Diagnostische prestaties van low-dose CT voor acute abdominale aandoeningen (DETECT_Acute)

Achtergrond Computertomografie (CT) is een essentieel hulpmiddel geworden in de moderne klinische geneeskunde. Met een wijdverbreide beschikbaarheid is de afgelopen decennia een snelle toename van het gebruik van CT-beeldvorming waargenomen. Met de daarmee gepaard gaande toename van blootstelling aan straling, is het potentieel verhoogde risico op door straling veroorzaakte maligniteiten een zorg voor de volksgezondheid geworden. Dit geldt met name voor CT-scans van de buik en het bekken, die momenteel 50% van de collectieve CT-dosis uitmaken. Aangezien het voordeel van dosisverlaging in het algemeen wordt gecompenseerd door verslechtering van de beeldkwaliteit, wordt in de klinische praktijk gestreefd naar technologische vooruitgang om de stralingsdosis te verminderen zonder de beeldkwaliteit in gevaar te brengen.

Bij CT-beeldreconstructie is gefilterde terugprojectie (FBP) sinds het begin van de jaren zeventig het dominante algoritme voor beeldreconstructietechniek, aangevuld met de eerste commerciële algoritmen voor iteratieve reconstructie (IR) in 2009.

Een nieuw algoritme voor deep learning-beeldreconstructie (DLIR) werd in 2019 klinisch goedgekeurd (TrueFidelity, GE Healthcare, Milwaukee, WI). Andere leverancierspecifieke algoritmen voor deep learning beeldreconstructie zijn ook in opkomst (AiCE, Canon Medical Systems, Otawara, Japan). Zoals uitgelegd in een technisch witboek, streeft het DLIR-algoritme ernaar om beeldruis te onderdrukken zonder afbreuk te doen aan de beeldkwaliteit. Het gebruik van deep learning beeldreconstructie heeft het potentieel aangetoond voor verbeterde beeldkwaliteit en dosisreductie zonder de ruisstructuur te verschuiven.

Voor patiënten met acute abdominale aandoeningen wordt CT van de buik en het bekken beschouwd als de beste diagnostische benadering in de eerste of tweede lijn. Voor deze patiënten is een snelle en nauwkeurige diagnose van groot belang om vertraging van de behandeling en daaropvolgende complicaties zoals gastro-intestinale perforatie bij appendicitis of diverticulitis te voorkomen. Aan de andere kant is het ook belangrijk om onnodige chirurgische ingrepen en de daarmee gepaard gaande complicaties te vermijden. Een mogelijk laaggedoseerd CT-protocol moet daarom een ​​niet-inferieure diagnostische prestatie bieden om een ​​snelle diagnose mogelijk te maken en overbehandeling en onduidelijke onderzoeken te voorkomen.

Veelbelovende resultaten zijn gemeld met betrekking tot CT-onderzoeken met een lage dosis met modelgebaseerde IR en dosisverlaging tot 75-80%. Met de introductie van DLIR lijkt echter een verdere dosisverlaging haalbaar. Onze eigen resultaten van een onderzoek naar beeldkwaliteitperceptie met DLIR geven aan dat een dosisverlaging tot 92,5% in vergelijking met standaard CT een acceptabele diagnostische beeldkwaliteit zou kunnen behouden (maar niet-gepubliceerd werk).

Op basis hiervan is het doel van deze studie om de diagnostische prestaties van een lage dosis CT met DLIR te beoordelen voor de diagnose van acute abdominale aandoeningen in een non-inferioriteitssetting met een grote steekproefomvang geleverd door twee grote traumacentra in Noord-Europa.

Doelstellingen

Primair:

Om de diagnostische prestaties voor acute abdominale aandoeningen van contrastversterkte CT met lage dosis met DLIR "TrueFidelity" (TF) te evalueren in vergelijking met standaard CT met volledige dosis.

Ondergeschikt:

Technische en waargenomen beeldkwaliteit evalueren (kwalitatief en kwantitatief).

Ethiek

Goedkeuring zal worden verkregen van de regionale ethische commissie en de functionaris voor gegevensbescherming van de instelling.

Schriftelijke geïnformeerde toestemming zal worden verkregen van alle deelnemers. Dit project zal in overeenstemming zijn met de Verklaring van Helsinki.

Risico's Er zijn minimale risico's door een lichte toename van de blootstelling aan straling. De extra stralingsblootstelling van 27,5% valt binnen de nationale variatie van stralingsblootstelling van CT-onderzoeken die worden uitgevoerd voor overeenkomstige klinische taken. De onderzoekers schatten de gemiddelde extra effectieve dosis op 1,5 mSv, wat overeenkomt met ongeveer 4 maanden bij blootstelling aan natuurlijke achtergrondstraling in Noorwegen (4,1 mSv/jaar). De extra blootstelling aan straling vertaalt zich in een theoretisch verhoogd levenslange risico op dodelijke, door straling veroorzaakte kanker tussen 0,004 en 0,03%. De klinische risico's van deze blootstelling worden als minimaal/niet significant beschouwd.

Materiaal en methoden De studie zal worden geregistreerd op ClinicalTrials.gov voor aanvang. Studiemethoden en -resultaten zullen worden gerapporteerd in overeenstemming met de Standards for Reporting of Diagnostic Accuracy Studies (STARD)-verklaring van 2015. Opgemerkt moet worden dat de STARD-AI-stuurgroep een AI-specifieke uitbreiding voorbereidt. Als deze STARD-AI-richtlijnen vóór het einde van het onderzoek worden gepubliceerd, zullen de bevindingen ook in overeenstemming hiermee worden gerapporteerd. Om AI-specifieke elementen te compenseren die niet aan bod komen in STARD, zullen de onderzoekers, indien relevant, vertrouwen op de Checklist for Artificial Intelligence in Medical Imaging (CLAIM) die is gemodelleerd naar de STARD-richtlijn.

