Intervariabilitet i radiografisk fluoroskopisk teknikk hos pasienter med idiopatisk skoliose (IVIS)

Denne studien tar sikte på å evaluere om en LFT er tilstrekkelig som klinisk radiografikk for innledende evaluering og/eller etterfølgende oppfølgingsovervåking av AIS ved å evaluere bildekvalitet, pålitelighet og samsvar og måle stråledose.

Materialer og metoder Studiedesign Denne studien ble delt inn i to deler: en eksperimentell del og en klinisk del. Målet med den eksperimentelle delen var å evaluere de fysiske egenskapene til bildekvalitet og observatørbasert evaluering av LFT og ORT ved bruk av et pediatrisk trunk-fantom og å måle strålingseksponeringen. Bildekvaliteten ble også evaluert for røntgenbilder av to "3D-printede" modeller av skoliotiske spines (3DPSs), hvor samsvar og pålitelighet for LFT og ORT ble bestemt. Målet med den kliniske delen var å evaluere inter-rater-reliabiliteten til de faktiske kliniske undersøkelsene for LFT-røntgenbilder av AIS fra vår poliklinikk. Ideelt sett bør "enighet" bestemmes på det kliniske røntgenbildet ved bruk av både LFT- og ORT-teknikker. Dette ville imidlertid kreve "samtidige" dobbeltundersøkelser, og dermed utsette deltakerne for overflødig stråling. Dette ble ansett som etisk lite levedyktig; i stedet utførte vi doble undersøkelser på 3DPS. Pålitelighet og samsvar ble evaluert som foreslått av Langensiepen et al.2 Denne studien ble evaluert og godkjent av den lokale forskningsetiske komiteen (Journalnummer: 17025334).

Bildesystemoppsett av LFT og ORT Undersøkelsene ble utført i enten posteroanterior eller anteroposterior projeksjon for henholdsvis ORT og LFT. Pasienten sto vendt mot bildeforsterkeren/detektoren eller strålerøret med forlengede hofter og knær og med føttene 10 cm fra hverandre. To blyforklær ble plassert i interscapular (mor) og sakrale (kjønnsorganer) regioner. Avstandene til strålingsrøret (kilde til detektor) var 100 cm for LFT og 230 cm for ORT. For LFT var to bilder av bryst- og korsryggen nødvendig for å dekke brystryggen. For ORT var det kun nødvendig med én eksponering. LFT ble utført på et DelftDI D2RS-system med fluoroskopisk eksponering på 4 pulser per sekund/bilde per sekund, og ORT ble utført ved hjelp av et digitalt Carestream DRX-Evolution-system med automatisk eksponeringskontroll. Følgende innsamlingsparametere ble vurdert: rørpotensial (85 kVp, tetthet satt til lav for LFT og 71 kVp, tetthet satt til 0 for ORT), begge med rutenett, ved bruk av manuell eksponering (LFT) og automatisk eksponeringskontroll for valg av mA (ORT) og ingen tilleggsfiltrering for LFT og tilleggsfiltrering (1 mm Al + 0,1 mm Cu) for ORT. Pikselstørrelsen på 0,139 mm for ORT gir en maksimal oppløsning på 3,6 lp/mm. Pikselstørrelsen på 0,159 mm for LFT gir en maksimal oppløsning på 3,1 lp/mm.

Evaluatorer I den eksperimentelle delen ble observatørbaserte vurderinger utført en gang av 3 evaluatorer. Evaluator 1 var en erfaren (22-årig praksis) pediatrisk ortopedisk kirurg, evaluator 2 var en erfaren (16-års praksis) pediatrisk ortopedisk kirurg, og evaluator 3 var en rapporterende radiograf med 10 års praksis. Evaluator 1 utførte alle analyser for de primære fysiske egenskapene. For 3DPS ble målinger av CA og klassifisering i henhold til Nash og Moe (NM) utført tre ganger som enkeltsesjoner med minst 1 ukes mellomrom. I den kliniske delen ble de kliniske røntgenbildene analysert i en enkelt sesjon av evaluator 1 og 2. Evaluatorer ble blindet for pasientens identitet og klinisk informasjon. Alle bildeevalueringer ble utført på et PACS-system (Impax 6.4.0, Agfa ® HealthCare, Mortsel, Belgia) på en 3-megapiksel visningsstasjon av de 3 evaluatorene separat.

