EOS 2D與3D測(cè)量雙下肢各參數(shù)可靠性和穩(wěn)定性的對(duì)比研究

黃小顏， 陳琳， 柏瑞, 邱迎偉

EOS成像系統(tǒng)是法國(guó)EOS影像公司推出的一種具備低劑量、雙平面成像優(yōu)勢(shì)的 X 射線影像采集系統(tǒng)設(shè)備，系統(tǒng)帶有 Stero工作站，具有強(qiáng)大的圖像處理功能。Stero EOS 2D可以對(duì)下肢、脊柱進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，除此之外，Stero EOS 3D后處理軟件還可以進(jìn)行三維建模，迅速獲得臨床常用的多個(gè)參數(shù)。EOS成像技術(shù)患者受輻射劑量低、掃描時(shí)間短、圖像質(zhì)量高[1]，還可進(jìn)行三維建模，在骨關(guān)節(jié)類疾病特別是在脊柱和下肢畸形的診療中具有廣闊的應(yīng)用前景[2]。

本研究擬對(duì)患者雙下肢EOS全長(zhǎng)片進(jìn)行常規(guī)2D和3D測(cè)量，對(duì)所得共有參數(shù)進(jìn)行比較及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，旨在對(duì)比兩種測(cè)量方式在雙下肢冠、矢狀面參數(shù)中的可靠性和穩(wěn)定性。

材料與方法

1.研究對(duì)象

搜集2019年2月-2020年2月于本影像中心進(jìn)行檢查且具有完整雙下肢影像資料的患者。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：具備完整的后前位及側(cè)位EOS雙下肢全長(zhǎng)片或全身全長(zhǎng)片。病例排除標(biāo)準(zhǔn)：圖像不清晰導(dǎo)致數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確的影像片。

本研究最終共納入50例患者，就診時(shí)年齡為7～71歲，平均年齡31.6歲。

2.影像學(xué)測(cè)量及評(píng)估

所有患者均進(jìn)行站立負(fù)重位EOS全身或雙下肢正側(cè)位攝片。攝片時(shí)患者為自然站立狀態(tài)，雙腿分開約20 cm，雙手放于桿上[3]，雙上肢自然擺放于胸前，為方便測(cè)量時(shí)區(qū)分左右腿，攝片時(shí)患者左右腿稍錯(cuò)開，右腿在前，兩套成像系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，同時(shí)獲得正側(cè)位圖像。醫(yī)師根據(jù)納入、排除標(biāo)準(zhǔn)選擇入組患者，由一位高年資醫(yī)師明確統(tǒng)一測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，說明注意事項(xiàng)，另外兩位醫(yī)師對(duì)每一位患者都在Stero EOS后處理工作站分別進(jìn)行2D和3D測(cè)量，保存所得參數(shù)并各自生成一套Excel表格，后期對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、制表及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

3.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用MedCalc 20.0.3.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。各數(shù)據(jù)結(jié)果經(jīng)過統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)均符合正態(tài)分布。計(jì)算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient,ICC)衡量和評(píng)價(jià)2D與3D測(cè)量組內(nèi)觀察者間的準(zhǔn)確度，計(jì)算一致性相關(guān)系數(shù)衡量與評(píng)價(jià)2D與3D兩種測(cè)量方式的一致性，測(cè)量結(jié)果以95%可信區(qū)間表示。組內(nèi)/組間相關(guān)系數(shù)<0.25表示一致性較差，0.25～0.49表示一致性較低，0.50～0.69表示一致性中等，0.70～0.89表示一致性較好，0.90～1.00表示一致性極佳。采取Deming模型進(jìn)行回歸分析比較兩種測(cè)量方式的一致性，Bland-Altman分析可進(jìn)一步可視化一致性檢測(cè)結(jié)果，Bland-Altman圖可顯示平均測(cè)量值及其差異的散點(diǎn)圖，假如一致性較好、穩(wěn)定性高，那么差異應(yīng)隨機(jī)地散布在零差異參考線周圍。

結(jié) 果

采用EOS系統(tǒng)自帶的Stero工作站對(duì)影像數(shù)據(jù)分別進(jìn)行2D和3D精準(zhǔn)測(cè)量及三維重建，自動(dòng)報(bào)告相關(guān)冠、矢狀面參數(shù)(圖1～6)，選取兩者共有的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，冠狀面測(cè)量參數(shù)包括：股骨長(zhǎng)度(Femur length)、脛骨長(zhǎng)度(Tibia length)、下肢力線長(zhǎng)度(Functional length)、解剖學(xué)長(zhǎng)度(Anatomicallength)、股骨頭直徑(Femoral head diameter)；矢狀面測(cè)量參數(shù)包括：膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻(Valgus/Varus)、屈曲過伸(Knee flexion/Knee extension)、股骨外翻角(HKS)。

