Diagnostisk ytelse av lavdose-CT for akutte abdominale tilstander (DETECT_Acute)

Bakgrunn Computertomografi (CT) har blitt et viktig verktøy i moderne klinisk medisin. Med utbredt tilgjengelighet har en rask økning i bruken av CT-avbildning blitt observert de siste tiårene. Med den tilhørende økningen i strålingseksponering har den potensielle økte risikoen for strålingsindusert malignitet blitt et folkehelseproblem. Dette gjelder spesielt for CT-skanninger av mage og bekken som i dag utgjør 50 % av den samlede CT-dosen. Ettersom fordelen med dosereduksjon generelt oppveies av forringelse av bildekvalitet, etterstrebes teknologiske fremskritt for å redusere stråledose uten å gå på bekostning av bildekvaliteten i klinisk praksis.

I CT-bilderekonstruksjon har filtrert tilbakeprojeksjon (FBP) vært den dominerende bilderekonstruksjonsteknikkalgoritmen siden tidlig på 1970-tallet, supplert med de første kommersielle iterative rekonstruksjons (IR) algoritmene i 2009.

En ny DLIR-algoritme (deep learning image reconstruction) fikk klinisk godkjenning i 2019 (TrueFidelity, GE Healthcare, Milwaukee, WI). Andre leverandørspesifikke algoritmer for bilderekonstruksjon av dyp læring dukker også opp (AiCE, Canon Medical Systems, Otawara, Japan). Som forklart av en teknisk hvitbok, etter å ha blitt opplært med høydose- og lavdose-FBP-datasett på tvers av fantom- og pasienttilfeller, forsøker DLIR-algoritmen å undertrykke bildestøy uten å gå på bekostning av bildekvaliteten. Bruken av bilderekonstruksjon med dyp læring har vist potensial for forbedret bildekvalitet og dosereduksjon uten å endre støytekstur.

For pasienter med akutte abdominale tilstander anses CT av abdomen og bekkenet som den beste første- eller andrelinjediagnostiske tilnærmingen. For disse pasientene er en rask og nøyaktig diagnose av stor betydning for å unngå behandlingsforsinkelse og påfølgende komplikasjoner som gastrointestinal perforasjon ved blindtarmbetennelse eller divertikulitt. På den annen side er det også viktig å unngå unødvendig kirurgisk inngrep og tilhørende komplikasjoner. En mulig lavdose-CT-protokoll må derfor gi en ikke-inferiør diagnostisk ytelse for å lette rask diagnostisering og unngå overbehandling og inkonklusive undersøkelser.

Det er rapportert lovende resultater vedrørende lavdose-CT-undersøkelser med modellbasert IR og dosereduksjon på opptil 75-80 %. Med introduksjonen av DLIR ser det imidlertid ut til at ytterligere dosereduksjon er mulig. Våre egne resultater fra en studie av bildekvalitetsoppfatning med DLIR indikerer at en dosereduksjon på opptil 92,5 % sammenlignet med standard CT kan bevare akseptabel diagnostisk bildekvalitet (ennå upublisert arbeid).

På dette grunnlaget er formålet med denne studien å vurdere den diagnostiske ytelsen til lavdose CT med DLIR for diagnostisering av akutte abdominale tilstander i en non-inferiority-setting med en stor prøvestørrelse levert av to store traumesentre i Nord-Europa.

Mål

Hoved:

For å evaluere den diagnostiske ytelsen for akutte abdominale tilstander med kontrastforsterket lavdose-CT med DLIR "TrueFidelity" (TF) sammenlignet med standard fulldose-CT.

Sekundær:

For å vurdere teknisk og opplevd bildekvalitet (kvalitativt og kvantitativt).

Etikk

Godkjenning vil bli innhentet fra den regionale etiske komiteen og institusjonens personvernombud.

Skriftlig informert samtykke vil bli innhentet fra alle deltakere. Dette prosjektet vil være i samsvar med Helsinki-erklæringen.

Risikoer Minimal risiko eksisterer på grunn av en svak økning i strålingseksponering. Den ekstra stråleeksponeringen på 27,5 % er innenfor den nasjonale variasjonen av stråleeksponering fra CT-undersøkelser utført for tilsvarende kliniske oppgaver. Etterforskerne estimerte den gjennomsnittlige ekstra effektive dosen til 1,5 mSv som tilsvarer ca. 4 måneder med naturlig bakgrunnsstrålingseksponering i Norge (4,1 mSv/år). Den ekstra strålingseksponeringen oversetter til en teoretisk overdreven livstidsrisiko for dødelig strålingsindusert kreft mellom 0,004 - 0,03 %. Den kliniske risikoen ved denne eksponeringen anses å være minimal/ikke signifikant.

