The introduction and validation process of method for 3D scoliosis angle calculations is accomplished in four steps.4つのステップで、標準X線写真からの3次元側弯角算出法の導入と検証を実施した。 1）コンピュータ断層撮影（CT）に基づく3次元側弯角の計算、2）デジタル再構成X線写真（DRR）に基づく3次元側弯角の計算、3）3次元側弯角の計算の比較、。 CTとDRRの比較、4）X線（PAと側面）に基づく提案手法の再現性と信頼性の評価。
対象者
本研究には、AISの患者41名が参加した。 その集団は2つの患者群から構成されている。 最初のグループは、研究の最初の部分-脊柱側弯症の3D評価のための新しい方法の導入と検証-に関与していた
最初のグループは、手術を予定しているAISの患者10人で構成されていました。 参加基準 入院中に行われた画像診断：良質の平行X線（PAおよび側面）、および手術前のプロトコルの一部として行われた胸椎および腰椎のCT。 除外基準：特発性以外の脊柱側弯症、CTまたはPAおよび側方立位X線のデータがない場合、およびX線の質が悪い場合。 各患者は胸腰部に3つの側弯カーブを有し、30個の側弯カーブのCTデータが得られた。 平均年齢14歳（範囲：10～17歳）、平均体重45.2kg（範囲：28.0～65.0）、平均BMI 17.9（14.8～22.5） 、平均側湾曲52°（範囲：11～130°）、平均主湾曲75°（範囲：51～130°）であった。 第2グループは、提案された新しい測定法の再現性と信頼性の評価に関与した。 対象および除外基準は，脊椎のCTデータを除外した上で，前述の第1グループと同じとした。 各患者は、胸腰部に少なくとも2つの側弯カーブ（主カーブと副カーブ）を有しており、62の側弯カーブが得られた。 平均年齢15歳（範囲：10～17歳）、平均体重54.9kg（範囲：26.5～97.6）、平均BMI20.0（範囲：14.4～32.1）、平均胸椎側弯カーブ65.0、胸椎側弯カーブを有する患者。6°（範囲：42.8°から100.7°）、平均腰椎または胸腰椎曲線44.2°（範囲：22.7°から80.4°）、平均側弯曲（胸椎、胸腰椎または腰椎）54.9°（範囲：22.7°から100.7°）であることがわかった。 側弯の大きさはCobb法で測定した。
AIS患者30人の側弯曲のCTスキャンを分析した。 CTスキャンは研究のためではなく、手術前のプロトコルの一部として実施された。 CTスキャンは地元のInstitutional Review Boardの承認を得てレトロスペクティブに解析された。 CTスキャンはSiemens Emotion 16列マルチディテクターコンピュータ断層撮影装置を用い、仰臥位で撮影された。 データはDICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）形式のファイルに保存された。
脊椎全体の立位X線（PAおよび側面）を2mの距離から取得し、放射線像はデジタル版でDICOMファイルに記録された。 側弯曲の上端の椎骨の上端板に平行な平面（π1）上にある3点の座標と下端の椎骨の下端板に平行な平面（π2）上にある3点の座標に基づいて3次元側弯角を算出した（Fig.1）。 脊椎のCTスキャンはDeVideソフトウェア（The Delft University of Technology, The Netherlands）を用いて解析した． このソフトウェアは、脊椎を互いに交差する3つの平面で視覚化する。 これらの平面間の角度は、手動で調整することができた。 軸面は上端の椎骨の上端板と平行になるように設定された。 この平面上に横たわる任意3点の座標を保存した。 次に、下端椎骨の下端板と平行になるように軸面を設定した。 この平面上にある任意に設定した3点の座標を保存した。 このようにして、各内板上にある 3 点が定義された。 図1
コンピュータ断層撮影に基づく側弯曲の上下の終板の間の角度を評価するための3点法によるものである。 青い面は上端椎の上端板と平行である。 緑色の面は下端椎体の下端板と平行である。 交差する（斑点のある）線の間の角度は、前述の平面間の角度（3D-側弯角）
