SCI-Aufsatz vom Ruijin-Krankenhaus

Eine neue tragbare und strahlungsfreie Methode zur Beurteilung von Skoliose: eine genaue und reproduzierbare Studie

^{Hui Wang1, Yunfeng Zhu1, Qiyuan Bao2, Yong Lu1, Fuhua Yan1, Lianjun Du1 und Le Qin1*}

Abstrakt

Hintergrund Ziel dieser Studie war es, die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit eines neu entwickelten tragbaren und strahlungsfreien dreidimensionalen Wirbelsäulensensorsystems (3D-SSS) zur Beurteilung der Skoliose zu bewerten.

Methoden Bei insgesamt 145 Patienten wurde eine vollständige Wirbelsäulenaufnahme mit dem EOS-Bildgebungssystem durchgeführt, und die 3D-SSS-Daten wurden zwischen Februar 2023 und April 2023 erfasst. Ein Radiologe verwendete die sterEOS-Software, um die Wirbelsäule in 3D zu rekonstruieren und den Cobb-Winkel zu ermitteln. Ein Radiologe und ein Orthopäde vermaßen die Patienten unabhängig voneinander mit 3D-SSS, wobei der Orthopäde zwei Messungen pro Patient durchführte. Das 3D-SSS-Nachverarbeitungssystem generierte automatisch den Cobb-Winkel.

Ergebnisse Die mit EOS und 3D-SSS ermittelten mittleren Cobb-Winkel betrugen 13,7 ± 9,9° (0,5∽45,7°) bzw. 12,5 ± 8,6° (0,4∽40°). Der Intraklassen-Korrelationskoeffizient (ICC) für die Zuverlässigkeit zwischen EOS und 3D-SSS betrug 0,921, was auf eine ausgezeichnete Übereinstimmung hinweist. Die Bland-Altman-Analyse ergab eine Abweichung von -1,171° zwischen EOS und 3D-SSS, wobei nur 10 Patienten außerhalb der Grenzen der Übereinstimmung lagen (-8,3∽6,0°). Der quadratische Fehler (root mean square error) zwischen EOS und 3D-SSS betrug 3,2°. Es wurde eine starke Korrelation zwischen den mit EOS und 3D-SSS gemessenen Cobb-Winkeln festgestellt (r= 0.931, P< 0.001). Die Receiver-Operating-Characteristics-Kurve zeigte, dass die diagnostische Leistung des 3D-SSS für Skoliose bei 0,953 lag (P< 0.001). Die Sensitivität, Spezifität, der positive prädiktive Wert und der negative prädiktive Wert von 3D-SSS für die Diagnose von Skoliose betrugen 87,8%, 92,1%, 93,5% bzw. 85,3%. Die ICCs zwischen den Beobachtern und zwischen den Beobachtern für die aus dem 3D-SSS abgeleiteten Cobb-Winkel betrugen 0,969 bzw. 0,934, was eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit belegt.

Schlussfolgerungen Mit dem tragbaren und strahlungsfreien 3D-SSS wurde die Skoliose genau gemessen und die Daten waren in hohem Maße reproduzierbar. Dieses System bietet Klinikern eine neuartige Methode zur Untersuchung und Überwachung der Skoliose bei jungen Patienten.

Schlüsselwörter Skoliose, Tragbar, Strahlungsfrei, Dreidimensionales Wirbelsäulenerfassungssystem, Cobb-Winkel