Pilot Er zal een studiepilot worden uitgevoerd met 10 patiënten gelijkelijk verdeeld over Oslo en Odense om de studielogistiek te testen en het stralingsdosisniveau van de lagedosis-CT aan te passen.

Onderzoeksprotocol / beeldvorming Onderzoeken worden uitgevoerd volgens lokale routineprocedures en vastgestelde CT-protocollen (CT-scanner: GE Revolution).

Naast de CT met standaard onderzoeksprotocol wordt er een low-dosis CT-scan gemaakt, maximaal 30% stralingsdosis van de standaard CT. Laaggedoseerde CT-beelden worden gereconstrueerd met TF hoog. De CT met lage dosis wordt direct na de standaard CT uitgevoerd om vertekening door verschillen in de timing van de contrastfase te voorkomen.

Locatie en lokale onderzoekspopulatie De studie zal worden uitgevoerd als een multicenter studie waarbij Oslo en Odense betrokken zijn met prospectieve gegevensverzameling.

De geschatte totale onderzoekspopulatie zal gelijkelijk worden verdeeld over de twee ziekenhuizen.

Beeldevaluatie De low-dose CT wordt niet gebruikt voor diagnostische doeleinden of behandeling van patiënten. Beeldevaluatie en -vergelijking zullen worden uitgevoerd gescheiden van de klinische routineworkflow.

Alle low-dose CT-onderzoeken worden onafhankelijk beoordeeld door twee lokale radiologen en door twee ervaren radiologen gespecialiseerd in abdominale radiologie met meer dan 10 jaar ervaring in abdominale CT. De lezers worden geblindeerd voor alle informatie van eerdere onderzoeken, het primaire CT-rapport, eventuele bevindingen van de andere lezers, alle behandelingsgerelateerde informatie en voor de uiteindelijke diagnose.

Ze hebben toegang tot klinische verwijzingen en laboratoriumtests die voorafgaand aan het oorspronkelijke CT-onderzoek zijn uitgevoerd. Beeldevaluatie zal worden uitgevoerd in de klinische omgeving van de radioloog met behulp van diagnostische monitoren.

In de uitkomstanalyse wordt voor elke patiënt de diagnose van lage dosis CT vergeleken met de oorspronkelijke radiologische diagnose op basis van volledige dosis CT.

Voor overeenstemming binnen de lezer wordt een willekeurige selectie uit 10% van de casussen twee keer aan elke lezer gepresenteerd.

De technische beeldkwaliteit wordt beoordeeld door regio's van belang (ROI) te positioneren in een homogeen segment van de poortader, aangrenzende normale leverparenchym aorta, erector spinae-spieren en in het onderhuidse vet. De contrast-ruisverhouding (CNR) wordt berekend.

De waargenomen beeldkwaliteit zal worden beoordeeld door ten minste twee radiologen op een Likert-schaal volgens beeldkwaliteitscriteria gebaseerd op de Europese richtlijnen voor beeldkwaliteit bij abdominale CT.

Statistieken Speciale statistische software zoals Stata en SPSS zullen worden gebruikt voor analyse van onderzoeksgegevens. Het alfa-significantieniveau wordt ingesteld op 5% en er worden betrouwbaarheidsintervallen van 95% gebruikt. Kappa-statistieken worden gebruikt voor overeenstemming tussen en binnen de lezer. Logistische regressie zal worden gebruikt voor de beoordeling van de beeldkwaliteit. Passende parametrische of niet-parametrische tests zullen worden gebruikt voor de evaluatie van numerieke variabelen. De diagnostische prestatie wordt bepaald door oppervlakte onder de curve, sensitiviteit, specificiteit, positieve en negatieve voorspellende waarde. Significante verschillen in sensitiviteit en specificiteit zullen worden bepaald door McNemar's test.

Powerberekening en steekproefomvang Er zal een non-inferioriteitsonderzoek worden gebruikt om non-inferioriteit aan te tonen met betrekking tot de diagnostische prestatie van de laaggedoseerde CT in vergelijking met de standaard CT. De onderzoekers schatten de sensitiviteit van de standaard CT op 90%. De prevalentie van acute abdominale aandoeningen met een zichtbare correlaat op standaard CT wordt geschat op 70% van alle verwijzingen die voldoen aan de inclusiecriteria. Een non-inferioriteitsmarge van 10% voor sensitiviteit werd als klinisch aanvaardbaar beschouwd, d.w.z. de kans op positieve bevindingen bij een lage dosis CT in het geval van een positieve standaard CT werd verondersteld 90% te zijn.

S_L = Waarschijnlijkheid (positieve lage dosis CT | positieve standaard CT)

De 0-hypothese werd gedefinieerd als:

S_L < 90%

De alternatieve hypothese werd vervolgens gedefinieerd als:

S_L > 90% Om een ​​eenzijdig verschil (toename) van 6% ten opzichte van de non-inferioriteitsmarge te identificeren met een power van 80% en een alfa-significantieniveau van 5%, schatten de onderzoekers het benodigde aantal patiënten met positieve CT-bevindingen op n= 116 (binominale verdeling). Het totale aantal benodigde patiënten werd vervolgens berekend op 116/0,7=166.