Intervariabilitet i radiografisk fluoroskopisk teknik hos patienter med idiopatisk skolios (IVIS)

Den föreliggande studien syftar till att utvärdera om en LFT är adekvat som klinisk radiografik för initial utvärdering och/eller efterföljande uppföljningsövervakning av AIS genom att utvärdera bildkvalitet, tillförlitlighet och överensstämmelse och mäta stråldos.

Material och metoder Studiedesign Denna studie var uppdelad i två delar: en experimentell del och en klinisk del. Syftet med den experimentella delen var att utvärdera de fysiska egenskaperna hos bildkvalitet och observatörsbaserad utvärdering av LFT och ORT med hjälp av ett pediatriskt trunkfantom och att mäta strålningsexponeringen. Bildkvaliteten utvärderades också för röntgenbilder av två "3D-printade" modeller av skoliotiska ryggrader (3DPS), där överensstämmelsen och tillförlitligheten för LFT och ORT bestämdes. Syftet med den kliniska delen var att utvärdera interbedömartillförlitligheten av de faktiska kliniska undersökningarna för LFT-röntgenbilder av AIS från vår poliklinik. Helst bör "överenskommelsen" bestämmas på den kliniska röntgenbilden med användning av både LFT- och ORT-tekniker. Detta skulle dock kräva "samtidiga" dubbla undersökningar, vilket skulle utsätta deltagarna för överdriven strålning. Detta ansågs etiskt olämpligt; istället gjorde vi dubbla undersökningar på 3DPS. Tillförlitlighet och överensstämmelse utvärderades som föreslagits av Langensiepen et al.2 Denna studie utvärderades och godkändes av den lokala forskningsetiska kommittén (tidskriftsnummer: 17025334).

Avbildningssystemuppsättningar av LFT och ORT Undersökningarna utfördes i antingen posteroanterior eller anteroposterior projektion för ORT respektive LFT. Patienten stod vänd mot bildförstärkaren/detektorn eller strålningsröret med förlängda höfter och knän och med fötterna 10 cm från varandra. Två blyförkläden placerades i de interskapulära (mammära) och sakrala (genitala) regionerna. Avstånden till strålningsröret (källa till detektor) var 100 cm för LFT och 230 cm för ORT. För LFT var två bilder av bröst- och ländryggen nödvändiga för att täcka bröstryggen. För ORT behövdes endast en exponering. LFT utfördes på ett DelftDI D2RS-system med fluoroskopisk exponering av 4 pulser per sekund/bildruta per sekund, och ORT utfördes med ett digitalt Carestream DRX-Evolution-system med automatisk exponeringskontroll. Följande förvärvsparametrar utvärderades: rörpotential (85 kVp, densitet inställd på låg för LFT och 71 kVp, densitet inställd på 0 för ORT), båda med rutnät, med manuell exponering (LFT) och automatisk mA-valsexponeringskontroll (ORT) och ingen ytterligare filtrering för LFT och ytterligare filtrering (1 mm Al + 0,1 mm Cu) för ORT. Pixelstorleken på 0,139 mm för ORT ger en maximal upplösning på 3,6 lp/mm. Pixelstorleken på 0,159 mm för LFT ger en maximal upplösning på 3,1 lp/mm.

Utvärderare I den experimentella delen utfördes observatörsbaserade bedömningar en gång av 3 utvärderare. Utvärderare 1 var en erfaren (22-årig praktiserande) barnortopedisk kirurg, utvärderare 2 var en erfaren (16-årig praktiserande) barnortopedisk kirurg och utvärderare 3 var en rapporterande radiograf med 10 års praktik. Utvärderare 1 genomförde alla analyser för de primära fysiska egenskaperna. För 3DPS utfördes mätningar av CA och klassificering enligt Nash och Moe (NM) tre gånger som enstaka sessioner med minst 1 veckas mellanrum. I den kliniska delen analyserades de kliniska röntgenbilderna i en enda session av utvärderare 1 och 2. Utvärderare var blinda för patientens identitet och klinisk information. Alla bildutvärderingar utfördes på ett PACS-system (Impax 6.4.0, Agfa ® HealthCare, Mortsel, Belgien) på en 3-megapixel visningsstation av de 3 utvärderarna separat.

Del 1. Utvärdering av bildkvaliteten hos LFT- och ORT-bildsystemen. Pediatriska trunkfantomen Pediatric Whole Body Phantom "PBU-70" undersöktes radiografiskt för bildkvalitet. Vi valde endast fantombålen av ett 4-årigt barn med en höjd av 105 cm med antropomorfa mätningar av hela kroppen i naturlig storlek med inbäddade mjukvävnadsersättningar av ett syntetiskt skelett, lungor, lever, mediastinum och njurar (fantom). ).16 Vi utförde 25 röntgenundersökningar med båda teknikerna, där fantomen placerades och placerades om för varje inspelning.