圖1 2D測(cè)量平面數(shù)據(jù)圖。 圖2 正側(cè)位二維空間效果圖。 圖3 2D測(cè)量數(shù)據(jù)表。 圖4 3D測(cè)量平面數(shù)據(jù)圖。 圖5 正側(cè)位三維空間效果圖。 圖6 3D測(cè)量數(shù)據(jù)表。

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示除股骨外翻角外，EOS 2D測(cè)量與3D測(cè)量各組ICC與組間一致性相關(guān)系數(shù)均>0.9(表1)，股骨外翻角ICC與組間一致性相關(guān)系數(shù)均>0.6；表明2D與3D兩種測(cè)量方法均具備較高的可靠性和穩(wěn)定性。

表1 EOS 2D與3D測(cè)量組內(nèi)同類相關(guān)系數(shù)和組間一致性相關(guān)系數(shù)

進(jìn)一步的線性回歸模型分析結(jié)果也顯示了各測(cè)量參數(shù)的2D與3D測(cè)量之間的顯著相關(guān)性(皮爾森系數(shù)r>0.80)；除股骨外翻角組外，各參數(shù)組的皮爾森系數(shù)均大于0.97，顯示極強(qiáng)的相關(guān)性。

Bland-Altman圖顯示大于92%(4/50)的點(diǎn)在均值為±1.96標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)(圖7)，顯示兩種測(cè)量方式具備較好的一致性和穩(wěn)定性。

圖7 EOS 2D與3D測(cè)量參數(shù)平均值的Bland-Altman圖(因測(cè)量參數(shù)較多，本文只列舉了部分參數(shù)的Bland-Altman圖，其余參數(shù)Bland-Altman圖大于92%(4/50)的點(diǎn)在均值為±1.96標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi))。a)右下肢股骨長(zhǎng)度平均值的Bland-Altman圖；b)左下肢股骨長(zhǎng)度平均值的Bland-Altman圖；c)右下肢解剖學(xué)長(zhǎng)度平均值的Bland-Altman圖；d)左下肢解剖學(xué)長(zhǎng)度平均值的Bland-Altman圖；e)右下肢屈曲過伸角平均值的Bland-Altman圖；f)左下肢屈曲過伸角平均值的Bland-Altman圖。

討 論

EOS成像系統(tǒng)又稱雙向負(fù)重位全長(zhǎng)攝影，是由正、側(cè)位兩套成像球管和探測(cè)器同時(shí)運(yùn)作的X線成像技術(shù)設(shè)備，它運(yùn)用了由喬治.夏帕克(Georges Charpak)發(fā)明的一種新型粒子探測(cè)器，而且是一種創(chuàng)新的線性掃描技術(shù)[4-5]。EOS成像系統(tǒng)以受檢者為參考平面，采用雙球管-雙高效能探測(cè)器系統(tǒng)，球管-球管之間、探測(cè)器-探測(cè)器之間在水平面上相互垂直，結(jié)合線性掃描技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人體正側(cè)位雙平面的同時(shí)掃描成像(圖8～10)。EOS是負(fù)重位成像，一次采集即可同時(shí)得到不失真的負(fù)重位下正、側(cè)位圖像，這樣不但可以減少X線輻射劑量，還能縮短檢查時(shí)間，能準(zhǔn)確真實(shí)地顯示全身骨關(guān)節(jié)解剖。溫華昌等[6]研究表明負(fù)重位下動(dòng)態(tài)DR多角度攝影相比于傳統(tǒng)常規(guī)臥位DR攝影在膝關(guān)節(jié)中能更真實(shí)反映骨性關(guān)節(jié)面、關(guān)節(jié)面下骨質(zhì)及關(guān)節(jié)間隙的變化，可獲得更多的影像學(xué)信息及減少骨骼的重疊，在膝骨關(guān)節(jié)炎診斷方面具有良好的應(yīng)用效果。

