Le processus d’introduction et de validation de la méthode de calcul de l’angle de scoliose 3D a été accompli en quatre étapes : 1) calcul de l’angle de scoliose 3D à partir de la tomographie informatisée (CT) ; 2) calcul de l’angle de scoliose 3D à partir des radiographies reconstruites numériquement (DRR) ; 3) comparaison des calculs de l’angle de scoliose 3D : CT versus DRRs ; et 4) évaluation de la reproductibilité et de la fiabilité de la méthode proposée sur la base de radiographies (PA et latérales).

Sujets

L’étude a porté sur 41 patients atteints d’AIS. Cette population est composée de deux groupes de patients. Le premier groupe de patients a été impliqué dans la première partie de l’étude – l’introduction et la validation de la nouvelle méthode d’évaluation 3D de la scoliose.

Le premier groupe était composé de 10 patients atteints d’AIS prévus pour la chirurgie. Critères d’inclusion : AIS ; présence d’une courbe principale : thoracique ou lombaire ; modalités d’imagerie réalisées pendant l’hospitalisation : radiographies simples de bonne qualité (PA et latérales) ; et CT de la colonne thoracique et lombaire réalisé dans le cadre du protocole préchirurgical. Critères d’exclusion : scoliose autre que le type idiopathique, absence de données de CT ou de radiographies debout PA et latérales, et radiographies de mauvaise qualité. Chaque patient présentait trois courbes de scoliose dans la région thoracolombaire, ce qui a permis d’obtenir des données CT de 30 courbes de scoliose. La caractérisation du premier groupe de patients était la suivante : âge moyen de 14 ans (fourchette : de 10 à 17), poids corporel moyen de 45,2 kg (fourchette : de 28,0 à 65,0), IMC moyen de 17,9 (fourchette : de 14,8 à 22,5), courbe de scoliose moyenne de 52° (fourchette : de 11° à 130°), et courbe principale moyenne de 75° (fourchette : de 51° à 130°).

Le second groupe de patients était composé de 31 patients atteints de SIA. Le second groupe a été impliqué dans l’évaluation de la reproductibilité et de la fiabilité de la nouvelle mesure proposée. Les critères d’inclusion et d’exclusion étaient les mêmes que ceux du premier groupe de patients susmentionné, à l’exclusion des données de tomographie de la colonne vertébrale. Chaque patient présentait au moins deux courbes de scoliose dans la région thoracolombaire : une courbe principale et une courbe secondaire, soit 62 courbes de scoliose. La caractérisation du second groupe de patients était la suivante : âge moyen de 15 ans (fourchette : de 10 à 17), poids corporel moyen de 54,9 kg (fourchette : de 26,5 à 97,6), IMC moyen de 20,0 (fourchette : de 14,4 à 32,1), courbe de scoliose thoracique moyenne de 65.6° (fourchette : de 42,8° à 100,7°), courbe lombaire ou thoracolombaire moyenne de 44,2° (fourchette : de 22,7° à 80,4°) et courbe de scoliose moyenne (thoracique, thoracolombaire ou lombaire) de 54,9° (fourchette : de 22,7° à 100,7°). L’ampleur de la scoliose a été mesurée par la méthode de Cobb.

Les tomodensitogrammes de trente courbes de scoliose de patients atteints d’AIS ont été analysés. Les tomodensitométries n’ont pas été réalisées dans le but de l’étude mais dans le cadre du protocole préchirurgical. Les tomodensitogrammes ont été analysés rétrospectivement avec l’accord du comité d’examen institutionnel local. Les tomodensitogrammes ont été obtenus en position couchée avec le tomodensitomètre multidétecteur Siemens Emotion à 16 rangées. Les données ont été enregistrées dans des fichiers au format DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine).

Des radiographies debout (PA et latérales) de la colonne vertébrale complète ont été obtenues à une distance de 2 m. Les radiogrammes ont été enregistrés en version numérique dans des fichiers DICOM.

Calcul de l’angle de scoliose 3D à partir des tomodensitométries

Dans un premier temps, les tomodensitométries des patients ont été analysées. L’angle de scoliose 3D a été calculé sur la base des coordonnées de trois points situés sur le plan (π1) parallèle au plateau supérieur de la vertèbre d’extrémité supérieure et sur les coordonnées de trois points situés sur le plan (π2) parallèle au plateau inférieur de la vertèbre d’extrémité inférieure de la courbe de scoliose (figure 1). Les scans CT de la colonne vertébrale ont été analysés avec le logiciel DeVide (Université de Technologie de Delft, Pays-Bas). Le logiciel visualisait la colonne vertébrale dans trois plans qui se croisaient. Les angles entre ces plans pouvaient être ajustés manuellement. Le plan axial a été établi de manière à être parallèle à la plaque terminale supérieure de la vertèbre supérieure. Les coordonnées de trois points discrétionnaires situés dans ce plan ont été enregistrées. Ensuite, le plan axial a été établi de manière à être parallèle à la plaque terminale inférieure des vertèbres de l’extrémité inférieure. Les coordonnées de trois points facultatifs situés dans ce plan ont été enregistrées. De cette façon, les trois points situés sur chaque plaque terminale ont été définis. Ces points ont été utilisés pour calculer l’angle entre les plans dans lesquels ils étaient situés.