Del 1. Evaluering av bildekvaliteten til LFT- og ORT-bildesystemene Det pediatriske trunkfantomet The Pediatric Whole Body Phantom "PBU-70" ble undersøkt radiografisk for bildekvalitet. Vi valgte bare fantomkroppen til et 4 år gammelt barn med en høyde på 105 cm med antropomorfe målinger i naturlig størrelse med hele kroppen med innebygde bløtvevserstatninger av et syntetisk skjelett, lunger, lever, mediastinum og nyrer (fantom ).16 Vi utførte 25 røntgenundersøkelser med begge teknikkene, hvor fantomet ble plassert og reposisjonert for hvert opptak.

De to 3D-printede AIS-modellene Røntgenbilder av de to 3DPS-ene med liten og alvorlig lumbal skoliose ble tatt opp ved bruk av begge teknikkene. Vi tok 1 sett med røntgenbilder med begge teknikkene. De tre evaluatorene utførte 3 målinger av CA og NM med minst 1 ukes mellomrom. Inter- og intra-rater reliabilitet for de tre evaluatorene ble vurdert ved bruk av analyse av interklassekorrelasjon samt gjennomsnittlig absolutt forskjell (MAD), standard målefeil (SEM) og Bland-Altman plott for gjennomsnittsforskjellene med tilleggsanalyse for systematiske forskjeller. Vi definerte nøyaktighet fra direkte måling med en gradskive for medisinske formål. Dette ble sett på som et surrogatmål for generell nøyaktighet. Fantomet og 3DPS-ene er vist i figur 1, og røntgenbildene er vist i figur 2.

Figur 1. Det pediatriske helkroppsfantomet "PBU-70" og en av de to 3D-printede skoliosemodellene.

Figur 2. Røntgenbilder ved bruk av LFT (mørkere bilder) og ORT (lysere bilder) av de 3D-printede skoliosemodellene (øverst fire til venstre) og fantomet (topp til høyre). Røntgenbilder (ORT) av skoliose med områder av interesse (under venstre) og kliniske LFT-røntgenbilder (under høyre).

Primære fysiske egenskaper ved evaluering av bildekvalitet: støy, kontrast og SNR Vi undersøkte bildekarakteristikkene til LFT- og ORT-røntgenbildene til fantomet og de to 3DPS-ene. 25 påfølgende røntgenbilder av fantomet ved bruk av begge teknikkene ble evaluert. De objektive primære fysiske egenskapene var kontrast, tilfeldig støy, signal-til-støy-forhold og kontrast-til-støy-forhold. Kontrasten ble definert som den relative signalforskjellen mellom de to forhåndsdefinerte plasseringene av den benete vertebrale ryggraden og det omkringliggende tilstøtende vevet i ryggraden, nemlig et kvadratisk område av interesse av vertebral ryggraden, der de øvre og nedre pedikler og endeplater ble inkludert , sammen med et lignende område av interesse for det tilstøtende bløtvevet, hvor det ikke var inkludert noe benmykt vev (se figur 2). Tilfeldig støy ble definert som svingningene i signalet over bildet når det eksponeres jevnt, som uttrykt ved standardavviket.14,17 SNR ble definert som forholdet mellom signalet (definert som signalet til objektet) delt på standardavviket (av bakgrunnen).17 CNR ble definert som forholdet mellom signalet (definert som forskjellen mellom signalet til objektet og bakgrunnen) delt på standardavviket (av bakgrunnen). Figur 2 viser disse områdene av interesse og røntgenbilder av fantomet, 3DPS-ene og de kliniske røntgenbildene ved bruk av LFT.