Hintergrund

Bei der Skoliose handelt es sich um eine dreidimensionale (3D) Verformung der Wirbelsäule, die die Koronal-, Sagittal- und Transversalebene betrifft [1]. Die Ätiologie der Skoliose ist multifaktoriell und umfasst Genetik, Biomechanik der Wirbelsäule, Neurologie und Biochemie [2]. Eine bekannte neurologische Theorie besagt, dass eine schlechte Kontrolle des Gleichgewichts aufgrund einer gestörten Vestibularfunktion zur Pathogenese beiträgt [2, 3]. Aus biochemischer Sicht kann eine geringe Knochenmineraldichte die Belastung erhöhen und das Fortschreiten der Krümmung bei Skoliose beschleunigen [2, 4]. Die häufigste Form ist die jugendliche idiopathische Skoliose (AIS), die im Alter zwischen 11 und 18 Jahren auftritt, mit einer globalen Inzidenz von 0,47-5,2% [2, 5]. Die idiopathische Erwachsenenskoliose bei Patienten, die jünger als 40 Jahre sind, entwickelt sich häufig aus unbehandeltem AIS [6]. Klinisch kann ein schweres AIS zu einem abnormen Erscheinungsbild, einem asymmetrischen Brustkorb, einer beeinträchtigten kardiopulmonalen Funktion oder einer Kompression des Rückenmarks führen [7, 8]. Eine frühzeitige Diagnose und die Bewertung des Schweregrads von AIS sind daher von entscheidender Bedeutung.

Die radiologische Bildgebung wird häufig zur Messung des Cobb-Winkels und zur Beurteilung der koronalen Ebene bei AIS eingesetzt. In der Vergangenheit wurde die Bildgebung der gesamten Wirbelsäule durch die Kombination mehrerer Röntgenaufnahmen durchgeführt, was zu Bildverzerrungen und einer erheblichen Strahlenbelastung für die Patienten führte. Mit den Fortschritten in der Bildgebungstechnologie wurde das EOS-Bildgebungssystem zur Beurteilung von Wirbelsäulendeformitäten eingeführt [9, 10]. EOS bietet Vorteile wie eine niedrige Strahlendosis, die Möglichkeit, biplanare Bilder des gesamten Körpers in stehender Position aufzunehmen, und die Fähigkeit, 3D-Bilder zu rekonstruieren [11, 12]. Das EOS hat jedoch mehrere Einschränkungen, darunter die komplexe Bedienung, die Belastung durch ionisierende Strahlung, die hohen Anfangskosten und die unbewegliche Ausrüstung, was es für ein groß angelegtes Screening ungeeignet und für Nachuntersuchungen unpraktisch macht [13].

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, wurde ein neuartiges tragbares und strahlungsfreies 3D-Wirbelsäulen-Sensorsystem (3D-SSS) entwickelt, das eine Alternative zur Röntgenaufnahme für die Bewertung von Skolioseparametern darstellt. Das 3D-SSS ist für ein umfassendes Skoliose-Screening und schnellere klinische Untersuchungen konzipiert. Es nutzt die Technologie zur Messung der Kontaktraumtrajektorie und einen MEMS-Sensor (Mikro-Elektro-Mechanisches System) zur Messung der Raumwinkel während dynamischer Bewegungen. In Kombination mit der Wegstreckenmessung erzeugt das System räumliche Vektorkurvenkoordinaten des dorsalen Dornfortsatzes [14]. Durch die Integration von Geländescannerdaten von einem Gerät mit Unwuchtsensor und die digitale Zuordnung dieser Koordinaten zu einem standardmäßigen 3D-Wirbelsäulenmodell kann ein echtes digitales 3D-Modell der Wirbelsäule erstellt werden [15, 16]. Die Wirbelsäulenparameter werden dann mithilfe eines mathematischen Algorithmus in der Koronalebene berechnet. Trotz seines Potenzials ist der klinische Nutzen von 3D-SSS nach wie vor unklar.

Ziel der vorliegenden Studie war es, die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von Cobb-Winkelmessungen mit 3D-SSS bei Patienten mit Verdacht auf Skoliose zu bewerten.