デジタル再構成X線写真（DRR）に基づく側弯角の計算
DRRは我々のチームによって発表された技術でCTスキャンから設計されました。 まず、CTのDICOM画像をPNGファイル形式に変換した。 CT画像から得られたグレースケール値の3次元配列を作成した。 その後，x,y,z 方向の平均値を算出した． その結果を冠状面，側方面，軸方向の3面を表す2次元配列に格納した． この2次元配列は，さらなる計算に使用された． 最終的なDRRを作成するために，各行と各列の有意性の境界が計算された． その後，グローバル座標系を決定し，結果をDICOMファイル形式に変換し，さらなる計測を可能にした． CTスキャンからのDRRの製作の概略を図2に示す。
Schematic presentation of production of digitally reconstructed radiographs from computed tomography scans
エンドプレート間の角度は二面角として測定された。 二面角は2つの交差する平面の間の角度である。 上下の終板は3次元空間における2つの平面で近似される。 平面間の角度を測定するために，それぞれの平面の単位長さの法線（垂直）ベクトルを決定した． これらのベクトルが通る面内の法線ベクトル間の角度を測定した． PAと外側DRRで4つの角度を測定した（3次元側弯角度計算の4角法）（図3）：
2つのX線スキャンから側弯曲の上下の終板の間の角度を評価する4角度法。
α1- 冠状面で測定した上端椎の上端板に平行な線と横線の間の角度
α2- 下端椎の下端板に平行な線の間の角度
横線は、横線は上端椎の上端板を横切る線と横切る線の間の角度
β線は下端椎の下端板を横切る線の間の角度
β1- 下端椎の下端板に平行な線と矢状面で測定した横線とのなす角。
これらの角度を用いて、以下の数式により終板（1、2）間の角度を算出した：
Define
は “P□P□□□□□□□□□□□□□□◇◇◇◇◇◇◇。5em ┣︎┣︎┣︎┣︎┣︎┣︎┣︎┣︎┣︎┣︎┣︎┣︎┣︎ଘ⃛ଓ⃛ଘ⃛ଓ⃛녁⃛녁⃛녁⃛녁⃛넱⃛녁⃛녁⃛범Ⓨ5em \left({a}_2 right)\kern0.5em .\cos \kern0.5em \left({beta}_1 genusright) $$
3D側湾角計算の結果比較.etc: CT vs DRR
CTスキャンとDRRに基づく3D側弯角の測定結果は、ペアのスチューデントのt検定で検証されました。 p値0.05を有意とした。 t検定の検出力は0.95とした。
X線に基づく3D側弯角計算結果とCobb角測定結果の比較
3D側弯角は、PAと側面の2枚のX線に基づいて、上記の4角法で計算された。 コブ角はPAのX線で測定した。 3D側弯角の計算結果とCobb角の測定結果はpaired Student’s t-testで検定された。
3D側弯角測定の信頼性と再現性は、31人の患者のPAと側面のX線を使用して検定し、合計62本のカーブを得た。 匿名のX線データを使用し，脊椎外科医と整形外科5年目の研修医の2名の独立したオブザーバーによって評価された。 第一観察者は1回、第二観察者は2週間の間隔をあけて2回測定した。 測定の再現性と信頼性はクラス内相関係数（ICC）で検証した。
CTスキャン、DRR、X線は匿名化し、ランダムな順序で読者に提示した。
統計解析
データの解析にはStatisica（統計ソフト）およびMicrosoft Office Excel（2018 Microsoft）を使用した。 データの正規分布は、Shapiro-Wilk検定を使用して検定した。 連続データの差の検定には、Paired Student’s t-tests を使用した。 p値0.05を有意とした。 t 検定の検出力は 0.95 とした。 観察者内再現性と観察者内信頼性はICCで検定した。 観察者内再現性と観察者内信頼性を検証するために必要なサンプルサイズを見積もるために，ICC値が0.7（95%信頼区間0.55-0.85）より大きい場合をリサーチツールの再現性があるとして処理した． また，一致度，観察者内再現性，観察者間信頼性を検証するための最小被験者数は44名であった． また，ICCの算出には62名の側弯曲が必要であった．