Procesul de introducere și validare a metodei de calcul a unghiului de scolioză 3D a fost realizat în patru etape: 1) calculul unghiului de scolioză 3D pe baza tomografiei computerizate (CT); 2) calculul unghiului de scolioză 3D pe baza radiografiilor reconstruite digital (DRR); 3) compararea calculelor unghiului de scolioză 3D: CT versus DRRs; și 4) evaluarea reproductibilității și fiabilității metodei propuse pe baza radiografiilor (PA și laterale).

Subiecți

Studiul a implicat 41 de pacienți cu AIS. Această populație este formată din două grupuri de pacienți. Primul grup de pacienți a fost implicat în prima parte a studiului – introducerea și validarea noii metode de evaluare 3D a scoliozei.

Primul grup a fost format din 10 pacienți cu AIS programați pentru operație. Criterii de includere: AIS; prezența unei curbe principale: toracică sau lombară; modalități imagistice efectuate în timpul spitalizării: radiografii simple de bună calitate (PA și laterale); și CT al coloanei toracice și lombare efectuate ca parte a protocolului preoperator. Criterii de excludere: scolioză de alt tip decât cea idiopatică, lipsa datelor CT sau a datelor radiografice în picioare PA și laterale și radiografii de proastă calitate. Fiecare pacient a avut trei curbe de scolioză în regiunea toraco-lombară, rezultând date CT pentru 30 de curbe de scolioză. Caracterizarea primului grup de pacienți a fost următoarea: vârsta medie de 14 ani (interval: de la 10 la 17 ani), greutate corporală medie de 45,2 kg (interval: de la 28,0 la 65,0), IMC mediu de 17,9 (interval: de la 14,8 la 22,5), curbă scoliozică medie de 52° (interval: de la 11° la 130°) și curbă principală medie de 75° (interval: de la 51° la 130°).

Cel de-al doilea grup de pacienți a fost format din 31 de pacienți cu AIS. Cel de-al doilea grup a fost implicat în evaluarea reproductibilității și fiabilității noii măsurători propuse. Criteriile de includere și excludere au fost aceleași cu cele pentru primul grup de pacienți menționat anterior, cu excepția datelor CT ale coloanei vertebrale. Fiecare pacient avea cel puțin două curbe de scolioză în regiunea toraco-lombară: o curbă principală și o curbă secundară, rezultând 62 de curbe de scolioză. Caracterizarea celui de-al doilea grup de pacienți a fost următoarea: vârsta medie de 15 ani (interval: de la 10 la 17 ani), greutate corporală medie de 54,9 kg (interval: de la 26,5 la 97,6), IMC mediu de 20,0 (interval: de la 14,4 la 32,1), curbă scoliozică toracică medie de 65.6° (interval: de la 42,8° la 100,7°), curbă lombară sau toracolombară medie de 44,2° (interval: de la 22,7° la 80,4°) și curbă scoliotică medie (toracică, toracolombară sau lombară) de 54,9° (interval: de la 22,7° la 100,7°). Magnitudinea scoliozei a fost măsurată cu metoda Cobb.

Au fost analizate tomografiile computerizate a treizeci de curbe de scolioză de la pacienți cu AIS. Scanările CT nu au fost efectuate în scopul studiului, ci ca parte a protocolului preoperator. Tomografiile CT au fost analizate retrospectiv, cu acceptul Comitetului local de evaluare instituțională. Tomografiile CT au fost obținute în poziție decubit dorsal cu computerul tomograf Siemens Emotion 16-row multidetector. Datele au fost stocate în fișiere în format DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine).

S-au obținut radiografii în picioare (PA și lateral) ale coloanei vertebrale complete de la o distanță de 2 m. Radiogramele au fost înregistrate în versiune digitală în fișiere DICOM.

Calcularea unghiului scoliozei 3D pe baza scanărilor CT

Ca primă etapă, au fost analizate scanările CT ale pacienților. Unghiul de scolioză 3D a fost calculat pe baza coordonatelor a trei puncte situate în planul (π1) paralel cu placa de capăt superioară a vertebrei de capăt superior și pe baza coordonatelor a trei puncte situate în planul (π2) paralel cu placa de capăt inferioară a vertebrei de capăt inferior al curbei scoliotice (Fig. 1). Tomografiile CT ale coloanei vertebrale au fost analizate cu ajutorul software-ului DeVide (The Delft University of Technology, Țările de Jos). Software-ul a vizualizat coloana vertebrală în trei planuri care se intersectau între ele. Unghiurile dintre aceste planuri puteau fi ajustate manual. Planul axial a fost configurat în așa fel încât să fie paralel cu placa terminală superioară a vertebrei terminale superioare. Au fost salvate coordonatele a trei puncte discreționare situate în acest plan. Apoi, planul axial a fost configurat astfel încât să fie paralel cu placa terminală inferioară a vertebrei inferioare. S-au salvat coordonatele a trei puncte discreționare situate în acest plan. În acest fel, au fost definite cele trei puncte situate pe fiecare placă terminală. Aceste puncte au fost folosite pentru a calcula unghiul dintre planurile în care erau situate.