Observatørbaserte metoder for evaluering av bildekvalitet ved bruk av synligheten av anatomiske strukturer Av etiske årsaker utførte vi kun observatørbaserte evalueringer på bildene fra fantomet og 3DPS-ene siden vi ikke ønsket å utsette pasienter for doble undersøkelser av ORT og LFT. . Vi brukte to observatørbaserte metoder for sammenligning av bildekvalitet, nemlig skårer for bildekriteriene (ICS) og visuell graderingsanalyse (VGAS).14,18 Vi sammenlignet et referanse-LFT-bilde med alle 25 ORT-bildene, samt et ORT-bilde med alle 25 LFS-bildene. Referansebildene ble valgt tilfeldig.14 Ved å bruke ICS ble det absolutte nivået av bildekvalitet for spesifikke strukturer bestemt ved å evaluere en spesifikk struktur sammenlignet med den samme strukturen i referansebildet av observatøren; dermed var observatørens beslutningsterskel konstant. Observatørens oppgave var å avgjøre om den spesifikke strukturen var overlegent visuelt reprodusert1 eller dårligere visuelt reprodusert sammenlignet med referansen (0) (kriteriet). Vi beregnet ICS for lumbale (L3) og thorax (Th6) vertebrae som ICS=∑Ii=1∑Cc=1 ∑Oo=1 Fi,c,o IxCxO der Fi,c,o = oppfyllelse av kriterium c for bilde i og observatør o. Fi,c,o = 1 hvis kriteriet c er oppfylt; ellers er Fi,c,o = 0, I = antall bilder, C = antall kriterier, og O = antall observatører. Antall bilder vurdert for både LFT og ORT var 25 (I = 25), antall evaluatorer var 3 (O = 3), og antall kriterier var 6 for thorax- og 7 for lumbalcolumna (C = 6 for thoraxcolumna og C = 7 for lumbalcolumn) i henhold til de valgte CEC-kriteriene.

Vi graderte også utseendet ved hjelp av VGA-metoden ved å gradere synligheten av spesifikke anatomiske strukturer mellom bilder av de to radiografiske teknikkene i henhold til Månsson.18 Synligheten ble gradert etter en fem-nivå skala: klart dårligere synlighet av en spesifikk struktur i bildet sammenlignet med samme struktur i referansebildet (-2), litt dårligere enn (-1), lik (0), litt bedre enn (+1), eller klart bedre enn (+2). Vi beregnet VGAS for lumbale (L3) og thorax (Th6) vertebrae som VGAS=∑Ii=1∑Ss=1 ∑Oo=1 Gi,s,o IxSxO der Gi,s,o = gradering (-2, - 1, 0, +1 eller +2) for bilde i, struktur s og observatør o; I = antall bilder; S = antall strukturer; og O = antall observatører. Antall bilder vurdert for både LFT og ORT var 25 (I = 25), antall evaluatorer var 3 (O = 3), og antall kriterier var 6 for thorax- og 7 for lumbalcolumna (C = 6 for thoraxcolumna og C = 7 for lumbalcolumn) i henhold til de valgte CEC-kriteriene. De spesifikke evaluerte (vertebrale) strukturene var i samsvar med de europeiske retningslinjene for kvalitetskriterier for diagnostiske radiografiske bilder i 1990 og 1996.19-21. CEC lumbale ryggraden kriteriene, 1990, ble valgt for thorax evaluering av bildene siden de fokuserte på osseøse vertebrale ryggradsstrukturer så vel som tilstøtende bløtvev. For lumbalevalueringen ble CEC lumbale ryggradskriteriene, 1996, valgt siden de også inkluderte en evaluering av sakroiliacaleddene.

Stråledose Registreringssystemene til LFT og ORT målte dosearealproduktet (DAP) med en integrert DAP-måler, og disse ble lagret sammen med bildene. Monte Carlo-beregninger ved bruk av programvare for røntgendosimetri (PCXMC, versjon 2.0; Stuk, Helsinki, Finland) ble brukt for å bestemme de effektive stråledosene. Dette var basert på registrert DAP og hovedpasientstørrelsen til fantomet samt tekniske og geometriske eksponeringsparametere.

