Intervariabilität in der radiographischen fluoroskopischen Technik bei Patienten mit idiopathischer Skoliose (IVIS)

Die vorliegende Studie zielt darauf ab, zu bewerten, ob ein LFT als klinisches Röntgenbild für die Erstbewertung und/oder die anschließende Nachsorgeüberwachung von AIS geeignet ist, indem Bildqualität, Zuverlässigkeit und Übereinstimmung bewertet und die Strahlendosis gemessen wird.

Materialien und Methoden Studiendesign Diese Studie war in zwei Teile gegliedert: einen experimentellen Teil und einen klinischen Teil. Ziel des experimentellen Teils war es, die physikalischen Eigenschaften der Bildqualität und die beobachterbezogene Auswertung der LFT und ORT anhand eines pädiatrischen Rumpfphantoms zu evaluieren und die Strahlenbelastung zu messen. Die Bildqualität wurde auch für Röntgenaufnahmen von zwei „3D-gedruckten“ Modellen skoliotischer Wirbelsäulen (3DPSs) bewertet, wobei die Übereinstimmung und Zuverlässigkeit für LFT und ORT bestimmt wurden. Ziel des klinischen Teils war es, die Interrater-Reliabilität der tatsächlichen klinischen Untersuchungen für LFT-Röntgenbilder von AIS aus unserer Ambulanz zu bewerten. Idealerweise sollte die „Übereinstimmung“ sowohl mit der LFT- als auch mit der ORT-Technik auf dem klinischen Röntgenbild festgestellt werden. Dies würde jedoch "gleichzeitige" Doppeluntersuchungen erfordern und die Teilnehmer somit einer übermäßigen Strahlenbelastung aussetzen. Dies wurde als ethisch nicht tragbar erachtet; Stattdessen führten wir Doppeluntersuchungen am 3DPS durch. Reliabilität und Übereinstimmung wurden wie von Langensiepen et al.2 vorgeschlagen bewertet Diese Studie wurde von der örtlichen Forschungsethikkommission (Journal number: 17025334) bewertet und genehmigt.

Bildgebende Systemeinstellungen des LFT und des ORT Die Untersuchungen wurden entweder in der posteroanterioren oder anteroposterioren Projektion für den ORT bzw. LFT durchgeführt. Der Patient stand mit ausgestreckten Hüften und Knien und mit 10 cm Abstand zwischen den Füßen vor dem Bildverstärker/Detektor oder der Bestrahlungsröhre. Zwei Bleischürzen wurden in den interskapularen (Brust) und sakralen (Genitalien) Regionen platziert. Die Abstände zum Bestrahlungsrohr (Quelle zu Detektor) betrugen 100 cm für LFT und 230 cm für ORT. Für den LFT waren zwei Aufnahmen der Brust- und Lendenwirbelsäule notwendig, um die thorakolumbale Wirbelsäule abzudecken. Für die ORT war nur eine Exposition erforderlich. Die LFT wurde auf einem DelftDI D2RS-System mit fluoroskopischer Belichtung von 4 Impulsen pro Sekunde/Einzelbild pro Sekunde durchgeführt, und die ORT wurde unter Verwendung eines digitalen Carestream DRX-Evolution-Systems mit automatischer Belichtungssteuerung durchgeführt. Die folgenden Akquisitionsparameter wurden bewertet: Röhrenpotential (85 kVp, Dichte auf niedrig eingestellt für LFT und 71 kVp, Dichte auf 0 eingestellt für ORT), beide mit Raster, unter Verwendung manueller Belichtungen (LFT) und automatischer mA-Auswahl-Belichtungssteuerung (ORT) und keine zusätzliche Filterung für LFT und zusätzliche Filterung (1 mm Al + 0,1 mm Cu) für ORT. Die Pixelgröße von 0,139 mm für ORT ergibt eine maximale Auflösung von 3,6 lp/mm. Die Pixelgröße von 0,159 mm für LFT ergibt eine maximale Auflösung von 3,1 lp/mm.

Gutachter Im experimentellen Teil wurden einmalig beobachterbasierte Assessments von 3 Gutachtern durchgeführt. Gutachter 1 war ein erfahrener Kinderorthopäde (22 Jahre Praxis), Gutachter 2 war ein erfahrener Kinderorthopäde (16 Jahre Praxis) und Gutachter 3 war ein berichterstattender Röntgenassistent mit 10 Jahren Praxis. Bewerter 1 führte alle Analysen für die primären physikalischen Eigenschaften durch. Für den 3DPS wurden Messungen von CA und Klassifikation nach Nash und Moe (NM) dreimal als Einzelsitzungen im Abstand von mindestens 1 Woche durchgeführt. Im klinischen Teil wurden die klinischen Röntgenbilder in einer einzigen Sitzung von den Auswertern 1 und 2 analysiert. Die Auswerter waren gegenüber der Patientenidentität und den klinischen Informationen blind. Alle Bildauswertungen wurden auf einem PACS-System (Impax 6.4.0, Agfa ® HealthCare, Mortsel, Belgien) auf einer 3-Megapixel-Betrachtungsstation durch die 3 Bewerter separat.

