Wzajemna zmienność w radiograficznej technice fluoroskopowej u pacjentów ze skoliozą idiopatyczną (IVIS)

Niniejsze badanie ma na celu ocenę, czy LFT jest adekwatny jako kliniczna radiografia do wstępnej oceny i/lub późniejszego monitorowania AIS poprzez ocenę jakości obrazu, wiarygodności i zgodności oraz pomiar dawki promieniowania.

Materiały i metody Projekt badania Niniejsze badanie podzielono na dwie części: eksperymentalną i kliniczną. Celem części eksperymentalnej była ocena cech fizycznych jakości obrazu oraz obserwacyjna ocena LFT i ORT z wykorzystaniem fantomu tułowia pediatrycznego oraz pomiar ekspozycji na promieniowanie. Jakość obrazu oceniono również dla radiogramów dwóch „wydrukowanych w 3D” modeli kolców skoliotycznych (3DPS), gdzie określono zgodność i niezawodność dla LFT i ORT. Celem części klinicznej była ocena międzyosobowa wiarygodności rzeczywistych badań klinicznych radiogramów LFT AIS wykonanych w naszej przychodni. W idealnym przypadku „zgodność” powinna zostać określona na radiogramie klinicznym przy użyciu technik LFT i ORT. Wymagałoby to jednak „równoczesnego” podwójnego badania, narażając tym samym uczestników na nadmierne promieniowanie. Uznano to za nieopłacalne z etycznego punktu widzenia; zamiast tego przeprowadziliśmy podwójne badania na 3DPS. Rzetelność i zgodność oceniono zgodnie z propozycją Langensiepena i wsp.2 Badanie to zostało ocenione i zatwierdzone przez lokalną Komisję Etyki Badań (numer dziennika: 17025334).

Ustawienia systemu obrazowania LFT i ORT Badania przeprowadzono w projekcji tylno-przedniej lub przednio-tylnej odpowiednio dla ORT i LFT. Pacjent stał twarzą do wzmacniacza/detektora obrazu lub tuby promieniowania z wyprostowanymi biodrami i kolanami oraz stopami oddalonymi od siebie o 10 cm. W okolicy międzyłopatkowej (piersiowej) i krzyżowej (narządy płciowe) umieszczono dwa ołowiane fartuchy. Odległości do rury promieniowania (źródło do detektora) wynosiły 100 cm dla LFT i 230 cm dla ORT. W przypadku LFT konieczne było wykonanie dwóch zdjęć odcinka piersiowego i lędźwiowego kręgosłupa, aby pokryć odcinek piersiowo-lędźwiowy. W przypadku ORT potrzebna była tylko jedna ekspozycja. LFT przeprowadzono w systemie DelftDI D2RS z ekspozycją fluoroskopową 4 impulsy na sekundę/ramkę na sekundę, a ORT przeprowadzono za pomocą cyfrowego systemu Carestream DRX-Evolution z automatyczną kontrolą ekspozycji. Oceniono następujące parametry akwizycji: potencjał lampy (85 kVp, gęstość ustawiona na niską dla LFT i 71 kVp, gęstość ustawiona na 0 dla ORT), zarówno z siatką, przy użyciu ręcznej ekspozycji (LFT), jak i automatycznej kontroli ekspozycji z wyborem mA (ORT) i bez dodatkowej filtracji dla LFT i dodatkowej filtracji (1 mm Al + 0,1 mm Cu) dla ORT. Rozmiar piksela 0,139 mm dla ORT daje maksymalną rozdzielczość 3,6 lp/mm. Rozmiar piksela 0,159 mm dla LFT daje maksymalną rozdzielczość 3,1 lp/mm.

Ewaluatorzy W części eksperymentalnej oceny obserwacyjne przeprowadzało jednorazowo 3 ewaluatorów. Osoba oceniająca 1 była doświadczonym (22-letnia praktyka) chirurgiem ortopedą dziecięcym, osoba oceniająca 2 była doświadczonym (16-letnia praktyka) chirurgiem ortopedą dziecięcym, a osoba oceniająca 3 była radiologiem raportującym z 10-letnią praktyką. Oceniający 1 przeprowadził wszystkie analizy podstawowych cech fizycznych. W przypadku 3DPS pomiary CA i klasyfikację według Nasha i Moe (NM) przeprowadzono trzykrotnie w ramach pojedynczych sesji w odstępie co najmniej 1 tygodnia. W części klinicznej kliniczne zdjęcia rentgenowskie były analizowane podczas jednej sesji przez osoby oceniające 1 i 2. Osoby oceniające nie znały tożsamości pacjenta ani informacji klinicznych. Wszystkie oceny obrazu przeprowadzono w systemie PACS (Impax 6.4.0, Agfa ® HealthCare, Mortsel, Belgia) na 3-megapikselowej stacji przeglądania przez 3 oceniających oddzielnie.

Część 1. Ocena jakości obrazu systemów obrazowania LFT i ORT Dziecięcy fantom tułowia Pediatryczny fantom całego ciała „PBU-70” został zbadany radiologicznie pod kątem jakości obrazu. Wybraliśmy tylko fantomowy tors 4-letniego dziecka o wzroście 105 cm z wymiarami antropomorficznymi całego ciała naturalnej wielkości z osadzonymi substytutami tkanek miękkich syntetycznego szkieletu, płuc, wątroby, śródpiersia i nerek (fantom ).16 Wykonaliśmy 25 badań radiograficznych obiema technikami, w których umieszczano i przemieszczano fantom przy każdym zapisie.

Dwa modele AIS wydrukowane w 3D. Zdjęcia rentgenowskie dwóch 3DPS z małą i poważną skoliozą lędźwiową zarejestrowano przy użyciu obu technik. Wykonaliśmy 1 serię zdjęć RTG obiema technikami. Trzej oceniający wykonali 3 pomiary CA i NM w odstępie co najmniej 1 tygodnia. Wiarygodność między- i wewnątrz oceniających dla trzech oceniających oceniono za pomocą analizy korelacji międzyklasowej, jak również średniej różnicy bezwzględnej (MAD), standardowego błędu pomiaru (SEM) i wykresów Blanda-Altmana dla średnich różnic z dodatkową analizą dla systematyczne różnice. Zdefiniowaliśmy dokładność na podstawie bezpośredniego pomiaru za pomocą kątomierza do celów medycznych. Uznano to za zastępczą miarę ogólnej dokładności. Fantom i 3DPS pokazano na rycinie 1, a radiogramy pokazano na rycinie 2.

Rysunek 1. Pediatryczny fantom całego ciała „PBU-70” i jeden z dwóch wydrukowanych w 3D modeli skoliozy.

Rycina 2. Radiogramy wykorzystujące LFT (ciemniejsze obrazy) i ORT (jaśniejsze obrazy) modeli skoliozy wydrukowanych w 3D (cztery górne lewe) i fantom (dwa górne prawe). Radiogramy (ORT) skoliozy z obszarami zainteresowania (poniżej po lewej) i kliniczne radiogramy LFT (poniżej po prawej).

Główne cechy fizyczne oceny jakości obrazu: szum, kontrast i SNR Zbadaliśmy charakterystykę obrazowania radiogramów LFT i ORT fantomu i dwóch 3DPS. Oceniono dwadzieścia pięć kolejnych zdjęć rentgenowskich fantomu wykonanych obiema technikami. Obiektywnymi podstawowymi cechami fizycznymi były kontrast, przypadkowy szum, stosunek sygnału do szumu i stosunek kontrastu do szumu. Kontrast zdefiniowano jako względną różnicę sygnału między dwoma wstępnie zdefiniowanymi lokalizacjami kostnego kręgosłupa i otaczającej sąsiedniej tkanki kręgosłupa, a mianowicie kwadratowym obszarem zainteresowania kręgosłupa, w którym uwzględniono górne i dolne szypułki oraz płytki końcowe , wraz z podobnym obszarem zainteresowania sąsiedniej tkanki miękkiej, gdzie nie uwzględniono miękkiej tkanki kostnej (patrz Ryc. 2). Szum losowy zdefiniowano jako fluktuacje sygnału na obrazie przy równomiernej ekspozycji, wyrażone odchyleniem standardowym.14,17 SNR zdefiniowano jako stosunek sygnału (definiowanego jako sygnał obiektu) do odchylenia standardowego (tła)17. CNR zdefiniowano jako stosunek sygnału (zdefiniowany jako różnica sygnału obiektu i tła) podzielony przez odchylenie standardowe (tła). Rycina 2 przedstawia te obszary zainteresowania oraz radiogramy fantomu, 3DPS i kliniczne radiogramy wykonane przy użyciu LFT.

Obserwacyjne metody oceny jakości obrazu z wykorzystaniem widoczności struktur anatomicznych Ze względów etycznych dokonaliśmy jedynie oceny obserwacyjnej obrazów z fantomu i 3DPS, ponieważ nie chcieliśmy narażać pacjentów na podwójne badanie ORT i LFT . Do porównania jakości obrazu wykorzystaliśmy dwie metody oparte na obserwacjach, a mianowicie wyniki kryteriów obrazu (ICS) i analizę oceny wizualnej (VGAS).14,18 Porównaliśmy referencyjny obraz LFT ze wszystkimi 25 obrazami ORT, a także obraz ORT ze wszystkimi 25 obrazami LFS. Obrazy referencyjne zostały wybrane losowo.14 Korzystając z ICS, określono bezwzględny poziom jakości obrazu określonych struktur, oceniając określoną strukturę w porównaniu z tą samą strukturą na obrazie referencyjnym przez obserwatora; zatem próg decyzyjny obserwatora był stały. Zadaniem obserwatora było rozstrzygnięcie, czy dana struktura została odtworzona wizualnie lepiej1, czy gorzej odtworzona wizualnie w porównaniu z odniesieniem (0) (kryterium). Obliczyliśmy ICS dla kręgów lędźwiowego (L3) i piersiowego (Th6) jako ICS=∑Ii=1∑Cc=1 ∑Oo=1 Fi,c,o IxCxO gdzie Fi,c,o = spełnienie kryterium c dla obrazu ja i obserwator o. Fi,c,o = 1 jeśli spełnione jest kryterium c; w przeciwnym razie Fi,c,o = 0, I = liczba obrazów, C = liczba kryteriów, a O = liczba obserwatorów. Liczba ocenianych obrazów zarówno dla LFT, jak i ORT wyniosła 25 (I = 25), liczba oceniających 3 (O = 3), a liczba kryteriów 6 dla kręgosłupa piersiowego i 7 dla kręgosłupa lędźwiowego (C = 6 dla odcinka piersiowego kręgosłupa i C = 7 dla odcinka lędźwiowego) zgodnie z wybranymi kryteriami CEC.

Oceniliśmy również wygląd za pomocą metody VGA, oceniając widoczność określonych struktur anatomicznych między obrazami dwóch technik radiograficznych według Månssona.18 Widoczność oceniano według pięciostopniowej skali: wyraźnie gorsza widoczność określonej struktury na obrazie w porównaniu z tą samą strukturą na obrazie referencyjnym (-2), nieco gorsza od (-1), równa (0), nieco lepiej niż (+1), lub wyraźnie lepiej niż (+2). Obliczyliśmy VGAS dla kręgów lędźwiowego (L3) i piersiowego (Th6) jako VGAS=∑Ii=1∑Ss=1 ∑Oo=1 Gi,s,o IxSxO gdzie Gi,s,o = stopniowanie (-2, - 1, 0, +1 lub +2) dla obrazu i, struktury s i obserwatora o; I = liczba obrazów; S = liczba struktur; oraz O = liczba obserwatorów. Liczba ocenianych obrazów zarówno dla LFT, jak i ORT wyniosła 25 (I = 25), liczba oceniających 3 (O = 3), a liczba kryteriów 6 dla kręgosłupa piersiowego i 7 dla kręgosłupa lędźwiowego (C = 6 dla odcinka piersiowego kręgosłupa i C = 7 dla odcinka lędźwiowego) zgodnie z wybranymi kryteriami CEC. Konkretne oceniane struktury (kręgów) były zgodne z europejskimi wytycznymi dotyczącymi kryteriów jakości diagnostycznych obrazów radiograficznych z 1990 i 1996 r. 19-21 Do oceny obrazów klatki piersiowej wybrano kryteria kręgosłupa lędźwiowego CEC z 1990 r., ponieważ skupiały się one na strukturach kostnych kręgosłupa oraz przylegających tkankach miękkich. Do oceny odcinka lędźwiowego wybrano kryteria kręgosłupa lędźwiowego CEC z 1996 r., ponieważ obejmowały one również ocenę stawów krzyżowo-biodrowych.

Dawka promieniowania Systemy rejestrujące LFT i ORT mierzyły iloczyn pola dawki (DAP) za pomocą zintegrowanego miernika DAP, który był zapisywany wraz z obrazami. Obliczenia metodą Monte Carlo przy użyciu oprogramowania do dozymetrii rentgenowskiej (PCXMC, wersja 2.0; Stuk, Helsinki, Finlandia) wykorzystano do określenia skutecznych dawek promieniowania. Zostało to oparte na zarejestrowanym DAP i głównym rozmiarze fantomu pacjenta, a także technicznych i geometrycznych parametrach ekspozycji.

Część 2: Ocena radiogramów AIS przy użyciu LFT pod kątem wiarygodności klinicznej Rutynowe kliniczne radiogramy przy użyciu LFT Technika fluoroskopii niskodawkowej była naszą rutynową kliniczną metodą radiograficzną AIS przez 3 lata. Stu trzydziestu sześciu nastoletnich pacjentów z AIS zostało włączonych do grona uczestników. Stosunek płci F:M wynosił około 2:1. Średnia wieku wynosiła 13,4 lat (przedział 6-17 lat). Pobraliśmy 342 obrazy LFT 136 pacjentów z AIS. Dwóch niezależnych oceniających wykonało pomiary sześciu parametrów radiograficznych raz i osobno, nie znając danych klinicznych i wcześniejszych ocen. Parametrami były CA, poziom górnych i dolnych kręgów użyty do określenia CA, NM i kąty Metha po lewej i prawej stronie na wierzchołku kręgów. Tabela 1 przedstawia charakterystykę radiograficzną uczestników. Rycina 2 ilustruje standardowe kliniczne zdjęcia rentgenowskie LFT.

Tabela 1. Rozkład uczestników według klasyfikacji Kinga i Moe. Typ 1: deformacja w kształcie litery „S”, w której obie krzywe są strukturalne i przecinają CSVL (linię środkową), przy czym krzywizna lędźwiowa jest większa niż krzywizna piersiowa. Typ 2: deformacja w kształcie litery „S”, w której obie krzywe są strukturalne i przecinają CSVL, przy czym krzywizna piersiowa jest większa lub równa krzywiźnie lędźwiowej. Typ 3: główne skrzywienie klatki piersiowej, w którym tylko krzywa klatki piersiowej jest strukturalna i przecina CSVL. Typ 4: długa krzywizna piersiowa w kształcie litery „C”, w której piąty kręg lędźwiowy jest wyśrodkowany nad kością krzyżową, a czwarty kręg lędźwiowy jest pochylony do krzywizny piersiowej. Typ 5: podwójna krzywa piersiowa.

Dextro convex Sinistro convex Typ 1 7 29 Typ 2 10 0 Typ 3 24 5 Typ 4 22 28 Typ 5 2 1 Nieklasyfikowalny 8 Analizy statystyczne Rzetelność oceniono za pomocą współczynnika korelacji międzyklasowej (ICC). W części 1 z dwóch modeli 3DPS oceniono wzajemną i wewnętrzną niezawodność dla CA i NM przy użyciu dwukierunkowego modelu mieszanego pod kątem spójności dla 3 oceniających dla ich 3 oddzielnych pomiarów. Zgodność została zdefiniowana jako wykresy MAD, SEM i Blanda-Altmana dla średnich różnic z dodatkowymi analizami jednoczynnikowego testu t i regresji logistycznej odpowiednio dla znaczących i systematycznych różnic. W części 2 oceny klinicznej pojedyncze pomiary CA i pozostałych 5 parametrów radiograficznych dwóch oceniających oceniono za pomocą dwukierunkowego mieszanego modelu ICC w celu uzyskania absolutnej zgodności co do wiarygodności między oceniającymi.

Rzetelność między- i wewnątrz oceniających oceniana przez ICC była rozważana z następującymi granicami zgodności: słaba; 0,0-0,20 niewielki; 0,21-0,40 sprawiedliwy; 0,41-0,60 umiarkowany; 0,61-0,80 istotny; i 0,81-1 prawie idealne. Przeprowadzono testy t niezależnych próbek lub testy nieparametryczne Manna-Whitneya pod kątem różnic w SNR i CNR, różnic w jakości obrazu i dawki promieniowania. Zależało to od tego, czy występował rozkład normalny. Zostało to przetestowane za pomocą testów Kołmogorowa-Smirnowa i Shapiro-Wilka oraz oceny działek QQ. Za istotny wynik uznaliśmy wartość p <0,05. ICC i inne oceny statystyczne przeprowadzono przy użyciu IBM SPSS Statistics, wersja 22 (IBM©, Chicago, Il, USA).