El proceso de introducción y validación del método para el cálculo del ángulo de escoliosis 3D se llevó a cabo en cuatro pasos: 1) cálculo del ángulo de escoliosis 3D basado en la tomografía computarizada (TC); 2) cálculo del ángulo de escoliosis 3D basado en las radiografías reconstruidas digitalmente (DRR); 3) comparación de los cálculos del ángulo de escoliosis 3D: CT versus DRRs; y 4) evaluación de la reproducibilidad y fiabilidad del método propuesto basado en radiografías (PA y lateral).

Sujetos

En el estudio participaron 41 pacientes con AIS. Esa población consta de dos grupos de pacientes. El primer grupo de pacientes participó en la primera parte del estudio: la introducción y validación del nuevo método para la evaluación 3D de la escoliosis.

El primer grupo estaba formado por 10 pacientes con AIS programados para la cirugía. Criterios de inclusión: AIS; presencia de una curva principal: torácica o lumbar; modalidades de imagen realizadas durante la hospitalización: radiografías simples de buena calidad (PA y lateral); y TC de la columna torácica y lumbar realizadas como parte del protocolo preoperatorio. Criterios de exclusión: escoliosis que no sean de tipo idiopático, falta de datos de TC o de radiografías de pie PA y laterales, y radiografías de mala calidad. Cada paciente tenía tres curvas de escoliosis en la región toracolumbar, con lo que se obtuvieron datos de TC de 30 curvas de escoliosis. La caracterización del primer grupo de pacientes fue la siguiente: edad media de 14 años (rango: de 10 a 17), peso corporal medio de 45,2 kg (rango: de 28,0 a 65,0), IMC medio de 17,9 (rango: de 14,8 a 22,5), curva de escoliosis media de 52° (rango: de 11° a 130°), y curva principal media de 75° (rango: de 51° a 130°).

El segundo grupo de pacientes estaba formado por 31 pacientes con AIS. El segundo grupo participó en la evaluación de la reproducibilidad y fiabilidad de la nueva medición propuesta. Los criterios de inclusión y exclusión fueron los mismos que los del primer grupo de pacientes mencionado anteriormente, con la exclusión de los datos de TC de la columna vertebral. Cada paciente tenía al menos dos curvas de escoliosis en la región toracolumbar: una curva principal y una curva secundaria, lo que supuso 62 curvas de escoliosis. La caracterización del segundo grupo de pacientes fue la siguiente: edad media de 15 años (rango: de 10 a 17), peso corporal medio de 54,9 kg (rango: de 26,5 a 97,6), IMC medio de 20,0 (rango: de 14,4 a 32,1), curva de escoliosis torácica media de 65.6° (rango: de 42,8° a 100,7°), curva lumbar o toracolumbar media de 44,2° (rango: de 22,7° a 80,4°), y curva de escoliosis media (torácica, toracolumbar o lumbar) de 54,9° (rango: de 22,7° a 100,7°). La magnitud de la escoliosis se midió con el método de Cobb.

Se analizaron las TC de treinta curvas de escoliosis de pacientes con AIS. Las TC no se realizaron con el propósito del estudio, sino como parte del protocolo preoperatorio. Las TC se analizaron de forma retrospectiva con la aceptación de la Junta de Revisión Institucional local. Las TC se obtuvieron en posición supina con el tomógrafo multidetector Siemens Emotion de 16 filas. Los datos se almacenaron en archivos con formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine).

Se obtuvieron radiografías de pie (PA y lateral) de la columna vertebral completa desde una distancia de 2 m. Los radiogramas se registraron en versión digital en archivos DICOM.

Cálculo del ángulo de escoliosis en 3D basado en las TC

Como primer paso, se analizaron las TC de los pacientes. El ángulo de la escoliosis en 3D se calculó basándose en las coordenadas de tres puntos situados en el plano (π1) paralelo a la placa final superior de la vértebra del extremo superior y en las coordenadas de tres puntos situados en el plano (π2) paralelo a la placa final inferior de la vértebra del extremo inferior de la curva de escoliosis (Fig. 1). Las tomografías de la columna vertebral se analizaron con el software DeVide (Universidad Tecnológica de Delft, Países Bajos). El software visualizaba la columna vertebral en tres planos que se cruzaban entre sí. Los ángulos entre esos planos podían ajustarse manualmente. El plano axial se configuró de manera que fuera paralelo a la placa terminal superior de la vértebra superior. Se guardaron las coordenadas de tres puntos discrecionales situados en este plano. A continuación, el plano axial se estableció de manera que fuera paralelo a la placa terminal inferior de las vértebras del extremo inferior. Se guardaron las coordenadas de tres puntos discrecionales situados en este plano. De este modo, se definieron los tres puntos que yacen en cada una de las placas terminales. Estos puntos se utilizaron para calcular el ángulo entre los planos en los que estaban situados.

