Intervariabiliteit in radiografische fluoroscopische techniek bij patiënten met idiopathische scoliose (IVIS)

De huidige studie heeft tot doel te evalueren of een LFT geschikt is als klinische radiografie voor initiële evaluatie en / of de daaropvolgende follow-up monitoring van AIS door de beeldkwaliteit, betrouwbaarheid en overeenstemming te evalueren en de stralingsdosis te meten.

Materialen en methoden Onderzoeksopzet Dit onderzoek was verdeeld in twee delen: een experimenteel deel en een klinisch deel. Het doel van het experimentele deel was het evalueren van de fysieke kenmerken van beeldkwaliteit en op waarnemers gebaseerde evaluatie van de LFT en ORT met behulp van een pediatrisch rompfantoom en het meten van de blootstelling aan straling. De beeldkwaliteit werd ook geëvalueerd voor röntgenfoto's van twee "3D-geprinte" modellen van scoliotische stekels (3DPS's), waarbij de overeenkomst en betrouwbaarheid voor LFT en ORT werden bepaald. Het doel van het klinische deel was het evalueren van de interbeoordelaarsbetrouwbaarheid van de daadwerkelijke klinische onderzoeken voor LFT-röntgenfoto's van AIS van onze polikliniek. Idealiter zou "overeenkomst" moeten worden bepaald op de klinische röntgenfoto met behulp van zowel de LFT- als de ORT-techniek. Dit zou echter "gelijktijdige" dubbele onderzoeken vereisen, waardoor de deelnemers worden blootgesteld aan overmatige straling. Dit werd ethisch niet levensvatbaar geacht; in plaats daarvan hebben we dubbele onderzoeken uitgevoerd op de 3DPS. Betrouwbaarheid en overeenstemming werden geëvalueerd zoals voorgesteld door Langensiepen et al.2 Deze studie werd geëvalueerd en goedgekeurd door de lokale Research Ethics Committee (Journal number: 17025334).

Beeldvormingssysteemopstellingen van de LFT en de ORT De onderzoeken werden uitgevoerd in de postero-anterieure of anteroposterieure projectie voor respectievelijk de ORT en de LFT. De patiënt stond met zijn gezicht naar de beeldversterker/detector of bestralingsbuis met gestrekte heupen en knieën en de voeten 10 cm uit elkaar. Twee loden schorten werden geplaatst in de interscapulaire (mammaire) en sacrale (geslachtsorganen) regio's. De afstanden tot de stralingsbuis (bron tot detector) waren 100 cm voor LFT en 230 cm voor ORT. Voor de LFT waren twee afbeeldingen van de thoracale en lumbale wervelkolom nodig om de thoracolumbale wervelkolom te bedekken. Voor ORT was slechts één opname nodig. De LFT werd uitgevoerd op een DelftDI D2RS-systeem met fluoroscopische belichting van 4 pulsen per seconde/frame per seconde, en de ORT werd uitgevoerd met behulp van een digitaal Carestream DRX-Evolution-systeem met automatische belichtingsregeling. De volgende acquisitieparameters werden beoordeeld: buispotentiaal (85 kVp, dichtheid ingesteld op laag voor LFT en 71 kVp, dichtheid ingesteld op 0 voor ORT), beide met raster, met behulp van handmatige belichtingen (LFT) en geautomatiseerde belichtingsregeling voor mA-selectie (ORT) en geen extra filtratie voor LFT en extra filtratie (1 mm Al + 0,1 mm Cu) voor ORT. De pixelgrootte van 0,139 mm voor ORT geeft een maximale resolutie van 3,6 lp/mm. De pixelgrootte van 0,159 mm voor LFT geeft een maximale resolutie van 3,1 lp/mm.

Beoordelaars In het experimentele deel werden door 3 beoordelaars eenmaal beoordelingen op basis van waarnemers uitgevoerd. Beoordelaar 1 was een ervaren (22 jaar praktijk) kinderorthopedisch chirurg, beoordelaar 2 was een ervaren (16 jaar praktijk) kinderorthopedisch chirurg en beoordelaar 3 was een rapporterend radioloog met 10 jaar ervaring. Beoordelaar 1 voerde alle analyses uit op de primaire fysieke kenmerken. Voor de 3DPS werden metingen van CA en classificatie volgens Nash en Moe (NM) driemaal uitgevoerd als enkele sessies met een tussenpoos van minimaal 1 week. In het klinische deel werden de klinische röntgenfoto's in één sessie geanalyseerd door beoordelaars 1 en 2. Beoordelaars waren blind voor de identiteit van de patiënt en klinische informatie. Alle beeldevaluaties werden uitgevoerd op een PACS-systeem (Impax 6.4.0, Agfa ® HealthCare, Mortsel, België) op een 3-megapixel kijkstation door de 3 beoordelaars afzonderlijk.