De två 3D-printade AIS-modellerna Röntgenbilder av de två 3DPS med liten och svår ländryggsskolios registrerades med båda teknikerna. Vi gjorde 1 uppsättning röntgenbilder med båda teknikerna. De tre utvärderarna utförde 3 mätningar av CA och NM med minst 1 veckas mellanrum. Inter- och intra-bedömartillförlitligheten för de tre utvärderarna utvärderades med hjälp av analys av interklasskorrelation såväl som den genomsnittliga absoluta skillnaden (MAD), standardmätfel (SEM) och Bland-Altman-diagram för medelskillnaderna med ytterligare analys för systematiska skillnader. Vi definierade noggrannhet från direkt mätning med en gradskiva för medicinska ändamål. Detta sågs som ett surrogatmått på övergripande noggrannhet. Fantomen och 3DPS visas i figur 1, och röntgenbilderna visas i figur 2.

Figur 1. Den pediatriska helkroppsfantomen "PBU-70" och en av de två 3D-printade skoliosmodellerna.

Figur 2. Röntgenbilder med LFT (mörkare bilder) och ORT (ljusare bilder) av de 3D-printade skoliosmodellerna (överst fyra till vänster) och fantomen (överst två till höger). Röntgenbilder (ORT) av skolios med områden av intresse (nedan till vänster) och kliniska LFT-röntgenbilder (nedan till höger).

Primära fysiska egenskaper för utvärdering av bildkvalitet: brus, kontrast och SNR Vi undersökte bildegenskaperna hos LFT- och ORT-röntgenbilderna av fantomen och de två 3DPS:erna. Tjugofem på varandra följande röntgenbilder av fantomen med användning av båda teknikerna utvärderades. De objektiva primära fysiska egenskaperna var kontrast, slumpmässigt brus, signal-brusförhållande och kontrast-brusförhållande. Kontrasten definierades som den relativa signalskillnaden mellan de två fördefinierade platserna för den beniga kotryggen och den omgivande intilliggande vävnaden i ryggraden, nämligen ett kvadratiskt område av intresse av kotryggen, där de övre och nedre pediklerna och ändplattorna inkluderades , tillsammans med en liknande region av intresse av den intilliggande mjukvävnaden, där ingen benmjuk vävnad inkluderades (se figur 2). Slumpmässigt brus definierades som fluktuationerna av signalen över bilden när den exponeras likformigt, uttryckt av standardavvikelsen.14,17 SNR definierades som förhållandet mellan signalen (definierad som objektets signal) dividerat med standardavvikelsen (för bakgrunden).17 CNR definierades som förhållandet mellan signalen (definierad som skillnaden mellan signalen för objektet och bakgrunden) dividerat med standardavvikelsen (för bakgrunden). Figur 2 visar dessa områden av intresse och röntgenbilder av fantomet, 3DPS och de kliniska röntgenbilderna med hjälp av LFT.

Observatörsbaserade metoder för bildkvalitetsutvärdering med hjälp av synligheten av anatomiska strukturer Av etiska skäl utförde vi endast observatörsbaserade utvärderingar på bilderna från fantomen och 3DPS eftersom vi inte ville utsätta patienter för dubbla undersökningar av ORT och LFT . Vi använde två observatörsbaserade metoder för jämförelse av bildkvalitet, nämligen poäng för bildkriterierna (ICS) och visuell graderingsanalys (VGAS).14,18 Vi jämförde en referens LFT-bild med alla 25 ORT-bilder samt en ORT-bild med alla 25 LFS-bilder. Referensbilderna valdes ut slumpmässigt.14 Med hjälp av ICS bestämdes den absoluta nivån av bildkvalitet för specifika strukturer genom att utvärdera en specifik struktur jämfört med samma struktur i referensbilden av observatören; således var observatörens beslutströskel konstant. Observatörens uppgift var att avgöra om den specifika strukturen var överlägset visuellt reproducerad1 eller sämre visuellt reproducerad jämfört med referensen (0) (kriteriet). Vi beräknade ICS för ländryggen (L3) och bröstkotan (Th6) som ICS=∑Ii=1∑Cc=1 ∑Oo=1 Fi,c,o IxCxO där Fi,c,o = uppfyllelse av kriterium c för bild i och observatör o. Fi,c,o = 1 om kriterium c är uppfyllt; annars är Fi,c,o = 0, I = antal bilder, C = antal kriterier och O = antal observatörer. Antalet bilder som bedömdes för både LFT och ORT var 25 (I = 25), antalet utvärderare var 3 (O = 3), och antalet kriterier var 6 för bröstryggen och 7 för ländryggen (C = 6 för bröstryggen och C = 7 för ländryggen) i enlighet med de valda CEC-kriterierna.

