O processo de introdução e validação do método para cálculo do ângulo de escoliose 3D foi realizado em quatro etapas: 1) cálculo do ângulo de escoliose 3D com base em tomografia computadorizada (TC); 2) cálculo do ângulo de escoliose 3D com base em radiografias reconstruídas digitalmente (DRRs); 3) comparação dos cálculos do ângulo de escoliose 3D: TC versus DRR; e 4) avaliação da reprodutibilidade e confiabilidade do método proposto baseado em radiografias (AP e laterais).

Subjetos

O estudo envolveu 41 pacientes com AIS. Essa população é composta por dois grupos de pacientes. O primeiro grupo de pacientes esteve envolvido na primeira parte do estudo – a introdução e validação do novo método para avaliação 3D da escoliose.

O primeiro grupo consistiu de 10 pacientes com AIS agendados para a cirurgia. Critérios de inclusão: AIS; presença de uma curva principal: torácica ou lombar; modalidades de imagem realizadas durante a internação: radiografias simples (AP e lateral) de boa qualidade; e TC da coluna torácica e lombar realizadas como parte do protocolo pré-cirúrgico. Critérios de exclusão: escoliose diferente do tipo idiopática, falta de TC ou PA e radiografia de perfil em pé, e radiografias de má qualidade. Cada paciente apresentava três curvas de escoliose na região toracolombar, produzindo dados de TC de 30 curvas de escoliose. A caracterização do primeiro grupo de pacientes foi a seguinte: idade média de 14 anos (variação: de 10 a 17), peso corporal médio de 45,2 kg (variação: de 28,0 a 65,0), IMC médio de 17,9 (variação: de 14,8 a 22,5), curva de escoliose média de 52° (variação: de 11° a 130°) e curva principal média de 75° (variação: de 51° a 130°).

O segundo grupo de pacientes consistiu de 31 pacientes com SIA. O segundo grupo esteve envolvido na avaliação da reprodutibilidade e da confiabilidade da nova medida proposta. Os critérios de inclusão e exclusão foram os mesmos do primeiro grupo de pacientes acima mencionado, com a exclusão dos dados da TC da coluna vertebral. Cada paciente tinha pelo menos duas curvas de escoliose na região toracolombar: uma curva principal e uma curva secundária, produzindo 62 curvas de escoliose. A caracterização do segundo grupo de pacientes foi a seguinte: média de idade de 15 anos (variação: de 10 a 17), peso corporal médio de 54,9 kg (variação: de 26,5 a 97,6), IMC médio de 20,0 (variação: de 14,4 a 32,1), curva de escoliose torácica média de 65.6° (variação: de 42,8° a 100,7°), curva média lombar ou toracolombar de 44,2° (variação: de 22,7° a 80,4°) e curva média de escoliose (torácica, toracolombar ou lombar) de 54,9° (variação: de 22,7° a 100,7°). A magnitude da escoliose foi medida com o método Cobb.

As tomografias de trinta curvas de escoliose de pacientes com AIS foram analisadas. As tomografias não foram realizadas para fins do estudo, mas como parte do protocolo pré-operatório. As tomografias foram analisadas retrospectivamente com a aceitação do Comitê de Revisão Institucional local. Os tomógrafos foram obtidos em posição supina com a tomografia computadorizada multidetectores Siemens Emotion de 16 filas. Os dados foram armazenados em arquivos em formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine).

Raios X (PA e lateral) de toda a coluna vertebral foram obtidos a uma distância de 2 m. Os radiogramas foram registrados em versão digital em arquivos DICOM.

Cálculo do ângulo de escoliose 3D baseado em tomografias computadorizadas

Como primeiro passo, as tomografias dos pacientes foram analisadas. O ângulo de escoliose 3D foi calculado com base nas coordenadas de três pontos situados no plano (π1) paralelo à chapa superior da vértebra superior e nas coordenadas de três pontos situados no plano (π2) paralelo à chapa inferior da vértebra inferior da curva de escoliose (Fig. 1). As tomografias da coluna vertebral foram analisadas com o software DeVide (The Delft University of Technology, The Netherlands). O software visualizou a coluna vertebral em três planos que se intersectaram entre si. Os ângulos entre esses planos podiam ser ajustados manualmente. O plano axial foi configurado de tal forma que era paralelo à placa de extremidade superior da vértebra superior. As coordenadas dos três pontos discricionários que se encontravam neste plano foram guardadas. Em seguida, o plano axial foi configurado de tal forma que fosse paralelo à placa inferior da vértebra inferior. As coordenadas dos três pontos discricionários que se encontram neste plano foram guardadas. Desta forma, foram definidos os três pontos que se encontravam em cada placa terminal. Estes pontos foram usados para calcular o ângulo entre os planos em que estavam situados.