Deel 1. Evaluatie van de beeldkwaliteit van de LFT- en ORT-beeldvormingssystemen Het pediatrische rompfantoom Het pediatrische Whole Body Phantom "PBU-70" werd radiografisch onderzocht op beeldkwaliteit. We kozen alleen de fantoomtorso van een 4-jarig kind met een lengte van 105 cm met levensgrote, antropomorfe metingen van het hele lichaam met ingebedde weke delenvervangers van een synthetisch skelet, longen, lever, mediastinum en nieren (fantoom ).16 Met beide technieken hebben we 25 radiografische onderzoeken uitgevoerd, waarbij voor elke opname het fantoom werd geplaatst en verplaatst.

De twee 3D-geprinte AIS-modellen Röntgenfoto's van de twee 3DPS'en met kleine en ernstige lumbale scoliose werden met beide technieken gemaakt. We hebben 1 set röntgenfoto's gemaakt met beide technieken. De drie beoordelaars voerden 3 CA- en NM-metingen uit met een tussenpoos van minimaal 1 week. Inter- en intrabeoordelaarsbetrouwbaarheid voor de drie beoordelaars werd beoordeeld met behulp van analyse van interklasse-correlatie, evenals het gemiddelde absolute verschil (MAD), de standaardmeetfout (SEM) en Bland-Altman-plots voor de gemiddelde verschillen met aanvullende analyse voor systematische verschillen. We definieerden nauwkeurigheid van directe meting met een gradenboog voor medische doeleinden. Dit werd gezien als een surrogaatmaatstaf voor de algehele nauwkeurigheid. Het fantoom en 3DPS's worden getoond in figuur 1 en de röntgenfoto's worden getoond in figuur 2.

Figuur 1. Het pediatrische fantoom "PBU-70" voor het hele lichaam en een van de twee 3D-geprinte scoliosemodellen.

Figuur 2. Röntgenfoto's met behulp van de LFT (donkerdere beelden) en de ORT (helderdere beelden) van de 3D-geprinte scoliosemodellen (bovenste vier links) en het fantoom (bovenste twee rechts). Röntgenfoto's (ORT) van scoliose met interessegebieden (linksonder) en klinische LFT-röntgenfoto's (rechtsonder).

Primaire fysieke kenmerken van evaluatie van beeldkwaliteit: ruis, contrast en SNR We onderzochten de beeldkenmerken van de LFT- en ORT-röntgenfoto's van het fantoom en de twee 3DPS'en. Vijfentwintig opeenvolgende röntgenfoto's van het fantoom met beide technieken werden geëvalueerd. De objectieve primaire fysieke kenmerken waren het contrast, willekeurige ruis, signaal-ruisverhouding en contrast-ruisverhouding. Het contrast werd gedefinieerd als het relatieve signaalverschil tussen de twee vooraf gedefinieerde locaties van de benige wervelkolom en het omringende aangrenzende weefsel van de wervelkolom, namelijk een vierkant interessegebied van de wervelkolom, waar de bovenste en onderste steeltjes en eindplaten waren inbegrepen. , samen met een vergelijkbaar interessegebied van het aangrenzende zachte weefsel, waar geen benig zacht weefsel was opgenomen (zie figuur 2). Willekeurige ruis werd gedefinieerd als de fluctuaties van het signaal over het beeld bij gelijkmatige belichting, zoals uitgedrukt door de standaarddeviatie.14,17 SNR werd gedefinieerd als de verhouding van het signaal (gedefinieerd als het signaal van het object) gedeeld door de standaarddeviatie (van de achtergrond).17 CNR werd gedefinieerd als de verhouding van het signaal (gedefinieerd als het verschil van het signaal van het object en de achtergrond) gedeeld door de standaarddeviatie (van de achtergrond). Afbeelding 2 toont deze interessegebieden en röntgenfoto's van het fantoom, de 3DPS'en en de klinische röntgenfoto's met behulp van de LFT.