Teil 1. Bewertung der Bildqualität der LFT- und ORT-Bildgebungssysteme Das pädiatrische Rumpfphantom Das pädiatrische Ganzkörperphantom „PBU-70“ wurde radiologisch auf die Bildqualität untersucht. Wir haben nur den Phantomtorso eines 4-jährigen Kindes mit einer Körpergröße von 105 cm mit lebensgroßen, anthropomorphen Ganzkörpermaßen mit eingebetteten Weichteilersatzstoffen eines synthetischen Skeletts, Lunge, Leber, Mediastinum und Nieren (Phantom ).16 Wir haben 25 Röntgenuntersuchungen mit beiden Techniken durchgeführt, bei denen das Phantom für jede Aufnahme platziert und neu positioniert wurde.

Die beiden 3D-gedruckten AIS-Modelle Röntgenaufnahmen der beiden 3DPS mit kleiner und schwerer lumbaler Skoliose wurden mit beiden Techniken aufgenommen. Wir führten 1 Satz Röntgenaufnahmen mit beiden Techniken durch. Die drei Gutachter führten 3 Messungen von CA und NM im Abstand von mindestens 1 Woche durch. Die Inter- und Intra-Rater-Zuverlässigkeit für die drei Bewerter wurde anhand der Analyse der Interklassenkorrelation sowie der mittleren absoluten Differenz (MAD), des Standardmessfehlers (SEM) und der Bland-Altman-Plots für die mittleren Differenzen mit zusätzlicher Analyse für bewertet systematische Unterschiede. Wir haben die Genauigkeit aus der direkten Messung mit einem Winkelmesser für medizinische Zwecke definiert. Dies wurde als Ersatzmaß für die Gesamtgenauigkeit angesehen. Das Phantom und die 3DPSs sind in Abbildung 1 dargestellt, und die Röntgenaufnahmen sind in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 1. Das pädiatrische Ganzkörperphantom „PBU-70“ und eines der beiden 3D-gedruckten Skoliosemodelle.

Abbildung 2. Röntgenaufnahmen mit LFT (dunklere Bilder) und ORT (hellere Bilder) der 3D-gedruckten Skoliosemodelle (oben vier links) und des Phantoms (oben zwei rechts). Röntgenaufnahmen (ORT) der Skoliose mit Regions of Interest (unten links) und klinische LFT-Röntgenaufnahmen (unten rechts).

Primäre physikalische Eigenschaften der Bildqualitätsbewertung: Rauschen, Kontrast und SNR Wir untersuchten die Abbildungseigenschaften der LFT- und ORT-Röntgenaufnahmen des Phantoms und der beiden 3DPSs. Es wurden 25 aufeinanderfolgende Röntgenaufnahmen des Phantoms mit beiden Techniken ausgewertet. Die objektiven primären physikalischen Eigenschaften waren Kontrast, Zufallsrauschen, Signal-Rausch-Verhältnis und Kontrast-Rausch-Verhältnis. Der Kontrast wurde definiert als die relative Signaldifferenz zwischen den zwei vordefinierten Stellen der knöchernen Wirbelsäule und dem umgebenden angrenzenden Gewebe der Wirbelsäule, nämlich einem interessierenden rechteckigen Bereich der Wirbelsäule, wo die oberen und unteren Pedikel und Endplatten eingeschlossen waren , zusammen mit einem ähnlichen interessierenden Bereich des angrenzenden Weichgewebes, wo kein knöchernes Weichgewebe enthalten war (siehe Abbildung 2). Zufälliges Rauschen wurde definiert als die Schwankungen des Signals über das Bild bei gleichmäßiger Belichtung, ausgedrückt durch die Standardabweichung.14,17 SNR wurde definiert als das Verhältnis des Signals (definiert als das Signal des Objekts) dividiert durch die Standardabweichung (des Hintergrunds).17 CNR wurde als das Verhältnis des Signals (definiert als die Differenz des Signals des Objekts und des Hintergrunds) dividiert durch die Standardabweichung (des Hintergrunds) definiert. Abbildung 2 zeigt diese interessierenden Bereiche und Röntgenaufnahmen des Phantoms, der 3DPSs und der klinischen Röntgenaufnahmen mit dem LFT.