Metoda celor trei puncte pentru evaluarea unghiului dintre plăcile terminale superioare și inferioare ale curbei scoliotice pe baza tomografiei computerizate. Planul albastru este paralel cu placa de extremitate superioară a vertebrei de extremitate superioară. Planul verde este paralel cu placa de capăt inferioară a vertebrei de capăt inferior. Unghiul dintre liniile care se intersectează (punctate) este un unghi între planurile menționate (unghiul de scolioză 3D)

Calcularea unghiului de scolioză pe baza radiografiilor reconstruite digital (DRRs)

DRDR-urile au fost proiectate pornind de la tomografiile computerizate folosind tehnica publicată de echipa noastră . În primul rând, imaginile CT DICOM au fost convertite în format de fișier PNG. A fost creată o matrice 3D a valorilor în tonuri de gri primite de la imaginile CT. Ulterior, a fost calculată o valoare medie a fiecărei direcții x, y și z. Rezultatele au fost stocate în matrici 2D reprezentând trei planuri: coronal, lateral și axial. Matricele 2D au fost utilizate pentru calculele ulterioare. S-au calculat limitele de semnificație pentru fiecare rând și coloană cu scopul de a crea DRR-uri finale. Ulterior, a fost determinat sistemul global de coordonate, iar rezultatele au fost convertite în format de fișier DICOM, permițând măsurători ulterioare . O prezentare schematică a producerii DRR-urilor din tomografii computerizate este prezentată în Fig. 2.

Prezentare schematică a producerii de radiografii reconstruite digital din tomografii computerizate

Unghiul dintre plăcile terminale a fost măsurat ca un unghi diedru. Unghiul diedru este unghiul dintre două planuri care se intersectează . Plăcile terminale superioare și inferioare au fost aproximate prin două planuri într-un spațiu tridimensional. Pentru a măsura unghiurile dintre planuri, s-au determinat vectorii normali (perpendiculari) de lungime unitară ai planurilor respective. S-a măsurat unghiul dintre vectorii normali în interiorul planului traversat de acești vectori. S-au măsurat patru unghiuri pe DRR-urile PA și lateral (metoda celor patru unghiuri pentru calculul unghiului scoliozei 3D) (Fig. 3):

Metoda celor patru unghiuri pentru evaluarea unghiului dintre plăcile terminale superioare și inferioare ale curbei scoliotice pe baza a două scanări cu raze X: posterior-anterior și lateral

α1- unghiul dintre linia paralelă cu placa terminală superioară a vertebrei terminale superioare și linia transversală măsurată în plan coronal

α2- unghiul dintre linia paralelă cu placa terminală inferioară a vertebrei inferioare aextremitate și linia transversală măsurată în planul coronal

β1- unghiul dintre linia paralelă cu placa de capăt superioară a vertebrei de capăt superioară și linia transversală măsurată în planul sagital

β2- unghiul dintre linia paralelă cu placa de capăt inferioară a vertebrei de capăt inferioară și linia transversală în planul sagital.

Aceste unghiuri au fost folosite pentru a calcula unghiul dintre plăcile terminale (1 și 2) folosind următoarea formulă matematică:

Define

Compararea rezultatelor calculelor unghiurilor de scolioză 3D: CT versus DRRs

Rezultatele măsurătorilor unghiului de scolioză 3D pe baza scanărilor CT și a DRRs au fost testate cu testele Student’s t împerecheate. Un nivel p de 0,05 a fost considerat semnificativ. Puterea testului t a fost stabilită la 0,95.

Compararea rezultatelor calculelor unghiului de scolioză 3D și a măsurătorilor unghiului Cobb bazate pe radiografii

Unghiul de scolioză 3D a fost calculat pe baza a două radiografii, PA și laterale, cu metoda celor patru unghiuri descrisă mai sus. Unghiul Cobb a fost măsurat pe radiografia PA. Rezultatele calculelor unghiului de scolioză 3D și ale măsurătorilor unghiului Cobb au fost testate cu testul t al lui Student împerecheat.

Fiabilitatea și reproductibilitatea măsurătorilor unghiului de scolioză 3D au fost testate cu ajutorul radiografiilor PA și laterale a 31 de pacienți, care au produs 62 de curbe în total. Au fost utilizate date din radiografii anonime și au fost evaluate de doi observatori independenți: un chirurg de coloană vertebrală și un rezident în ortopedie în al cincilea an de rezidențiat. Primul observator a efectuat măsurătorile o singură dată, iar cel de-al doilea observator a efectuat măsurătorile de două ori, cu un interval de două săptămâni între măsurători. Reproductibilitatea și fiabilitatea măsurătorilor au fost testate cu ajutorul coeficientului de corelație intraclasică (ICC).

Scanările CT, DRR-urile și radiografiile au fost anonimizate și prezentate cititorilor în ordine aleatorie.

Analiză statistică

Datele au fost analizate cu ajutorul programului Statistica (StatSoft) și Microsoft Office Excel (2018 Microsoft). Distribuția normală a datelor a fost testată prin utilizarea testului Shapiro-Wilk. Pentru a testa diferențele pentru datele continue au fost utilizate testele t de tip Student’s t împerecheate. Un nivel p de 0,05 a fost considerat semnificativ. Puterea testului t a fost stabilită la 0,95. Reproductibilitatea intraobservator și fiabilitatea intraobservator au fost testate cu ajutorul ICC. Pentru a estima dimensiunea eșantionului necesar pentru a testa reproductibilitatea intraobservator și fiabilitatea intraobservator a măsurătorilor, am tratat o valoare ICC mai mare de 0,7 (cu intervalul său de încredere de 95% de 0,55-0,85) ca fiind o reproductibilitate acceptabilă pentru instrumentul de cercetare . Numărul minim de subiecți pentru a testa acordul, reproductibilitatea intraobservator și fiabilitatea interobservator a fost de 44 . Numărul de 62 de curbe de scolioză a fost suficient pentru calculul ICC.

.