Op waarnemers gebaseerde methoden voor evaluatie van de beeldkwaliteit met behulp van de zichtbaarheid van anatomische structuren. Om ethische redenen hebben we alleen op waarnemers gebaseerde evaluaties uitgevoerd op de beelden van het fantoom en de 3DPS's, aangezien we patiënten niet wilden blootstellen aan dubbele onderzoeken van de ORT en LFT . We hebben twee op waarnemers gebaseerde methoden gebruikt om de beeldkwaliteit te vergelijken, namelijk scores van de beeldcriteria (ICS) en visuele beoordelingsanalyse (VGAS).14,18 We vergeleken een referentie-LFT-afbeelding met alle 25 ORT-afbeeldingen en een ORT-afbeelding met alle 25 LFS-afbeeldingen. De referentiebeelden werden willekeurig geselecteerd.14 Met behulp van de ICS werd het absolute niveau van beeldkwaliteit van specifieke structuren bepaald door een specifieke structuur te evalueren in vergelijking met dezelfde structuur in het referentiebeeld door de waarnemer; dus de beslissingsdrempel van de waarnemer was constant. De taak van de waarnemer was om te beslissen of de specifieke structuur visueel superieur werd gereproduceerd1 of visueel inferieur werd gereproduceerd in vergelijking met de referentie (0) (het criterium). We berekenden de ICS voor de lumbale (L3) en thoracale (Th6) wervels als ICS=∑Ii=1∑Cc=1 ∑Oo=1 Fi,c,o IxCxO waarbij Fi,c,o = vervulling van criterium c voor beeld ik en waarnemer o. Fi,c,o = 1 als aan criterium c is voldaan; anders is Fi,c,o = 0, I = aantal afbeeldingen, C = aantal criteria en O = aantal waarnemers. Het aantal beoordeelde beelden voor zowel de LFT als de ORT was 25 (I = 25), het aantal beoordelaars was 3 (O = 3) en het aantal criteria was 6 voor de thoracale wervelkolom en 7 voor de lumbale wervelkolom (C = 6 voor de thoracale wervelkolom en C = 7 voor de lumbale wervelkolom) in overeenstemming met de gekozen CEC-criteria.

We hebben ook het uiterlijk beoordeeld met behulp van de VGA-methode door de zichtbaarheid van specifieke anatomische structuren tussen afbeeldingen van de twee radiografische technieken te beoordelen volgens Månsson.18 De zichtbaarheid werd beoordeeld volgens een schaal met vijf niveaus: duidelijk slechtere zichtbaarheid van een specifieke structuur in de afbeelding in vergelijking met dezelfde structuur in de referentieafbeelding (-2), iets minder dan (-1), gelijk aan (0), iets beter dan (+1), of duidelijk beter dan (+2). We berekenden de VGAS voor de lumbale (L3) en thoracale (Th6) wervels als VGAS=∑Ii=1∑Ss=1 ∑Oo=1 Gi,s,o IxSxO waarbij Gi,s,o = grading (-2, - 1, 0, +1 of +2) voor afbeelding i, structuur s en waarnemer o; I = aantal afbeeldingen; S = aantal structuren; en O = aantal waarnemers. Het aantal beoordeelde beelden voor zowel de LFT als de ORT was 25 (I = 25), het aantal beoordelaars was 3 (O = 3) en het aantal criteria was 6 voor de thoracale wervelkolom en 7 voor de lumbale wervelkolom (C = 6 voor thoracale wervelkolom en C = 7 voor lumbale wervelkolom) in overeenstemming met de gekozen CEC-criteria. De specifiek geëvalueerde (wervel)structuren waren in overeenstemming met de Europese richtlijnen inzake kwaliteitscriteria voor diagnostische radiografische beelden in 1990 en 1996.19-21 De criteria voor de lumbale wervelkolom van de CEC, 1990, werden gekozen voor de thoracale evaluatie van de beelden, aangezien deze zich richtten op structuren van de wervels van het bot en aangrenzende zachte weefsels. Voor de lumbale evaluatie werd gekozen voor de CEC lumbale wervelkolomcriteria, 1996, aangezien deze ook een evaluatie van de sacro-iliacale gewrichten omvatten.