圖8 患者參考坐標(biāo)系。 圖9 放射線參考坐標(biāo)系。 圖10 患者正側(cè)位同時(shí)成像。

EOS數(shù)據(jù)后處理分為常規(guī)2D測(cè)量和3D測(cè)量?jī)煞N方式，本文回顧性分析1年內(nèi)符合納入研究標(biāo)準(zhǔn)的影像片，兩位醫(yī)師對(duì)每例患者均進(jìn)行2D和3D測(cè)量，以探討這兩種測(cè)量方式的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)除股骨外翻角外，EOS 2D與3D測(cè)量各組組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)與組間一致性相關(guān)系數(shù)均>0.9，股骨外翻角組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)與組間一致性相關(guān)系數(shù)均>0.6；表示2D與3D兩種測(cè)量方法均具備較高的可靠性和穩(wěn)定性。并且Bland-Altman圖顯示大于92%(4/50)的點(diǎn)在均值為±1.96標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)，顯示兩種測(cè)量方式具備較好的一致性和穩(wěn)定性。經(jīng)過對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)EOS 2D與3D兩種測(cè)量方式結(jié)果差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，它們都具備較高的可靠性和穩(wěn)定性。

EOS 2D測(cè)量步驟簡(jiǎn)單，用時(shí)短、誤差較小，是目前臨床常用的測(cè)量方法，可獲得臨床常用的多個(gè)參數(shù)。EOS系統(tǒng)自帶后處理工作站，與普通平片手工測(cè)量相比，EOS可自動(dòng)生成數(shù)據(jù)表格，測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。而EOS 3D測(cè)量和CT都可進(jìn)行三維建模，其測(cè)量步驟繁瑣、用時(shí)較長(zhǎng)，受測(cè)量諸多因素影響，如測(cè)量者的經(jīng)驗(yàn)水平、測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方式本身存在的誤差等，一般誤差相對(duì)2D測(cè)量稍大，但經(jīng)過專業(yè)的技術(shù)人員培訓(xùn)后可縮小其誤差，與2D測(cè)量結(jié)果相當(dāng)，而且3D測(cè)量可獲得更多的參數(shù)。兩種測(cè)量方法各有優(yōu)勢(shì)，而且所得各參數(shù)均具有不同的臨床價(jià)值，如下肢力線長(zhǎng)度是全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(TKA)中一個(gè)重要參數(shù)，下肢力線的準(zhǔn)確性決定能否在術(shù)中正確安放假體，術(shù)后假體的使用壽命在某種程度上亦取決于下肢力線是否合適[7]，臨床醫(yī)生可通過患者自身病情發(fā)展需要選擇合適的測(cè)量方式，以指導(dǎo)臨床精準(zhǔn)治療、隨訪及術(shù)后評(píng)估等。

Guenoun等[8]對(duì)25例擬行全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(TKA)的患者均行EOS 2D和3D測(cè)量其下肢各參數(shù)，包括脛骨長(zhǎng)度、股骨長(zhǎng)度、股骨頭直徑、脛骨前傾角等，并分析測(cè)量結(jié)果，結(jié)果顯示兩種測(cè)量方式準(zhǔn)確性都較高，本研究結(jié)果與此相符，而且3D測(cè)量較2D測(cè)量具備三維重建的優(yōu)勢(shì)。 為了進(jìn)一步評(píng)估EOS 3D重建對(duì)肢體長(zhǎng)度以及各角度準(zhǔn)確性的測(cè)量，Guenoun等[8]對(duì)8個(gè)干燥骨標(biāo)本均進(jìn)行EOS 3D 和CT重建測(cè)量，發(fā)現(xiàn)兩種測(cè)量方式結(jié)果相仿，EOS輻射劑量較CT低。因此EOS 3D建模測(cè)量在對(duì)膝和髖關(guān)節(jié)置換術(shù)前評(píng)估及術(shù)后對(duì)假體位置的評(píng)價(jià)方面都具有很好的臨床指導(dǎo)作用[9-10]。

綜上所述，EOS負(fù)重位成像獲得的是人體自然站立狀態(tài)下的影像， 一次性正側(cè)位1:1同時(shí)成像，掃描速度快，輻射劑量小，無影像失真無需進(jìn)行拼接，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的測(cè)量和評(píng)估更具臨床價(jià)值，而且EOS 2D與3D兩種測(cè)量方式均具備較高的可靠性和穩(wěn)定性，相比傳統(tǒng)的雙下肢全長(zhǎng)拼接片，手工誤差小，準(zhǔn)確性更高，更適用于臨床診療。但目前國(guó)內(nèi)較少醫(yī)療機(jī)構(gòu)引進(jìn)此設(shè)備，其應(yīng)用處于起步階段，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究較少，對(duì)于其輻射劑量、測(cè)量準(zhǔn)確性及診療應(yīng)用等方面都需在國(guó)內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步研究和探索。