Del 2: Evaluering av AIS-røntgenbilder ved bruk av LFT for klinisk pålitelighet Kliniske rutinerøntgenbilder ved bruk av LFT Lavdose-fluoroskopisk teknikk var vår vanlige rutinemessige kliniske røntgenmetode for AIS i 3 år. Ett hundre og trettiseks ungdomspasienter med AIS ble inkludert som deltakere. Kjønnsforholdet F:M var omtrent 2:1. Gjennomsnittsalderen var 13,4 år (spredning 6-17). Vi hentet 342 LFT-bilder av 136 pasienter med AIS. To uavhengige evaluatorer utførte målinger av seks radiografiske parametere én gang og hver for seg, hvor de ble blindet for de kliniske dataene og tidligere evalueringer. Parametrene var CA, nivået på øvre og nedre ryggvirvler som ble brukt for å bestemme CA, NM og Metha-vinklene på venstre og høyre side ved apex-virvlene. Tabell 1 viser de radiografiske egenskapene til deltakerne. Figur 2 illustrerer standard kliniske LFT røntgenbilder.

Tabell 1. Fordeling av deltakere etter klassifisering av King og Moe. Type 1: en "S"-formet deformitet, der begge kurvene er strukturelle og krysser CSVL (midtlinjen), hvor lumbalkurven er større enn thoraxkurven. Type 2: en "S"-formet deformitet, der begge kurvene er strukturelle og krysser CSVL, hvor thoraxkurven er større enn eller lik lumbalkurven. Type 3: hoved thoraxkurve der bare thoraxkurven er strukturell og krysser CSVL. Type 4: lang "C"-formet brystkurve der den femte lumbale vertebra er sentrert over korsbenet og den fjerde lumbale vertebra vippes inn i brystkurven. Type 5: dobbel thoraxkurve.

Dextro convex Sinistro convex Type 1 7 29 Type 2 10 0 Type 3 24 5 Type 4 22 28 Type 5 2 1 Uklassifiserbar 8 Statistiske analyser Reliabiliteten ble vurdert ved bruk av interklassekorrelasjonskoeffisienten (ICC). I del 1 av de to 3DPS-modellene ble inter- og intra-reliabilitet for CA og NM vurdert ved å bruke en 2-veis blandet modell for konsistens for de 3 evaluatorene for deres 3 separate målinger. Overensstemmelse ble definert som MAD-, SEM- og Bland-Altman-plottene for gjennomsnittsforskjellene med tilleggsanalyser av enveis t-test og logistisk regresjon for henholdsvis signifikante og systematiske forskjeller. I del 2 av den kliniske evalueringen ble enkeltmålingene av CA og de andre 5 radiografiske parametrene til de to evaluatorene vurdert ved å bruke en 2-veis blandet modell av ICC for absolutt samsvar for inter-rater-pålitelighet.

Inter- og intra-rater-pålitelighet vurdert av ICC ble vurdert med følgende grenser for enighet: dårlig; 0,0-0,20 svak; 0,21-0,40 rettferdig; 0,41-0,60 moderat; 0,61-0,80 betydelig; og 0,81-1 nesten perfekt. Uavhengige prøve-t-tester eller ikke-parametriske Mann-Whitney-tester ble utført for forskjeller i SNR og CNR, forskjeller i bildekvalitet og stråledose. Dette var avhengig av om normalfordeling var tilstede. Dette ble testet av Kolmogorov-Smirnov og Shapiro-Wilk tester og evaluering av QQ plott. Vi vurderte en p-verdi på <0,05 som et signifikant resultat. ICC og andre statistiske evalueringer ble utført ved bruk av IBM SPSS Statistics, versjon 22 (IBM©, Chicago, Il, USA).