Beobachterbasierte Methoden der Bildqualitätsbewertung anhand der Sichtbarkeit anatomischer Strukturen Aus ethischen Gründen haben wir nur beobachterbasierte Bewertungen der Bilder des Phantoms und der 3DPSs durchgeführt, da wir Patienten nicht doppelten Untersuchungen von ORT und LFT aussetzen wollten . Wir haben zwei beobachterbasierte Methoden zum Vergleich der Bildqualität verwendet, nämlich die Bewertung der Bildkriterien (ICS) und die visuelle Einstufungsanalyse (VGAS).14,18 Wir haben ein Referenz-LFT-Bild mit allen 25 ORT-Bildern sowie ein ORT-Bild mit allen 25 LFS-Bildern verglichen. Die Referenzbilder wurden zufällig ausgewählt.14 Mit dem ICS wurde die absolute Höhe der Bildqualität bestimmter Strukturen bestimmt, indem eine bestimmte Struktur im Vergleich zur gleichen Struktur im Referenzbild durch den Betrachter bewertet wurde; somit war die Entscheidungsschwelle des Beobachters konstant. Die Aufgabe des Beobachters bestand darin, zu entscheiden, ob die spezifische Struktur im Vergleich zur Referenz (0) (Kriterium) besser visuell reproduziert wurde1 oder schlechter visuell reproduziert wurde. Wir haben die ICS für die Lenden- (L3) und Brustwirbel (Th6) als ICS=∑Ii=1∑Cc=1 ∑Oo=1 Fi,c,o IxCxO berechnet, wobei Fi,c,o = Erfüllung des Kriteriums c für das Bild ich und Beobachter o. Fi,c,o = 1, wenn Kriterium c erfüllt ist; andernfalls Fi,c,o = 0, I = Anzahl Bilder, C = Anzahl Kriterien und O = Anzahl Beobachter. Die Anzahl der bewerteten Bilder für LFT und ORT betrug 25 (I = 25), die Anzahl der Bewerter 3 (O = 3) und die Anzahl der Kriterien 6 für die Brustwirbelsäule und 7 für die Lendenwirbelsäule (C = 6 für die Brustwirbelsäule und C = 7 für die Lendenwirbelsäule) gemäß den gewählten CEC-Kriterien.

Wir haben auch das Erscheinungsbild mit der VGA-Methode bewertet, indem wir die Sichtbarkeit bestimmter anatomischer Strukturen zwischen Bildern der beiden Röntgentechniken nach Månsson bewertet haben.18 Die Sichtbarkeit wurde nach einer fünfstufigen Skala bewertet: deutlich schlechtere Sichtbarkeit einer bestimmten Struktur im Bild im Vergleich zur gleichen Struktur im Referenzbild (-2), leicht schlechter als (-1), gleich (0), etwas besser als (+1) oder deutlich besser als (+2). Wir haben die VGAS für die Lenden- (L3) und Brustwirbel (Th6) als VGAS=∑Ii=1∑Ss=1 ∑Oo=1 Gi,s,o IxSxO berechnet, wobei Gi,s,o = Einstufung (-2, - 1, 0, +1 oder +2) für Bild i, Struktur s und Beobachter o; I = Anzahl Bilder; S = Anzahl der Strukturen; und O = Anzahl Beobachter. Die Anzahl der bewerteten Bilder für LFT und ORT betrug 25 (I = 25), die Anzahl der Bewerter 3 (O = 3) und die Anzahl der Kriterien 6 für die Brustwirbelsäule und 7 für die Lendenwirbelsäule (C = 6 für die Brustwirbelsäule und C = 7 für die Lendenwirbelsäule) gemäß den gewählten CEC-Kriterien. Die spezifisch bewerteten (Wirbel-)Strukturen entsprachen den europäischen Richtlinien zu Qualitätskriterien für diagnostische Röntgenbilder von 1990 und 1996.19-21 Die CEC-Kriterien für die Lendenwirbelsäule, 1990, wurden für die thorakale Auswertung der Bilder ausgewählt, da sie sich auf knöcherne Strukturen der Wirbelsäule sowie angrenzende Weichteile konzentrierten. Für die lumbale Bewertung wurden die CEC-Kriterien für die Lendenwirbelsäule, 1996, gewählt, da sie auch eine Bewertung der Iliosakralgelenke beinhalteten.

Strahlendosis Die Aufnahmesysteme von LFT und ORT maßen das Dosisflächenprodukt (DAP) durch ein integriertes DAP-Meter, und diese wurden mit den Bildern gespeichert. Monte-Carlo-Berechnungen mit Röntgendosimetrie-Software (PCXMC, Version 2.0; Stuk, Helsinki, Finnland) wurden verwendet, um die effektiven Strahlendosen zu bestimmen. Diese basierte auf dem aufgezeichneten DAP und der Hauptpatientengröße des Phantoms sowie technischen und geometrischen Aufnahmeparametern.