Methoden

Studienpopulation

Diese prospektive Studie wurde von der Ethikkommission der Einrichtung genehmigt, und alle Teilnehmer gaben eine unterzeichnete Einverständniserklärung ab. Zwischen Februar 2023 und April 2023 wurden 183 konsekutive Personen auf der Grundlage der folgenden Einschlusskriterien rekrutiert: (1) Verdacht auf Skoliose; (2) Alter unter 40 Jahren; (3) Untersuchung der gesamten Wirbelsäule mit dem EOS-Bildgebungssystem (EOS-Bildgebung). Die Ausschlusskriterien waren wie folgt: (1) verletzte oder empfindliche Rückenhaut; (2) Verwendung von Zahnspangen; (3) Unfähigkeit, während der EOS-Untersuchung zu stehen; (4) Vorhandensein von Wirbelfrakturen oder Tumoren. Auf der Grundlage dieser Kriterien wurden 38 Patienten ausgeschlossen, so dass insgesamt 145 Patienten für die Analyse zur Verfügung standen (Abb. 1).

EOS-Bildgebung und 3D-Rekonstruktion

Die Patienten standen in der Mitte des Untersuchungsraums in anterior-posteriorer Position und hielten ihre Hände vor den Kopf. Zwei Bilder, koronal und sagittal, wurden gleichzeitig vom Kopf bis zum Oberschenkelknochen aufgenommen. Anschließend führte ein Radiologe unabhängig eine 3D-Rekonstruktion mit der sterEOS-Software im Modus "Fast 3D" durch: (1) Die schräge Sakrallinie wurde identifiziert, und die Position des Acetabulums und die Beckenneigung wurden auf den koronalen und sagittalen Bildern angepasst. (2) Die Krümmung der Wirbelsäule (T1-L5) wurde bestimmt, und die Breite der Krümmung wurde so angepasst, dass sie zu einem Wirbel passt. (3) Die Software erstellte automatisch ein Modell für jeden Wirbelkörper, das dann manuell angepasst wurde, um die Endlamina, den Dornfortsatz und den Pedikel des Wirbelbogens auszurichten. (4) Die apikalen, oberen und unteren Wirbel des Cobb-Winkels wurden manuell identifiziert, und diese Wirbel wurden präzise angepasst. Sobald die 3D-Rekonstruktion abgeschlossen war, berechnete die Software automatisch den Cobb-Winkel. AIS wurde definiert als ein Cobb-Winkel ≥ 10°. Auf der Grundlage der Behandlungsempfehlungen wurden die Cobb-Winkel in drei Kategorien eingeteilt: 10∽25° (Beobachtung), 25∽45° (Korsett) und > 45° (Operation).

Die Messungen wurden von einem Radiologen mit zehnjähriger Erfahrung in der muskuloskelettalen Radiologie mit der sterEOS-Software durchgeführt.

Prüfung mit 3D-SSS

Das neuartige 3D-SSS (Version: FT07W, Forethought^® Das Wirbelsäulendatenerfassungs- und Analysesystem (Forethought [Shanghai] Medical Technology Co., Ltd, Shanghai, China) besteht aus einer Scanvorrichtung und einem Nachbearbeitungs-Laptop. Die Abtastvorrichtung besteht aus einem Gehäuse, einem Schalter, einer LED-Anzeige, einer lichtempfindlichen Rolle und vier Ausgleichsrollen an der Außenseite (Abb. 1). 2). Das Gerät enthält ein MEMS-Sensormodul, einen optoelektronischen Encoder, eine Hauptplatine, eine Batterie und ein Bluetooth-Modul. Die Datenanalyse und die Skoliosemessungen werden mit einer Software auf dem Laptop durchgeführt. Das MEMS-Sensormodul kombiniert ein 3-Achsen-Gyroskop, einen 3-Achsen-Beschleunigungsmesser und einen 3-Achsen-Geomagnetsensor und ermöglicht so Echtzeitmessungen von Rotationsgeschwindigkeit und Beschleunigung.