Vi graderade även utseendet med VGA-metoden genom att gradera synligheten av specifika anatomiska strukturer mellan bilder av de två röntgenteknikerna enligt Månsson.18 Synligheten graderades enligt en femnivåskala: klart sämre synlighet för en specifik struktur i bilden jämfört med samma struktur i referensbilden (-2), något sämre än (-1), lika med (0), något bättre än (+1), eller klart bättre än (+2). Vi beräknade VGAS för ländryggen (L3) och bröstkotan (Th6) som VGAS=∑Ii=1∑Ss=1 ∑Oo=1 Gi,s,o IxSxO där Gi,s,o = gradering (-2, - 1, 0, +1 eller +2) för bild i, struktur s och observatör o; I = antal bilder; S = antal strukturer; och O = antal observatörer. Antalet bilder som bedömdes för både LFT och ORT var 25 (I = 25), antalet utvärderare var 3 (O = 3), och antalet kriterier var 6 för bröstryggen och 7 för ländryggen (C = 6 för bröstrygg och C = 7 för ländrygg) i enlighet med de valda CEC-kriterierna. De specifika utvärderade (vertebrala) strukturerna var i enlighet med de europeiska riktlinjerna för kvalitetskriterier för diagnostiska röntgenbilder 1990 och 1996.19-21 CEC ländryggskriterierna, 1990, valdes för thoraxutvärderingen av bilderna eftersom de fokuserade på osseösa ryggradsstrukturer såväl som intilliggande mjukvävnader. För ländryggsutvärderingen valdes CEC ländryggskriterierna, 1996, eftersom de även inkluderade en utvärdering av sacroiliacalederna.

Stråldos Registreringssystemen för LFT och ORT mätte dosareaprodukten (DAP) med en integrerad DAP-mätare och dessa lagrades tillsammans med bilderna. Monte Carlo-beräkningar med hjälp av mjukvara för röntgendosimetri (PCXMC, version 2.0; Stuk, Helsingfors, Finland) användes för att bestämma de effektiva stråldoserna. Detta baserades på den registrerade DAP och den huvudsakliga patientstorleken för fantomen samt tekniska och geometriska exponeringsparametrar.

Del 2: Utvärdering av AIS-röntgenbilder med hjälp av LFT för klinisk tillförlitlighet Kliniska rutinröntgenbilder med LFT Lågdos fluoroskopisk teknik var vår vanliga rutinmässiga kliniska röntgenmetod för AIS under 3 år. Hundratrettiosex tonårspatienter med AIS inkluderades som deltagare. Könsförhållandet F:M var ungefär 2:1. Medelåldern var 13,4 år (intervall 6-17). Vi hämtade 342 LFT-bilder av 136 patienter med AIS. Två oberoende utvärderare utförde mätningar av sex radiografiska parametrar en gång och var för sig, där de var blinda för kliniska data och tidigare utvärderingar. Parametrarna var CA, nivån på de övre och nedre kotorna som användes för att bestämma CA, NM och Metha-vinklarna på vänster och höger sida vid apexkotorna. Tabell 1 visar deltagarnas radiografiska egenskaper. Figur 2 illustrerar de vanliga kliniska LFT-röntgenbilderna.

Bord 1. Fördelning av deltagare enligt klassificeringen King och Moe. Typ 1: en "S"-formad deformitet, där båda kurvorna är strukturella och korsar CSVL (mittlinjen), där lumbalkurvan är större än thoraxkurvan. Typ 2: en "S"-formad deformitet, där båda kurvorna är strukturella och korsar CSVL, där bröstkurvan är större än eller lika med lumbalkurvan. Typ 3: major thoracal kurva där endast thoracal kurvan är strukturell och korsar CSVL. Typ 4: lång "C"-formad bröstkorg där den femte ländkotan är centrerad över korsbenet och den fjärde ländkotan lutas in i bröstkurvan. Typ 5: dubbel bröstkurva.

Dextro convex Sinistro convex Typ 1 7 29 Typ 2 10 0 Typ 3 24 5 Typ 4 22 28 Typ 5 2 1 Ej klassificerbar 8 Statistiska analyser Tillförlitligheten bedömdes med hjälp av interklasskorrelationskoefficienten (ICC). I del 1 av de två 3DPS-modellerna utvärderades inter- och intra-tillförlitlighet för CA och NM med hjälp av en 2-vägs blandad modell för konsekvens för de 3 utvärderarna för deras 3 separata mätningar. Överensstämmelse definierades som MAD-, SEM- och Bland-Altman-plotterna för medelskillnaderna med ytterligare analyser av envägs t-test och logistisk regression för signifikanta respektive systematiska skillnader. I del 2 av den kliniska utvärderingen utvärderades de enskilda mätningarna av CA och de andra 5 radiografiska parametrarna för de två utvärderarna med en 2-vägs blandad modell av ICC för absolut överensstämmelse för tillförlitlighet mellan bedömare.

Tillförlitlighet mellan och inom bedömare bedömd av ICC ansågs med följande gränser för överensstämmelse: dålig; 0,0-0,20 lätt; 0,21-0,40 rättvist; 0,41-0,60 måttlig; 0,61-0,80 betydande; och 0,81-1 nästan perfekt. Oberoende prov t-tester eller Mann-Whitney icke-parametriska tester utfördes för skillnader i SNR och CNR, skillnader i bildkvalitet och stråldos. Detta berodde på om normalfördelning fanns. Detta testades av Kolmogorov-Smirnov och Shapiro-Wilk-tester och utvärdering av QQ-plots. Vi ansåg ett p-värde på <0,05 som ett signifikant resultat. ICC och andra statistiska utvärderingar utfördes med IBM SPSS Statistics, version 22 (IBM©, Chicago, Il, USA).