,c,o IxCxO hvor Fi,c,o = opfyldelse af kriterium c for billede i og observatør o. Fi,c,o = 1 hvis kriterium c er opfyldt; ellers er Fi,c,o = 0, I = antal billeder, C = antal kriterier og O = antal observatører. Antallet af billeder vurderet for både LFT og ORT var 25 (I = 25), antallet af evaluatorer var 3 (O = 3), og antallet af kriterier var 6 for thoraxrygsøjlen og 7 for lændehvirvelsøjlen (C = 6 for thoraxhvirvelsøjlen og C = 7 for lændehvirvelsøjlen) i overensstemmelse med de valgte CEC-kriterier.

Vi vurderede også udseendet ved hjælp af VGA-metoden ved at klassificere synligheden af ​​specifikke anatomiske strukturer mellem billeder af de to radiografiske teknikker ifølge Månsson.18 Synligheden blev klassificeret efter en fem-niveau skala: klart ringere synlighed af en specifik struktur i billedet sammenlignet med den samme struktur i referencebilledet (-2), lidt ringere end (-1), lig med (0), lidt bedre end (+1), eller klart bedre end (+2). Vi beregnede VGAS for lændehvirvler (L3) og thorax (Th6) hvirvler som VGAS=∑Ii=1∑Ss=1 ∑Oo=1 Gi,s,o IxSxO hvor Gi,s,o = gradering (-2, - 1, 0, +1 eller +2) for billede i, struktur s og observatør o; I = antal billeder; S = antal strukturer; og O = antal observatører. Antallet af billeder vurderet for både LFT og ORT var 25 (I = 25), antallet af evaluatorer var 3 (O = 3), og antallet af kriterier var 6 for thoraxrygsøjlen og 7 for lændehvirvelsøjlen (C = 6 for thoraxrygsøjlen og C = 7 for lændehvirvelsøjlen) i overensstemmelse med de valgte CEC-kriterier. De specifikke evaluerede (vertebrale) strukturer var i overensstemmelse med de europæiske retningslinjer for kvalitetskriterier for diagnostiske røntgenbilleder i 1990 og 1996.19-21. CEC lændehvirvelsøjlens kriterier, 1990, blev valgt til thoraxevaluering af billederne, da de fokuserede på osseøse vertebrale rygsøjlestrukturer såvel som tilstødende blødt væv. Til lændevalueringen blev CEC lændehvirvelsøjlens kriterier, 1996, valgt, da de også omfattede en evaluering af sacroiliacaleddene.

Strålingsdosis Registreringssystemerne i LFT og ORT målte dosisarealproduktet (DAP) med en integreret DAP-måler, og disse blev gemt sammen med billederne. Monte Carlo-beregninger ved hjælp af røntgendosimetrisoftware (PCXMC, version 2.0; Stuk, Helsinki, Finland) blev brugt til at bestemme de effektive strålingsdoser. Dette var baseret på den registrerede DAP og den primære patientstørrelse af fantomet samt tekniske og geometriske eksponeringsparametre.

Del 2: Evaluering af AIS røntgenbilleder ved hjælp af LFT for klinisk pålidelighed Kliniske rutinemæssige røntgenbilleder ved brug af LFT Lavdosis fluoroskopisk teknik var vores almindelige rutinemæssige kliniske røntgenmetode for AIS i 3 år. Et hundrede og tredive-seks unge patienter med AIS blev inkluderet som deltagere. Kønsforholdet F:M var ca. 2:1. Gennemsnitsalderen var 13,4 år (spændvidde 6-17). Vi hentede 342 LFT-billeder af 136 patienter med AIS. To uafhængige evaluatorer udførte målinger af seks radiografiske parametre én gang og hver for sig, hvor de blev blindet for de kliniske data og tidligere evalueringer. Parametrene var CA, niveauet af de øvre og nedre hvirvler brugt til at bestemme CA, NM og Metha-vinklerne på venstre og højre side ved apex-hvirvlerne. Tabel 1 viser deltagernes radiografiske karakteristika. Figur 2 illustrerer standard kliniske LFT røntgenbilleder.

Tabel 1. Fordeling af deltagere efter klassifikation af King og Moe. Type 1: en "S"-formet deformitet, hvor begge kurver er strukturelle og krydser CSVL (midtlinjen), hvor lumbalkurven er større end thoraxkurven. Type 2: en "S"-formet deformitet, hvor begge kurver er strukturelle og krydser CSVL, hvor thoraxkurven er større end eller lig med lumbalkurven. Type 3: større thoraxkurve, hvor kun thoraxkurven er strukturel og krydser CSVL. Type 4: lang "C"-formet thoraxkurve, hvor den femte lændehvirvel er centreret over korsbenet og den fjerde lændehvirvel vippes ind i thoraxkurven. Type 5: dobbelt thoraxkurve.

Dextro convex Sinistro convex Type 1 7 29 Type 2 10 0 Type 3 24 5 Type 4 22 28 Type 5 2 1 Uklassificerbar 8 Statistiske analyser Reliabiliteten blev vurderet ved hjælp af interklasse-korrelationskoefficienten (ICC). I del 1 af de to 3DPS-modeller blev inter- og intra-reliabilitet for CA og NM vurderet ved hjælp af en 2-vejs blandet model for konsistens for de 3 evaluatorer for deres 3 separate målinger. Overensstemmelse blev defineret som MAD-, SEM- og Bland-Altman-plottene for de gennemsnitlige forskelle med yderligere analyser af envejs t-test og logistisk regression for henholdsvis signifikante og systematiske forskelle. I del 2 af den kliniske evaluering blev de enkelte målinger af CA og de andre 5 radiografiske parametre for de to evaluatorer vurderet ved hjælp af en 2-vejs blandet model af ICC for absolut overensstemmelse for inter-bedømmer-pålidelighed.

Inter- og intra-rater-pålidelighed vurderet af ICC blev betragtet med følgende grænser for enighed: dårlig; 0,0-0,20 let; 0,21-0,40 retfærdig; 0,41-0,60 moderat; 0,61-0,80 betydelig; og 0,81-1 næsten perfekt. Uafhængige prøve t-tests eller Mann-Whitney ikke-parametriske tests blev udført for forskelle i SNR og CNR, forskelle i billedkvalitet og strålingsdosis. Dette afhang af, om normalfordeling var til stede. Dette blev testet af Kolmogorov-Smirnov og Shapiro-Wilk test og evaluering af QQ plots. Vi betragtede en p-værdi på <0,05 som et signifikant resultat. ICC og andre statistiske evalueringer blev udført ved hjælp af IBM SPSS Statistics, version 22 (IBM©, Chicago, Il, USA).