A 3D-s skoliózisszög számítási módszer bevezetése és validálása négy lépésben történt: 1) a 3D skoliózisszög számítása komputertomográfia (CT) alapján; 2) a 3D skoliózisszög számítása digitálisan rekonstruált röntgenfelvételek (DRR) alapján; 3) a 3D skoliózisszög-számítások összehasonlítása: CT versus DRRs; és 4) a javasolt módszer reprodukálhatóságának és megbízhatóságának értékelése röntgenfelvételek (PA és laterális) alapján.

Alanyok

A vizsgálatban 41 AIS-es beteg vett részt. Ez a populáció két betegcsoportból áll. A betegek első csoportja a vizsgálat első részében – a skoliózis 3D-s értékelésére szolgáló új módszer bevezetésében és validálásában – vett részt.

Az első csoport 10 AIS-es betegből állt, akiket műtétre terveztek. Befogadási kritériumok: AIS; fő görbület jelenléte: mellkasi vagy ágyéki; a kórházi kezelés során végzett képalkotó eljárások: jó minőségű sima röntgenfelvételek (PA és laterális); valamint a műtét előtti protokoll részeként végzett mellkasi és ágyéki gerinc CT. Kizáró kritériumok: az idiopátiás típustól eltérő skoliózis, CT vagy PA és laterális álló röntgenfelvételek adatainak hiánya, valamint rossz minőségű röntgenfelvételek. Minden betegnek három skoliózisgörbéje volt a thoracolumbalis régióban, így a CT-adatok 30 skoliózisgörbére vonatkoztak. A betegek első csoportjának jellemzése a következő volt: átlagos életkor 14 év (tartomány: 10 és 17 év között), átlagos testsúly 45,2 kg (tartomány: 28,0 és 65,0 között), átlagos BMI 17,9 (tartomány: 14,8 és 22,5 között), átlagos skoliózisgörbe 52° (tartomány: 11° és 130° között) és átlagos főgörbe 75° (tartomány: 51° és 130° között).

A betegek második csoportját 31 AIS-es beteg alkotta. A második csoportot bevonták a javasolt új mérés reprodukálhatóságának és megbízhatóságának értékelésébe. A be- és kizárási kritériumok ugyanazok voltak, mint a betegek fent említett első csoportjánál, a gerinc CT-adatainak kizárásával. Minden betegnek legalább két skoliózisgörbéje volt a mellkas- és deréktáji régióban: egy főgörbe és egy másodlagos görbe, ami 62 skoliózisgörbét eredményezett. A betegek második csoportjának jellemzése a következő volt: átlagos életkor 15 év (tartomány: 10 és 17 év között), átlagos testsúly 54,9 kg (tartomány: 26,5 és 97,6 között), átlagos BMI 20,0 (tartomány: 14,4 és 32,1 között), átlagos mellkasi skoliózisgörbület 65 görbület.6° (tartomány: 42,8° és 100,7° között), átlagos lumbális vagy torakolumbális görbe 44,2° (tartomány: 22,7° és 80,4° között), és átlagos skoliózisgörbe (mellkasi, torakolumbális vagy lumbális) 54,9° (tartomány: 22,7° és 100,7° között). A skoliózis nagyságát a Cobb-módszerrel mérték.

Az AIS-ben szenvedő betegek harminc skoliózisgörbéjének CT-vizsgálatát elemezték. A CT-vizsgálatokat nem a vizsgálat céljából, hanem a műtét előtti protokoll részeként végezték. A CT-vizsgálatokat retrospektív módon elemezték a helyi intézményi felülvizsgálati bizottság jóváhagyásával. A CT-vizsgálatokat hanyatt fekvő helyzetben végezték a Siemens Emotion 16 soros multidetektoros komputertomográffal. Az adatokat DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) formátumú fájlokban tároltuk.

A teljes gerincről álló röntgenfelvételeket (PA és laterális) készítettünk 2 m távolságból. A röntgenfelvételeket digitális változatban DICOM fájlokban rögzítettük.

A 3D-s skoliózisszög kiszámítása a CT-vizsgálatok alapján

Első lépésként a betegek CT-vizsgálatait elemeztük. A 3D skoliózisszöget a felső végcsigolya felső véglemezével párhuzamos síkban (π1) elhelyezkedő három pont koordinátái és a skoliózisgörbe alsó végcsigolya alsó véglemezével párhuzamos síkban (π2) elhelyezkedő három pont koordinátái alapján számították ki (1. ábra). A gerinc CT-felvételeit a DeVide szoftverrel (The Delft University of Technology, Hollandia) elemezték. A szoftver három, egymást metsző síkban ábrázolta a gerincet. Az e síkok közötti szögeket kézzel lehetett beállítani. Az axiális síkot úgy állították be, hogy az párhuzamos legyen a felső végcsigolya felső véglemezével. Az ebben a síkban fekvő három tetszőleges pont koordinátáit elmentették. Ezután az axiális síkot úgy állították be, hogy az párhuzamos legyen az alsó végcsigolya alsó véglemezével. Az ebben a síkban fekvő három tetszőleges pont koordinátáit elmentettük. Így határoztuk meg az egyes véglemezeken fekvő három pontot. Ezekből a pontokból számították ki a síkok közötti szöget, amelyekben helyezkedtek el.