Materiale og metoder Studien vil bli registrert på ClinicalTrials.gov før oppstart. Studiemetoder og resultater vil bli rapportert i samsvar med Standards for Reporting of Diagnostic Accuracy Studies (STARD)-erklæringen fra 2015. Det skal bemerkes at STARD-AI-styringsgruppen forbereder en AI-spesifikk utvidelse. Hvis disse STARD-AI-retningslinjene publiseres før studiens slutt, vil funnene også bli rapportert i samsvar med dette. For å kompensere for AI-spesifikke elementer som ikke er adressert i STARD, vil etterforskerne, når det er relevant, stole på Sjekklisten for kunstig intelligens ved medisinsk bildebehandling (CLAIM) som er modellert etter STARD-retningslinjen.

Pilot En studiepilot med 10 pasienter fordelt likt mellom Oslo og Odense vil bli utført for å gi mulighet for testing av studielogistikk og justeringer av stråledosenivået til lavdose-CT.

Undersøkelsesprotokoll / bildediagnostikk Undersøkelser vil bli utført i henhold til lokale rutineprosedyrer og etablerte CT-protokoller (CT-skanner: GE Revolution).

I tillegg til CT med standard undersøkelsesprotokoll vil det bli utført en lavdose CT-skanning som ikke overstiger 30 % stråledose av standard CT. Lavdose CT-bilder vil bli rekonstruert med TF høy. CT med lav dose vil bli utført rett etter standard CT for å unngå skjevhet fra forskjeller i tidspunktet for kontrastfasen.

Sted og lokal studiepopulasjon Studien vil bli utført som en multisenterstudie som involverer Oslo og Odense med prospektiv datainnsamling.

Den estimerte totale studiepopulasjonen vil deles likt mellom de to sykehusene.

Bildeevaluering Lavdose-CT vil ikke brukes til diagnostiske formål eller pasientbehandling. Bildeevaluering og sammenligning vil bli utført atskilt fra klinisk rutinearbeid.

Alle lavdose-CT-undersøkelser vil bli evaluert uavhengig av to fastboende radiologer og av to erfarne radiologer spesialisert i abdominal radiologi med mer enn 10 års erfaring med abdominal CT. Leserne vil bli blindet for all informasjon fra tidligere undersøkelser, den primære CT-rapporten, eventuelle funn fra de andre leserne, all behandlingsrelatert informasjon og for den endelige diagnosen.

De vil ha tilgang til kliniske henvisninger og laboratorietester utført før den opprinnelige CT-undersøkelsen. Bildevurdering vil bli utført i radiologenes kliniske miljø ved hjelp av diagnostiske monitorer.

I utfallsanalysen vil diagnosen for hver pasient fra lavdose-CT sammenlignes med den opprinnelige radiologiske diagnosen basert på fulldose-CT.

For intraleseravtale vil et tilfeldig utvalg fra 10 % av sakene bli presentert to ganger for hver leser.

Teknisk bildekvalitet vurderes ved å plassere regioner av interesse (ROI) i et homogent segment av portvenen, tilstøtende normal leverparenchymaorta, erector spinae-muskler og i det subkutane fettet. Contrast-to-Noise Ratio (CNR) vil bli beregnet.

Opplevd bildekvalitet vil bli vurdert av minst to radiologer på en Likert-skala etter bildekvalitetskriterier basert på de europeiske retningslinjene for bildekvalitet ved abdominal CT.

Statistikk Dedikert statistisk programvare som Stata og SPSS vil bli brukt for analyse av studiedata. Alfa-signifikansnivået settes til 5 % og 95 % konfidensintervaller vil bli brukt. Kappa-statistikk vil bli brukt for inter- og intraleseravtale. Logistisk regresjon vil bli brukt til bildekvalitetsvurdering. Passende parametriske eller ikke-parametriske tester vil bli brukt for evaluering av numeriske variabler. Den diagnostiske ytelsen vil bli definert av arealet under kurven, sensitivitet, spesifisitet, positiv og negativ prediktiv verdi. Signifikante forskjeller i sensitivitet og spesifisitet vil bli bestemt av McNemars test.

Kraftberegning og prøvestørrelse En ikke-inferioritetsstudiedesign vil bli brukt for å vise noninferioritet angående den diagnostiske ytelsen til lavdose-CT sammenlignet med standard CT. Etterforskerne estimerte sensitiviteten til standard CT til 90 %. Prevalensen av akutte abdominale tilstander med en synlig korrelasjon på standard CT er estimert til 70 % blant alle henvisninger som oppfyller inklusjonskriteriene. En non-inferioritetsmargin på 10 % for sensitivitet ble ansett som klinisk akseptabel, dvs. sannsynligheten for positive funn på lavdose-CT ved positiv standard-CT ble antatt å være 90 %.

S_L = Sannsynlighet (positiv lavdose-CT | positiv standard-CT)

0-hypotesen ble definert som:

S_L < 90 %

Den alternative hypotesen ble da definert som:

S_L > 90 % For å identifisere en ensidig forskjell på 6 % (økning) fra non-inferioritetsmarginen med en potens på 80 % og et alfa-signifikansnivå på 5 %, estimerte etterforskerne de nødvendige pasientene med positive CT-funn til n= 116 (binominal fordeling). Det totale antallet nødvendige pasienter ble deretter beregnet til 116/0,7=166.