Wenn sich die Abtastvorrichtung entlang der Wirbelsäule bewegt, sorgen die vier Ausgleichsrollen dafür, dass die Vorrichtung tangential zur Wirbelsäule bleibt. Das MEMS-Sensormodul erfasst Änderungen der Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit in drei Dimensionen (X, Y und Z). Die Mikrocontroller-Einheit (MCU) der Hauptplatine wandelt die Beschleunigungs- und Winkelgeschwindigkeitsdaten in Quaternionen-Daten um, die üblicherweise bei der 3D-Bewegungsverfolgung verwendet werden. Die Quaternionen-Daten werden im Direktzugriffsspeicher der MCU zwischengespeichert und nach Abschluss der Messung über das Bluetooth-Modul an die Laptop-Software übertragen. Die Laptop-Software verarbeitet die Bewegungsdaten und errechnet den Cobb-Winkel.

Die Arbeitsschritte zur Verwendung der Skoliose-Erkennungsvorrichtung sind wie folgt:

• (1) Der Patient steht mit gestreckten Knien und aufrecht gestellten Füßen, mit natürlichem Blick nach vorne, und trägt dabei dünne Kleidung, um genaue Messungen zu gewährleisten.
• (2) Der Bediener steht hinter dem Patienten und platziert die lichtempfindliche Rolle des Geräts auf Höhe des C7-Wirbels, wobei er die Ausgleichsräder leicht gegen den Rücken des Patienten drückt.
• (3) Der Bediener klickt auf die Schaltfläche "START" auf dem Laptop und wartet, bis die LED-Anzeige grün leuchtet.
• (4) Der Bediener bewegt das Gerät entlang der Wirbelsäule des Patienten von T1 bis L5 (Abb.). 2). Während der Bewegung blinkt die Kontrollleuchte regelmäßig. Die Räder der Waage bleiben in Kontakt mit der Kleidung des Patienten, während der Bediener mit zwei Fingern dafür sorgt, dass die optoelektrische Rolle in Kontakt mit den Wirbelsäulenfortsätzen bleibt.
• (5) Bei Erreichen des L5-Pegels wird das Gerät etwa 2 s lang still gehalten, damit die LED-Anzeige aufhört zu blinken. Der Messvorgang ist dann abgeschlossen.
• (6) Das Gerät überträgt die Messdaten an die Laptop-Software, die die Testergebnisse innerhalb von 3-10 Sekunden anzeigt (Abb. 3).

Abb. 3 Rekonstruktion eines 3D-Wirbelsäulenmodells und Berechnung des Cobb-Winkels mittels 3D-SSS

Tabelle 1 Demografische Daten aller 145 Patienten

Die Probanden wurden unabhängig voneinander von zwei Ärzten gemessen: einem Radiologen mit sechs Jahren Erfahrung in der muskuloskelettalen Radiologie und einem Orthopäden mit zehn Jahren Erfahrung in der Wirbelsäulenchirurgie. Der Orthopäde führte bei jedem Probanden zwei Messungen durch. Beide Ärzte waren gegenüber den von EOS erhaltenen Ergebnissen verblindet.

Statistische Analyse

Die quantitativen Parameter wurden als Mittelwert ± Standardabweichung angegeben. Der Intraclass-Korrelationskoeffizient (ICC) wurde berechnet, um die Intra- und Interobserver-Variabilität bei den 3D-SSS-Messungen zu bewerten. Die ICC-Werte wurden wie folgt interpretiert: > 0,8 (ausgezeichnet), 0,6-0,8 (gut), 0,4-0,6 (mäßig), 0,2-0,4 (gering) und < 0,2 (schlechte Zuverlässigkeit). Übereinstimmung, Zuverlässigkeit und Korrelation zwischen den Messungen von EOS und 3D-SSS wurden anhand der Bland-Altman-Analyse, des mittleren quadratischen Fehlers (RMSE), des ICC und des Pearson-Korrelationskoeffizienten bewertet. Die statistische Analyse wurde mit SPSS (Version 22.0, IBM, