Взаимная вариабельность рентгенофлюороскопической техники у пациентов с идиопатическим сколиозом (IVIS)

Настоящее исследование направлено на оценку того, подходит ли LFT в качестве клинической рентгенографии для первоначальной оценки и / или последующего последующего мониторинга AIS путем оценки качества изображения, надежности и согласованности и измерения дозы облучения.

Материалы и методы. Дизайн исследования Данное исследование было разделено на две части: экспериментальную и клиническую. Цель экспериментальной части заключалась в оценке физических характеристик качества изображения и оценке LFT и ORT на основе наблюдения с использованием педиатрического фантома туловища, а также в измерении лучевой нагрузки. Качество изображения также оценивалось для рентгенограмм двух «3D-печатных» моделей сколиотических позвонков (3DPS), где определялась согласованность и надежность для LFT и ORT. Цель клинической части состояла в том, чтобы оценить межэкспертную достоверность фактических клинических обследований для LFT-рентгенограмм AIS из нашей амбулаторной клиники. В идеале «соответствие» должно быть определено на клинической рентгенограмме с использованием методов LFT и ORT. Однако это потребовало бы «одновременных» двойных обследований, что подвергло бы участников избыточному облучению. Это было сочтено этически нежизнеспособным; вместо этого мы провели двойное обследование на 3DPS. Надежность и согласованность оценивались по предложению Langensiepen et al.2. Это исследование было оценено и одобрено местным комитетом по этике исследований (номер журнала: 17025334).

Настройки системы визуализации LFT и ORT Обследования проводились либо в задне-передней, либо в переднезадней проекции для ORT и LFT соответственно. Пациент стоял лицом к ЭОП/детектору или излучательной трубке с вытянутыми бедрами и коленями, а стопы были на расстоянии 10 см друг от друга. В межлопаточную (грудную) и крестцовую (генитальную) области помещали два свинцовых фартука. Расстояния до излучающей трубки (от источника до детектора) составляли 100 см для LFT и 230 см для ORT. Для LFT было необходимо два изображения грудного и поясничного отделов позвоночника, чтобы охватить грудопоясничный отдел позвоночника. Для ОРТ требовалась только одна экспозиция. LFT выполняли на системе DelftDI D2RS с рентгеноскопической экспозицией 4 импульса в секунду/кадр в секунду, а ORT — на цифровой системе Carestream DRX-Evolution с автоматическим контролем экспозиции. Были оценены следующие параметры сбора данных: потенциал трубки (85 кВп, плотность установлена ​​на низком уровне для LFT и 71 кВп, плотность установлена ​​на 0 для ORT), как с сеткой, с использованием ручных экспозиций (LFT) и автоматического управления экспозицией выбора мА (ORT). без дополнительной фильтрации для LFT и дополнительной фильтрации (1 мм Al + 0,1 мм Cu) для ORT. Размер пикселя 0,139 мм для ОРТ дает максимальное разрешение 3,6 лин/мм. Размер пикселя 0,159 мм для LFT дает максимальное разрешение 3,1 лин/мм.

Оценщики В экспериментальной части оценки на основе наблюдателей проводились один раз тремя оценщиками. Оценщик 1 был опытным (22 года практики) детским хирургом-ортопедом, оценщик 2 был опытным (16 лет практики) детским хирургом-ортопедом, а оценщик 3 был отчетным рентгенологом с 10-летней практикой. Оценщик 1 провел все анализы основных физических характеристик. Для 3DPS измерения CA и классификация по Nash и Moe (NM) проводились три раза в виде отдельных сеансов с интервалом не менее 1 недели. В клинической части клинические рентгенограммы были проанализированы за один сеанс экспертами 1 и 2. Оценщики не знали личности пациента и клинической информации. Все оценки изображений проводились в системе PACS (Impax 6.4.0, Agfa® HealthCare, Мортсел, Бельгия) на 3-мегапиксельной смотровой станции тремя оценщиками по отдельности.

Часть 1. Оценка качества изображений систем визуализации LFT и ORT. Детский фантом туловища. Детский фантом всего тела "ПБУ-70" был проверен рентгенологически на предмет качества изображения. Мы выбрали только фантомный торс ребенка 4 лет ростом 105 см в натуральную величину, антропоморфные промеры в полный рост с внедренными мягкотканными заменителями синтетического скелета, легких, печени, средостения и почек (фантомный ).16 Мы провели 25 рентгенографических исследований с использованием обоих методов, при этом фантом размещался и перемещался для каждой записи.

Две напечатанные на 3D-принтере модели AIS Рентгенограммы двух 3DPS с небольшим и тяжелым поясничным сколиозом были записаны с использованием обоих методов. Мы выполнили 1 серию рентгенограмм с использованием обеих методик. Трое оценщиков выполнили 3 измерения CA и NM с интервалом не менее 1 недели. Меж- и внутриэкспертная надежность для трех оценщиков оценивалась с использованием анализа межклассовой корреляции, а также средней абсолютной разницы (MAD), стандартной ошибки измерения (SEM) и графиков Бланда-Альтмана для средних различий с дополнительным анализом для систематические различия. Точность мы определяли по прямому измерению с помощью транспортира для медицинских целей. Это рассматривалось как суррогатная мера общей точности. Фантом и 3DPS показаны на рисунке 1, а рентгенограммы показаны на рисунке 2.

Фигура 1. Детский фантом всего тела «ПБУ-70» и одна из двух моделей сколиоза, напечатанных на 3D-принтере.

Рисунок 2. Рентгенограммы с использованием LFT (более темные изображения) и ORT (более яркие изображения) моделей сколиоза, напечатанных на 3D-принтере (четыре верхних слева) и фантома (два верхних справа). Рентгенограммы (ORT) сколиоза с областями интереса (внизу слева) и клинические рентгенограммы LFT (внизу справа).

Первичные физические характеристики оценки качества изображения: шум, контрастность и ОСШ. Мы исследовали характеристики визуализации рентгенограмм LFT и ORT фантома и двух 3DPS. Были оценены двадцать пять последовательных рентгенограмм фантома с использованием обоих методов. Объективными первичными физическими характеристиками были контраст, случайный шум, отношение сигнал/шум и отношение контраст/шум. Контрастность определялась как относительная разница сигналов между двумя предопределенными местоположениями костного позвоночника и окружающей прилегающей тканью позвоночника, а именно, квадратной интересующей областью позвоночника, где были включены верхняя и нижняя ножки и замыкательные пластинки. , наряду с аналогичной интересующей областью прилегающих мягких тканей, где костные мягкие ткани не были включены (см. Рисунок 2). Случайный шум определяли как флуктуации сигнала на изображении при равномерном воздействии, выраженные стандартным отклонением.14,17 ОСШ определяли как отношение сигнала (определяемого как сигнал объекта) к стандартному отклонению (фона)17. CNR определяли как отношение сигнала (определяемого как разность сигнала объекта и фона) к стандартному отклонению (фона). На рисунке 2 показаны эти области интереса и рентгенограммы фантома, 3DPS и клинические рентгенограммы с использованием LFT.

Методы оценки качества изображения на основе наблюдения с использованием видимости анатомических структур. По этическим соображениям мы проводили оценку только на основе наблюдения на изображениях с фантома и 3DPS, поскольку мы не хотели подвергать пациентов двойным исследованиям ORT и LFT. . Мы использовали два метода, основанных на наблюдениях, для сравнения качества изображения, а именно оценку критериев изображения (ICS) и анализ визуальной оценки (VGAS)14,18. Мы сравнили эталонное изображение LFT со всеми 25 изображениями ORT, а также изображение ORT со всеми 25 изображениями LFS. Эталонные изображения были выбраны случайным образом.14 С помощью ИКС определяли абсолютный уровень качества изображения конкретных структур путем оценки конкретной структуры по сравнению с той же структурой на эталонном изображении наблюдателем; таким образом, порог решения наблюдателя был постоянным. Задача наблюдателя состояла в том, чтобы решить, была ли конкретная структура визуально воспроизведена лучше1 или хуже визуально по сравнению с эталоном (0) (критерий). Мы рассчитали ICS для поясничного (L3) и грудного (Th6) позвонков как ICS=∑Ii=1∑Cc=1 ∑Oo=1 Fi,c,o IxCxO, где Fi,c,o = выполнение критерия c для изображения я и наблюдатель о. Fi,c,o = 1, если выполняется критерий c; в противном случае Fi,c,o = 0, I = количество изображений, C = количество критериев и O = количество наблюдателей. Количество изображений, оцененных как для LFT, так и для ORT, составило 25 (I = 25), количество оценщиков — 3 (O = 3), количество критериев — 6 для грудного отдела позвоночника и 7 для поясничного отдела позвоночника (C = 6 для грудного отдела позвоночника и C = 7 для поясничного отдела позвоночника) в соответствии с выбранными критериями CEC.

Мы также оценили внешний вид, используя метод VGA, оценивая видимость определенных анатомических структур между изображениями двух рентгенографических методов в соответствии с Månsson.18 Видимость оценивалась по пятиуровневой шкале: явно худшая видимость конкретной структуры на изображении по сравнению с той же структурой на эталонном изображении (-2), немного хуже (-1), равно (0), немного лучше, чем (+1), или явно лучше, чем (+2). Мы рассчитали VGAS для поясничного (L3) и грудного (Th6) позвонков как VGAS=∑Ii=1∑Ss=1 ∑Oo=1 Gi,s,o IxSxO, где Gi,s,o = градация (-2, - 1, 0, +1 или +2) для изображения i, структуры s и наблюдателя o; I = количество изображений; S = количество структур; и O = количество наблюдателей. Количество изображений, оцененных как для LFT, так и для ORT, составило 25 (I = 25), количество оценщиков — 3 (O = 3), количество критериев — 6 для грудного отдела позвоночника и 7 для поясничного отдела позвоночника (C = 6 для грудного отдела позвоночника и C = 7 для поясничного отдела позвоночника) в соответствии с выбранными критериями CEC. Конкретные оцениваемые (позвоночные) структуры соответствовали европейским рекомендациям по критериям качества диагностических рентгенографических изображений в 1990 и 1996 годах19-21. Критерии поясничного отдела позвоночника CEC 1990 года были выбраны для оценки изображений грудной клетки, поскольку они фокусировались на костных структурах позвоночника, а также на прилегающих мягких тканях. Для поясничной оценки были выбраны критерии поясничного отдела позвоночника CEC 1996 г., поскольку они также включали оценку крестцово-подвздошных суставов.

Доза облучения Регистрирующие системы LFT и ORT измеряли произведение дозы на площадь (DAP) с помощью встроенного измерителя DAP, и эти данные сохранялись вместе с изображениями. Расчеты методом Монте-Карло с использованием программного обеспечения для рентгеновской дозиметрии (PCXMC, версия 2.0; Stuk, Хельсинки, Финляндия) использовались для определения эффективных доз облучения. Это было основано на зарегистрированном ДАД и основном размере фантома пациента, а также на технических и геометрических параметрах экспозиции.

Часть 2: Оценка рентгенограмм AIS с использованием LFT для клинической достоверности Клинические рутинные рентгенограммы с использованием LFT Низкодозовая рентгеноскопия была нашим обычным рутинным клиническим рентгенографическим методом для AIS в течение 3 лет. В качестве участников были включены 136 пациентов подросткового возраста с ПИС. Соотношение полов Ж:М было примерно 2:1. Средний возраст составил 13,4 года (от 6 до 17 лет). Мы получили 342 изображения LFT 136 пациентов с ПИС. Два независимых оценщика выполнили измерения шести рентгенографических параметров один раз и по отдельности, где они были ослеплены клиническими данными и предыдущими оценками. Параметрами были СА, уровень верхнего и нижнего позвонков, использованный для определения СА, НМ и углы Мета с левой и правой стороны на верхушках позвонков. В таблице 1 показаны рентгенографические характеристики участников. Рисунок 2 иллюстрирует стандартные клинические рентгенограммы LFT.

Таблица 1. Распределение участников по классификации Кинга и Мо. Тип 1: S-образная деформация, при которой обе кривые являются структурными и пересекают CSVL (среднюю линию), при этом поясничная кривая больше, чем грудная. Тип 2: S-образная деформация, при которой обе кривые являются структурными и пересекают CSVL, при этом грудной изгиб больше или равен поясничному изгибу. Тип 3: большая грудная дуга, при которой только грудная дуга является структурной и пересекает CSVL. Тип 4: длинная дуга грудной клетки в форме буквы «С», при которой пятый поясничный позвонок находится в центре над крестцом, а четвертый поясничный позвонок наклонен к грудной дуге. Тип 5: двойная грудная дуга.

Право-выпуклый Синистро-выпуклый Тип 1 7 29 Тип 2 10 0 Тип 3 24 5 Тип 4 22 28 Тип 5 2 1 Не поддается классификации 8 Статистический анализ Надежность оценивалась с использованием коэффициента межклассовой корреляции (ICC). В части 1 двух моделей 3DPS взаимная и внутренняя надежность для CA и NM оценивалась с использованием двухфакторной смешанной модели для согласованности для 3 оценщиков для их 3 отдельных измерений. Согласие определялось как графики MAD, SEM и Бланда-Альтмана для средних различий с дополнительным анализом одностороннего t-критерия и логистической регрессии для значимых и систематических различий соответственно. В части 2 клинической оценки отдельные измерения СА и других 5 рентгенографических параметров двух оценщиков оценивались с использованием двусторонней смешанной модели ICC для абсолютной согласованности в отношении надежности между экспертами.

Меж- и внутриэкспертная надежность, оцененная ICC, рассматривалась со следующими пределами согласия: плохо; 0,0-0,20 слабое; 0,21-0,40 справедливый; 0,41-0,60 умеренный; 0,61-0,80 существенный; а 0,81-1 почти идеально. Независимые выборочные t-критерии или непараметрические тесты Манна-Уитни были проведены для выявления различий в SNR и CNR, различий в качестве изображения и дозе облучения. Это зависело от наличия нормального распределения. Это было проверено тестами Колмогорова-Смирнова и Шапиро-Уилка и оценкой графиков QQ. Мы считали значение p <0,05 значимым результатом. ICC и другие статистические оценки были выполнены с использованием IBM SPSS Statistics, версия 22 (IBM©, Чикаго, Иллинойс, США).