Automatische Charakterisierung der Neugeborenen-Hüfte mit Ultraschall-Bildgebung

STUDIENZIELE Untersuchung der Verwendung eines neuartigen Ansatzes zur genauen und automatischen Extraktion von Knochen-, Knorpel- und Muskeloberflächen aus 3D-US-Bildern und zur automatischen Charakterisierung der kindlichen DDH-Hüfte. Um die Leistung des 3D-US-basierten Ansatzes zu bewerten, werden wir die Ergebnisse mit regulären 2D-US-Bildern derselben Patienten aus den Radiologiearchiven unserer Einrichtung vergleichen.

HYPOTHESE Wir stellen die Hypothese auf, dass automatisch extrahierte Knochen-/Knorpelgrenzen nützliche Informationen über DDH liefern, zuverlässigere und reproduzierbarere Diagnosen ermöglichen und falsch diagnostische positive und negative Ergebnisse von DDH reduzieren können. Die Verwendung von 3D-US kann klinisch signifikante Krankheits- oder Dysplasiemetriken aufdecken, die das Potenzial haben, diagnostische Verfahren zu ändern.

ZIELE:

1. Um zu bestimmen, ob automatisch extrahierte 3D-Knochen-/Knorpeloberflächen nützliche Informationen (d. h. Krankheits- oder Dysplasiemetriken) während der Beurteilung von DDH liefern und eine bessere Visualisierung der kindlichen Hüftanatomie im Vergleich zur regulären 2D-US-basierten DDH-Beurteilung bieten.
2. Um zu bestimmen, ob die Diagnose von DDH unter Verwendung der 3D-US-Bilder die bedienerabhängigen falsch-positiven und falsch-negativen Raten reduziert.
3. Bestimmung, ob 3D-US-basierte Dysplasie-Metriken bei der Verfolgung des Krankheitsverlaufs genauso wertvoll sind wie 2D-US-basierte Dysplasie-Metriken.

FORSCHUNGSMETHODE Eltern und ihre Säuglinge, die wegen vermuteter oder diagnostizierter DDH an die orthopädische Klinik unserer Einrichtung überwiesen wurden, werden vom Forschungspersonal der orthopädischen Abteilung angesprochen, um an der Studie teilzunehmen. Wir hoffen, n = 75 zu erreichen, da wir davon ausgehen, dass 33 % für die Nachverfolgung verloren gehen. Sobald geeignete Säuglinge vom klinischen Personal identifiziert wurden, skizziert das Forschungspersonal die Studie und holt die Einwilligung nach Aufklärung ein. Die vier zusätzlichen Scan-Sitzungen, die wir sammeln möchten, werden den Eltern mitgeteilt. Zwei separate orthopädische Chirurgen führen jeweils eine der 3D- und eine 2D-Scan-Sitzung durch, um die Inter-Rater-Zuverlässigkeit zu bewerten. Um die Intra-Rater-Zuverlässigkeit zu beurteilen, besteht jede Scan-Sitzung aus 2 aufeinanderfolgenden Scans.

Ein Hauptziel dieser Studie ist es zu zeigen, dass die automatisierte Bildextraktion/-analyse durch 3D-US die Befunde eines in der DDH-Diagnose geschulten erfahrenen Klinikers reproduzieren kann. Die 3D-Bilder werden unter Verwendung des konfidenzgewichteten, auf lokalen Phasenmerkmalen basierenden Bildverarbeitungsverfahrens verarbeitet. Dementsprechend können die Dysplasie-Metriken zwischen zwei Spezialisten direkt verglichen werden, um die Durchführbarkeit dieses Ansatzes zu bestimmen. Sollte sich diese Methode als wirksam erweisen, könnten weitere Studien möglicherweise untersuchen, ob dieser Aspekt der Patientenversorgung in die Verantwortung von Pflegekräften gelegt werden könnte.

Ein sekundäres Ziel dieser Studie ist es, zu beurteilen, wie 3D-US im Vergleich zu 2D-US bei der Verfolgung der DDH-Progression abschneidet. Um dies zu untersuchen, geben wir den Eltern die Möglichkeit, sich für eine zweite Reihe von US-Scans zu entscheiden, wenn ihr Kind zur Nachbehandlung in die Klinik zurückkehren muss. Dies ist kein zwingendes Kriterium für die Aufnahme in die Studie. Da die derzeitige klinische Praxis jedoch die Überprüfung der DDH-Progression mit 2D-US-Scans beinhaltet, wird sie zusätzliche Informationen liefern, die für den Vergleich der beiden Scan-Methoden bei der Verfolgung der DDH-Progression wertvoll sein könnten. Diese Option wird den Eltern in Form eines Kontrollkästchens auf dem Einwilligungsformular angezeigt, damit sie sich anmelden können, wenn sie dies wünschen.

DATENANALYSE Die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der 3D-Bild-abgeleiteten Dysplasie-Metriken werden mit den standardmäßigen 2D-B-Modus-US-Bildern in Bezug auf die Variabilität innerhalb von Inter-Rater- und Intra-Rater-Messungen verglichen. Für die statistische Signifikanz der Verbesserung des diagnostischen Verfahrens benötigen wir mindestens 50 Säuglinge mit mindestens einer betroffenen Hüfte oder Verdacht auf eine betroffene Hüfte mit DDH. Wir haben um eine Rekrutierungsgröße von 75 gebeten, da wir glauben, dass mindestens 33 % für die Nachverfolgung verloren gehen werden. Dies wird erreicht, indem eine Vergleichsstudie zwischen den 2D- und 3D-US-Bildern durchgeführt wird, die für jeden Patienten bei jedem Klinikbesuch gesammelt wurden. Orthopädische Chirurgen unserer Einrichtung werden gebeten, wichtige Merkmale sowohl aus (verarbeiteten als auch aus unverarbeiteten) US-Bildern zu identifizieren. Bei 2D-Bildern messen die Chirurgen die α- und ß-Winkel und die prozentuale Abdeckung des Femurs. Die Intra- und Inter-Rater-Reliabilität wird anhand von Kappa-Scores berechnet. Bei 3D-Bildern werden Profile der α- und ß-Winkel und die dreidimensionale prozentuale Abdeckung des Femurs (d. h. Volumendeckung statt Flächendeckung) gemessen. Diese manuellen Messungen werden mit den Messungen verglichen, die durch automatische Bildextraktion und -analyse bestimmt werden, um die Verbesserung des diagnostischen Verfahrens zu testen.