Stralingsdosis De opnamesystemen van LFT en ORT maten het dosisgebiedsproduct (DAP) door een geïntegreerde DAP-meter en deze werden bij de beelden opgeslagen. Monte Carlo-berekeningen met behulp van röntgendosimetriesoftware (PCXMC, versie 2.0; Stuk, Helsinki, Finland) werden gebruikt om de effectieve stralingsdoses te bepalen. Dit was gebaseerd op de geregistreerde DAP en de belangrijkste patiëntgrootte van het fantoom, evenals technische en geometrische blootstellingsparameters.

Deel 2: Evaluatie van AIS-röntgenfoto's met behulp van de LFT voor klinische betrouwbaarheid Klinische routine-röntgenfoto's met behulp van LFT Low-dose fluoroscopische techniek was onze reguliere routine klinische radiografische methode voor AIS gedurende 3 jaar. Honderdzesendertig adolescente patiënten met AIS werden als deelnemers opgenomen. De geslachtsverhouding F:M was ongeveer 2:1. De gemiddelde leeftijd was 13,4 jaar (bereik 6-17). We hebben 342 LFT-afbeeldingen opgehaald van 136 patiënten met AIS. Twee onafhankelijke beoordelaars voerden eenmalig en afzonderlijk metingen uit van zes radiografische parameters, waarbij ze blind waren voor de klinische gegevens en eerdere evaluaties. De parameters waren de CA, het niveau van de bovenste en onderste wervels gebruikt voor het bepalen van CA, de NM en de Metha-hoeken aan de linker- en rechterkant bij de topwervels. Tabel 1 toont de radiografische kenmerken van de deelnemers. Afbeelding 2 illustreert de standaard klinische LFT-röntgenfoto's.

Tafel 1. Verdeling van de deelnemers volgens het klassement van King en Moe. Type 1: een "S"-vormige misvorming, waarbij beide krommingen structureel zijn en de CSVL (middellijn) kruisen, waarbij de lumbale kromming groter is dan de thoracale kromming. Type 2: een "S"-vormige misvorming, waarbij beide curven structureel zijn en de CSVL kruisen, waarbij de thoracale curve groter is dan of gelijk is aan de lumbale curve. Type 3: grote thoracale curve waarbij alleen de thoracale curve structureel is en de CSVL kruist. Type 4: lange "C"-vormige thoracale kromming waarbij de vijfde lendenwervel is gecentreerd over het heiligbeen en de vierde lendenwervel is gekanteld in de thoracale kromming. Type 5: dubbele thoracale kromming.

Rechts convex Sinistro convex Type 1 7 29 Type 2 10 0 Type 3 24 5 Type 4 22 28 Type 5 2 1 Niet classificeerbaar 8 Statistische analyses Betrouwbaarheid werd beoordeeld met behulp van de interclass correlatiecoëfficiënt (ICC). In deel 1 van de twee 3DPS-modellen werd de inter- en intra-betrouwbaarheid voor CA en NM beoordeeld met behulp van een 2-weg gemengd model voor consistentie voor de 3 beoordelaars voor hun 3 afzonderlijke metingen. Overeenstemming werd gedefinieerd als de MAD-, SEM- en Bland-Altman-plots voor de gemiddelde verschillen met aanvullende analyses van eenrichtings-t-toets en logistische regressie voor respectievelijk significante en systematische verschillen. In deel 2 van de klinische evaluatie werden de enkele metingen van CA en de andere 5 radiografische parameters van de twee beoordelaars beoordeeld met behulp van een 2-weg gemengd model van ICC voor absolute overeenstemming voor interbeoordelaarsbetrouwbaarheid.

Inter- en intrabeoordelaarsbetrouwbaarheid beoordeeld door de ICC werd beschouwd met de volgende grenzen van overeenstemming: slecht; 0.0-0.20 licht; 0,21-0,40 kermis; 0,41-0,60 gematigd; 0,61-0,80 substantieel; en 0.81-1 bijna perfect. Onafhankelijke steekproef t-tests of niet-parametrische Mann-Whitney-tests werden uitgevoerd voor verschillen in SNR en CNR, verschillen in beeldkwaliteit en stralingsdosis. Dit hing ervan af of er sprake was van een normale verdeling. Dit werd getest door Kolmogorov-Smirnov en Shapiro-Wilk-tests en evaluatie van QQ-plots. We beschouwden een p-waarde van <0,05 als een significant resultaat. ICC en andere statistische evaluaties werden uitgevoerd met behulp van IBM SPSS Statistics, versie 22 (IBM©, Chicago, Il, VS).