Método de los tres puntos para la evaluación del ángulo entre las placas extremas superior e inferior de la curva de escoliosis basado en las tomografías computarizadas. El plano azul es paralelo a la placa del extremo superior de la vértebra del extremo superior. El plano verde es paralelo a la placa terminal inferior de la vértebra terminal inferior. El ángulo entre las líneas de intersección (punteadas) es un ángulo entre los planos mencionados (ángulo de escoliosis 3D)

Cálculo del ángulo de escoliosis basado en radiografías reconstruidas digitalmente (DRRs)

Las DRRs fueron diseñadas a partir de las exploraciones de TC utilizando la técnica publicada por nuestro equipo . En primer lugar, las imágenes DICOM de TC se convirtieron en formato de archivo PNG. Se creó una matriz 3D de los valores en escala de grises recibidos de las imágenes de TC. Después, se calculó un valor medio de cada dirección x, y y z. Los resultados se almacenaron en matrices 2D que representaban tres planos: coronal, lateral y axial. Las matrices 2D se utilizaron para los cálculos posteriores. Se calcularon los límites de significación para cada fila y columna con el fin de crear los DRR finales. A continuación, se determinó el sistema de coordenadas global y los resultados se convirtieron en formato de archivo DICOM, lo que permitió realizar otras mediciones . Una presentación esquemática de la producción de DRRs a partir de tomografías computarizadas se presenta en la Fig. 2.

Presentación esquemática de la producción de radiografías reconstruidas digitalmente a partir de tomografías computarizadas

El ángulo entre las placas terminales se midió como ángulo diedro. El ángulo diedro es el ángulo entre dos planos de intersección . Las placas terminales superior e inferior fueron aproximadas por dos planos en un espacio tridimensional. Para medir los ángulos entre los planos, se determinaron los vectores normales (perpendiculares) de longitud unitaria de los respectivos planos. Se midió el ángulo entre los vectores normales dentro del plano abarcado por estos vectores. Se midieron cuatro ángulos en los DRRs PA y laterales (método de los cuatro ángulos para el cálculo del ángulo de la escoliosis 3D) (Fig. 3):

Método de los cuatro ángulos para evaluar el ángulo entre las placas terminales superior e inferior de la curva de la escoliosis, basado en dos radiografías posterior-anterior y lateral

α1- el ángulo entre la línea paralela a la placa terminal superior de la vértebra terminal superior y la línea transversal medida en el plano coronal

α2- el ángulo entre la línea paralela a la placa terminal inferior de la vértebra terminal inferiorvértebra terminal y la línea transversal medida en el plano coronal

β1- el ángulo entre la línea paralela a la placa terminal superior de la vértebra terminal superior y la línea transversal medida en el plano sagital

β2- el ángulo entre la línea paralela a la placa terminal inferior de la vértebra terminal inferior y la línea transversal en el plano sagital.

Estos ángulos se utilizaron para calcular el ángulo entre las placas terminales (1 y 2) mediante la siguiente fórmula matemática:

Define

Comparación de los resultados de los cálculos del ángulo de la escoliosis en 3D: CT versus DRRs

Los resultados de las mediciones del ángulo de escoliosis 3D basados en las exploraciones de CT y DRRs fueron probados con pruebas t de Student emparejadas. Un nivel p de 0,05 se consideró significativo. La potencia de la prueba t se fijó en 0,95.

Comparación de los resultados de los cálculos del ángulo de la escoliosis en 3D y las mediciones del ángulo de Cobb basadas en las radiografías

El ángulo de la escoliosis en 3D se calculó basándose en dos radiografías, PA y lateral, con el método de cuatro ángulos descrito anteriormente. El ángulo de Cobb se midió en la radiografía PA. Los resultados de los cálculos del ángulo de la escoliosis en 3D y las mediciones del ángulo de Cobb se probaron con la prueba t emparejada de Student.

La fiabilidad y la reproducibilidad de las mediciones del ángulo de la escoliosis en 3D se probaron con el uso de las radiografías PA y laterales de 31 pacientes, que dieron lugar a 62 curvas en total. Se utilizaron datos de radiografías anónimas y fueron evaluados por dos observadores independientes: un cirujano de la columna vertebral y un residente de ortopedia en el quinto año de residencia. El primer observador realizó las mediciones una vez, y el segundo observador realizó las mediciones dos veces con un intervalo de dos semanas entre ellas. La reproducibilidad y la fiabilidad de las mediciones se probaron con el coeficiente de correlación intraclase (CCI).

Las tomografías computarizadas, las DRR y las radiografías se anonimizaron y se presentaron a los lectores en orden aleatorio.

Análisis estadístico

Los datos se analizaron utilizando Statistica (StatSoft) y Microsoft Office Excel (2018 Microsoft). La distribución normal de los datos se probó mediante el uso de la prueba de Shapiro-Wilk. Se utilizaron pruebas t de Student emparejadas para probar las diferencias para los datos continuos. Un nivel p de 0,05 se consideró significativo. La potencia de la prueba t se fijó en 0,95. La reproducibilidad intraobservador y la fiabilidad intraobservador se comprobaron con el CCI. Para estimar el tamaño de la muestra necesaria para probar la reproducibilidad intraobservador y la fiabilidad intraobservador de las mediciones, se consideró un valor de CCI superior a 0,7 (con su intervalo de confianza del 95% de 0,55-0,85) como reproducibilidad aceptable para la herramienta de investigación . El número mínimo de sujetos para comprobar la concordancia, la reproducibilidad intraobservador y la fiabilidad interobservador fue de 44 . El número de 62 curvas de escoliosis fue suficiente para el cálculo del ICC.