Teil 2: Bewertung von AIS-Röntgenbildern mit dem LFT auf klinische Zuverlässigkeit Klinische Routine-Röntgenbilder mit LFT Die Niedrigdosis-Durchleuchtungstechnik war unsere regelmäßige routinemäßige klinische Röntgenmethode für AIS für 3 Jahre. Einhundertsechsunddreißig jugendliche Patienten mit AIS wurden als Teilnehmer eingeschlossen. Das Geschlechterverhältnis F:M betrug etwa 2:1. Das Durchschnittsalter betrug 13,4 Jahre (Bereich 6-17). Wir haben 342 LFT-Bilder von 136 Patienten mit AIS abgerufen. Zwei unabhängige Gutachter führten Messungen von sechs Röntgenparametern einmal und separat durch, wobei sie gegenüber den klinischen Daten und früheren Bewertungen verblindet waren. Die Parameter waren der CA, die Höhe der oberen und unteren Wirbel, die zur Bestimmung des CA verwendet wurden, der NM und die Metha-Winkel auf der linken und rechten Seite an den Scheitelwirbeln. Tabelle 1 zeigt die radiologischen Eigenschaften der Teilnehmer. Abbildung 2 zeigt die standardmäßigen klinischen LFT-Röntgenaufnahmen.

Tabelle 1. Verteilung der Teilnehmer nach der Einteilung von King und Moe. Typ 1: eine "S"-förmige Deformität, bei der beide Krümmungen strukturell sind und die CSVL (Mittellinie) kreuzen, wobei die Lendenkrümmung größer ist als die Brustkrümmung. Typ 2: eine "S"-förmige Deformität, bei der beide Krümmungen strukturell sind und die CSVL kreuzen, wobei die thorakale Krümmung größer oder gleich der lumbalen Krümmung ist. Typ 3: große thorakale Krümmung, bei der nur die thorakale Krümmung strukturell ist und die CSVL kreuzt. Typ 4: lange "C"-förmige Brustkrümmung, bei der der fünfte Lendenwirbel über dem Kreuzbein zentriert ist und der vierte Lendenwirbel in die Brustkrümmung geneigt ist. Typ 5: doppelte Thoraxkurve.

Dextro konvex Sinistro konvex Typ 1 7 29 Typ 2 10 0 Typ 3 24 5 Typ 4 22 28 Typ 5 2 1 Nicht klassifizierbar 8 Statistische Analysen Die Reliabilität wurde anhand des Korrelationskoeffizienten zwischen den Klassen (ICC) bewertet. In Teil 1 der beiden 3DPS-Modelle wurden die Inter- und Intra-Reliabilität für CA und NM unter Verwendung eines gemischten 2-Wege-Modells für Konsistenz für die 3 Bewerter für ihre 3 separaten Messungen bewertet. Die Übereinstimmung wurde definiert als die MAD-, SEM- und Bland-Altman-Plots für die mittleren Unterschiede mit zusätzlichen Analysen des Einweg-t-Tests und der logistischen Regression für signifikante bzw. systematische Unterschiede. In Teil 2 der klinischen Bewertung wurden die Einzelmessungen von CA und den anderen 5 radiologischen Parametern der beiden Bewerter unter Verwendung eines 2-Wege-Mischmodells von ICC auf absolute Übereinstimmung für die Inter-Rater-Zuverlässigkeit bewertet.

Die vom ICC bewertete Inter- und Intra-Rater-Zuverlässigkeit wurde mit den folgenden Übereinstimmungsgrenzen berücksichtigt: schlecht; 0,0-0,20 gering; 0,21-0,40 Messe; 0,41-0,60 mäßig; 0,61-0,80 erheblich; und 0,81-1 fast perfekt. Unabhängige Stichproben-t-Tests oder nichtparametrische Mann-Whitney-Tests wurden für Unterschiede in SNR und CNR, Unterschiede in der Bildqualität und Strahlendosis durchgeführt. Dies hing davon ab, ob eine Normalverteilung vorhanden war. Dies wurde durch Kolmogorov-Smirnov- und Shapiro-Wilk-Tests und Auswertung von QQ-Plots getestet. Wir betrachteten einen p-Wert von < 0,05 als signifikantes Ergebnis. ICC und andere statistische Auswertungen wurden mit IBM SPSS Statistics, Version 22 (IBM©, Chicago, Il, USA) durchgeführt.