Hárompontos módszer a skoliózisgörbe felső és alsó véglemeze közötti szög értékelésére komputertomográfiás felvételek alapján. A kék sík párhuzamos a felső végcsigolya felső véglemezével. A zöld sík párhuzamos az alsó végcsigolya alsó véglemezével. Az egymást metsző (pöttyös) vonalak közötti szög az említett síkok közötti szög (3D-szkoliózisszög)

A skoliózisszög kiszámítása digitálisan rekonstruált röntgenfelvételek (DRRs)

A DRRs-t a CT-vizsgálatokból a csoportunk által publikált technikával terveztük . Először a CT DICOM-képeket PNG-fájlformátumba konvertáltuk. A CT-képekből kapott szürkeárnyalatos értékekből 3D-s tömböt hoztunk létre. Ezt követően kiszámítottuk az egyes x, y és z irányok átlagértékét. Az eredményeket 2D-s tömbökben tárolták, amelyek három síkot reprezentáltak: koronális, laterális és axiális. A 2D-s tömböket a további számításokhoz használták. Az egyes sorok és oszlopok szignifikanciahatárait a végleges DRR-ek létrehozása céljából számították ki. Ezt követően meghatározták a globális koordinátarendszert, és az eredményeket DICOM fájlformátumba konvertálták, ami lehetővé tette a további méréseket . A DRR-ek CT-felvételekből történő előállításának sematikus bemutatása a 2. ábrán látható.

Computertomográfiás felvételekből digitálisan rekonstruált röntgenfelvételek előállításának sematikus bemutatása

A véglemezek közötti szöget diéderes szögként mérték. A diéderes szög a két egymást metsző sík közötti szög . A felső és alsó véglemezt két síkkal közelítettük a háromdimenziós térben. A síkok közötti szögek méréséhez a megfelelő síkok egységnyi hosszúságú normál (merőleges) vektorait határoztuk meg. A normális vektorok közötti szöget az e vektorok által felölelt síkban mértük. Négy szöget mértünk a PA és az oldalsó DRR-eken (négy szög módszer a 3D skoliózis szögének kiszámításához) (3. ábra):

Négy szög módszer a skoliózisgörbe felső és alsó véglemeze közötti szög értékelésére két röntgenfelvétel alapján: hátsó-felső és oldalsó

α1- a felső végcsigolya felső véglemezével párhuzamos vonal és a koronális síkban mért keresztirányú vonal közötti szög

α2- az alsó véglemez alsó véglemezével párhuzamos vonal és az alsó végcsigolya alsó véglemezével párhuzamos vonal közötti szög

α2- a felső végcsigolya felső véglemezével párhuzamos vonal és a keresztirányú vonal közötti szög

.végcsigolya alsó véglemezével párhuzamos vonal és a koronasíkban mért keresztirányú vonal közötti szög

β1- a felső végcsigolya felső véglemezével párhuzamos vonal és a sagittalisíkban mért keresztirányú vonal közötti szög

β2- az alsó végcsigolya alsó véglemezével párhuzamos vonal és a sagittalisíkban mért keresztirányú vonal közötti szög.

Ezekből a szögekből számították ki a véglemezek (1 és 2) közötti szöget a következő matematikai képlet segítségével:

Define

A 3D-s skoliózis-szögszámítások eredményeinek összehasonlítása: CT versus DRR

A CT-vizsgálatok és a DRR-ek alapján végzett 3D-s skoliózisszög-mérések eredményeit párosított Student’s t-tesztekkel vizsgáltuk. A 0,05-ös p-szintet szignifikánsnak tekintettük. A t-próba erejét 0,95-ben határoztuk meg.

A 3D-s skoliózisszög-számítások és a röntgenfelvételeken alapuló Cobb-szögmérések eredményeinek összehasonlítása

A 3D-s skoliózisszöget két röntgenfelvétel – PA és laterális – alapján számoltuk ki a fent leírt négyszögelési módszerrel. A Cobb-szöget a PA röntgenfelvételen mértük. A 3D-skoliózisszög-számítások és a Cobb-szögmérések eredményeit párosított Student’s t-próbával vizsgáltuk.

A 3D-skoliózisszögmérések megbízhatóságát és reprodukálhatóságát 31 beteg PA és laterális röntgenfelvételeinek felhasználásával vizsgáltuk, amelyek összesen 62 görbét eredményeztek. Anonim röntgenfelvételekről származó adatokat használtak fel, amelyeket két független megfigyelő értékelt: egy gerincsebész és egy ortopédiai rezidens a rezidensképzés ötödik évében. Az első megfigyelő egyszer, a második megfigyelő pedig kétszer végezte el a méréseket, a mérések között kéthetes időközzel. A mérések reprodukálhatóságát és megbízhatóságát az intraclass korrelációs együtthatóval (ICC) vizsgáltuk.

A CT-felvételeket, DRR-eket és röntgenfelvételeket anonimizáltuk, és véletlenszerű sorrendben mutattuk be az olvasóknak.

Statisztikai elemzés

Az adatokat a Statistica (StatSoft) és a Microsoft Office Excel (2018 Microsoft) segítségével elemeztük. Az adatok normális eloszlását Shapiro-Wilk teszt segítségével vizsgáltuk. Párosított Student’s t-teszteket használtunk a különbségek tesztelésére a folytonos adatok esetében. A 0,05-ös p-szintet szignifikánsnak tekintettük. A t-próba erejét 0,95-ben határoztuk meg. A megfigyelőn belüli reprodukálhatóságot és a megfigyelőn belüli megbízhatóságot az ICC-vel vizsgálták. A mérések intraobserver reprodukálhatóságának és intraobserver megbízhatóságának vizsgálatához szükséges mintanagyság becsléséhez a 0,7-nél nagyobb ICC-értéket (a 0,55-0,85 közötti 95%-os konfidenciaintervallummal) a kutatási eszköz elfogadható reprodukálhatóságának tekintettük. Az egyezés, a megfigyelőn belüli reprodukálhatóság és a megfigyelők közötti megbízhatóság vizsgálatához a vizsgálati alanyok minimális száma 44 volt . A 62 skoliózisgörbe száma elegendő volt az ICC-számításhoz.