Método de três pontos para avaliação do ângulo entre as placas superiores e inferiores da curva de escoliose com base em tomografias computadorizadas. O plano azul é paralelo à placa superior da vértebra superior. O plano verde é paralelo à placa da extremidade inferior da vértebra inferior. O ângulo entre as linhas de intersecção (spotted) é um ângulo entre os planos mencionados (ângulo de escoliose 3D)

Cálculo do ângulo de escoliose baseado em radiografias reconstruídas digitalmente (DRRs)

Os DRRs foram desenhados a partir das tomografias usando a técnica publicada por nossa equipe . Primeiro, as imagens do CT DICOM foram convertidas para o formato de arquivo PNG. Um array 3D dos valores de escala de cinza recebidos das imagens de CT foi criado. Em seguida, um valor médio de cada direção x, y e z foi calculado. Os resultados foram armazenados em arrays 2D representando três planos: coronal, lateral e axial. As arrays 2D foram utilizadas para cálculos posteriores. Os limites de significância para cada linha e coluna foram calculados com o objetivo de criar DRRs finais. Posteriormente, o sistema de coordenadas globais foi determinado, e os resultados foram convertidos para o formato de arquivo DICOM, permitindo medições adicionais . Uma apresentação esquemática da produção de DRRs a partir de tomografias computadorizadas é apresentada na Fig. 2.

Apresentação esquemática da produção de radiografias reconstruídas digitalmente a partir de tomografias computadorizadas

O ângulo entre as placas terminais foi medido como um ângulo diedro. O ângulo do diedro é o ângulo entre dois planos de intersecção. As placas de extremidade superior e inferior foram aproximadas por dois planos em um espaço tridimensional. Para medir os ângulos entre os planos, foram determinados os vetores unitários de comprimento normal (perpendiculares) dos respectivos planos. O ângulo entre os vetores normais dentro do plano percorrido por esses vetores foi medido. Quatro ângulos foram medidos no PA e DRR lateral (método dos quatro ângulos para cálculo do ângulo de escoliose 3D) (Fig. 3):

Método de quatro ângulos para avaliar o ângulo entre as placas superiores e inferiores da curva de escoliose com base em duas varreduras de raios X: posterior-anterior e lateral

α1- o ângulo entre a linha paralela à placa terminal superior da vértebra superior e a linha transversal medida no plano coronal

α2- o ângulo entre a linha paralela à placa terminal inferior da vértebra inferior-vértebra terminal e a linha transversal medida no plano coronal

β1- o ângulo entre a linha paralela à placa terminal superior da vértebra superior e a linha transversal medida no plano sagital

β2- o ângulo entre a linha paralela à placa terminal inferior da vértebra inferior e a linha transversal no plano sagital.

Estes ângulos foram usados para calcular o ângulo entre as placas terminais (1 e 2) usando a seguinte fórmula matemática:

Definir

Comparação dos resultados dos cálculos do ângulo de escoliose 3D: CT versus DRRs

Os resultados das medidas do ângulo de escoliose 3D baseados nas tomografias e DRRs foram testados com os testes t de Student pareados. Um nível de p de 0,05 foi considerado significativo. A potência do teste t foi definida em 0,95,

Comparação dos resultados dos cálculos do ângulo de escoliose 3D e das medidas do ângulo Cobb baseadas em raios X

O ângulo de escoliose 3D foi calculado com base em dois raios X, PA e lateral, com o método dos quatro ângulos descrito acima. O ângulo Cobb foi medido na radiografia de PA. Os resultados dos cálculos do ângulo da escoliose 3D e das medidas do ângulo Cobb foram testados com o teste t de Student pareado.

A confiabilidade e reprodutibilidade das medidas do ângulo da escoliose 3D foram testadas com o uso de PA e radiografias laterais de 31 pacientes, o que resultou em 62 curvas no total. Os dados das radiografias anônimas foram utilizados e avaliados por dois observadores independentes: um cirurgião de coluna e um residente em ortopedia, no quinto ano de residência. O primeiro observador realizou as medições uma vez, e o segundo observador realizou as medições duas vezes, com um intervalo de duas semanas entre as medições. A reprodutibilidade e confiabilidade das medidas foram testadas com o coeficiente de correlação intraclasse (ICC).

As tomografias, DRRs e raios X foram anonimizados e apresentados aos leitores em ordem aleatória.

Análise estatística

Os dados foram analisados utilizando o Statistica (StatSoft) e o Microsoft Office Excel (2018 Microsoft). A distribuição normal dos dados foi testada por meio do teste Shapiro-Wilk. Os testes t do Paired Student foram usados para testar as diferenças para os dados contínuos. Um nível de p de 0,05 foi considerado significativo. A potência do teste t foi definida em 0,95. A reprodutibilidade intra-observador e a confiabilidade intraobservador foram testadas com o ICC. Para estimar o tamanho da amostra necessária para testar a reprodutibilidade intra-observador e a confiabilidade intraobservador das medidas, tratamos um valor ICC maior que 0,7 (com intervalo de confiança de 95% de 0,55-0,85) como reprodutibilidade aceitável para a ferramenta de pesquisa. O número mínimo de sujeitos para testar a concordância, reprodutibilidade intra-observador e confiabilidade interobservador foi de 44 . O número de 62 curvas de escoliose foi suficiente para o cálculo ICC.