Méthode à trois points pour l’évaluation de l’angle entre les plaques terminales supérieures et inférieures de la courbe de scoliose basée sur les tomographies par ordinateur. Le plan bleu est parallèle à la plaque terminale supérieure de la vertèbre terminale supérieure. Le plan vert est parallèle à la plaque terminale inférieure de la vertèbre inférieure. L’angle entre les lignes qui se croisent (tachetées) est un angle entre les plans mentionnés (angle de scoliose 3D)

Calcul de l’angle de scoliose basé sur les radiographies reconstruites numériquement (DRR)

Les DRR ont été conçues à partir des tomodensitogrammes en utilisant la technique publiée par notre équipe . Tout d’abord, les images DICOM de CT ont été converties en format de fichier PNG. Un tableau 3D des valeurs en niveaux de gris reçues des images CT a été créé. Ensuite, une valeur moyenne de chaque direction x, y et z a été calculée. Les résultats ont été stockés dans des matrices 2D représentant trois plans : coronal, latéral et axial. Les matrices 2D ont été utilisées pour les calculs ultérieurs. Les limites de signification pour chaque ligne et chaque colonne ont été calculées dans le but de créer des RRC définitifs. Ensuite, le système de coordonnées global a été déterminé, et les résultats ont été convertis au format de fichier DICOM, permettant des mesures supplémentaires. Une présentation schématique de la production de RRC à partir de tomodensitogrammes est présentée à la figure 2.

Présentation schématique de la production de radiographies reconstruites numériquement à partir de tomodensitogrammes

L’angle entre les plaques terminales a été mesuré comme un angle dièdre. L’angle dièdre est l’angle entre deux plans qui se croisent . Les plaques terminales supérieure et inférieure ont été approximées par deux plans dans un espace tridimensionnel. Pour mesurer les angles entre les plans, les vecteurs normaux (perpendiculaires) de longueur unitaire des plans respectifs ont été déterminés. L’angle entre les vecteurs normaux dans le plan couvert par ces vecteurs a été mesuré. Quatre angles ont été mesurés sur les DRR PA et latéraux (méthode des quatre angles pour le calcul de l’angle de scoliose 3D) (Fig. 3):

Méthode des quatre angles pour évaluer l’angle entre les plaques terminales supérieure et inférieure de la courbe de scoliose sur la base de deux balayages radiographiques : postéro-antérieure et latérale

α1- l’angle entre la ligne parallèle à la plaque terminale supérieure de la vertèbre terminale supérieure et la ligne transversale mesurée dans le plan coronal

α2- l’angle entre la ligne parallèle à la plaque terminale inférieure de la vertèbre terminale inférieure et la ligne transversale mesurée dans le plan coronal

α2- l’angle entre la ligne parallèle à la plaque terminale inférieure de la vertèbre terminale inférieure et la ligne transversale.extrémité et la ligne transversale mesurée dans le plan coronal

β1- l’angle entre la ligne parallèle à la plaque terminale supérieure de la vertèbre terminale supérieure et la ligne transversale mesurée dans le plan sagittal

β2- l’angle entre la ligne parallèle à la plaque terminale inférieure de la vertèbre terminale inférieure et la ligne transversale dans le plan sagittal.

Ces angles ont été utilisés pour calculer l’angle entre les plaques terminales (1 et 2) en utilisant la formule mathématique suivante :

Define

Comparaison des résultats des calculs d’angle de scoliose en 3D : CT versus DRR

Les résultats des mesures de l’angle de scoliose 3D basés sur les tomographies et les DRR ont été testés avec des tests t de Student appariés. Un niveau de p de 0,05 a été considéré comme significatif. La puissance du test t a été fixée à 0,95.

Comparaison des résultats des calculs de l’angle de scoliose 3D et des mesures de l’angle de Cobb sur la base des radiographies

L’angle de scoliose 3D a été calculé sur la base de deux radiographies, PA et latérale, avec la méthode des quatre angles décrite ci-dessus. L’angle de Cobb a été mesuré sur la radiographie PA. Les résultats des calculs de l’angle de scoliose 3D et des mesures de l’angle de Cobb ont été testés avec le test t de Student apparié.

La fiabilité et la reproductibilité des mesures de l’angle de scoliose 3D ont été testées en utilisant les radiographies PA et latérales de 31 patients, ce qui a donné 62 courbes au total. Les données provenant de radiographies anonymes ont été utilisées et évaluées par deux observateurs indépendants : un chirurgien du rachis et un résident en orthopédie en cinquième année d’internat. Le premier observateur a effectué les mesures une fois, et le second observateur a effectué les mesures deux fois avec un intervalle de deux semaines entre les mesures. La reproductibilité et la fiabilité des mesures ont été testées avec le coefficient de corrélation intraclasse (ICC).

Les tomodensitogrammes, les DRR et les radiographies ont été anonymisés et présentés aux lecteurs dans un ordre aléatoire.

Analyse statistique

Les données ont été analysées à l’aide de Statistica (StatSoft) et de Microsoft Office Excel (2018 Microsoft). La distribution normale des données a été testée à l’aide du test de Shapiro-Wilk. Des tests t de Student appariés ont été utilisés pour tester les différences pour les données continues. Un niveau de p de 0,05 a été considéré comme significatif. La puissance du test t a été fixée à 0,95. La reproductibilité intra-observateur et la fiabilité intra-observateur ont été testées avec l’ICC. Pour estimer la taille de l’échantillon nécessaire pour tester la reproductibilité et la fiabilité intra-observateur des mesures, nous avons considéré qu’une valeur ICC supérieure à 0,7 (avec son intervalle de confiance à 95 % de 0,55-0,85) était une reproductibilité acceptable pour l’outil de recherche. Le nombre minimum de sujets pour tester la concordance, la reproductibilité intra-observateur et la fiabilité inter-observateur était de 44. Le nombre de 62 courbes de scoliose était suffisant pour le calcul de l’ICC.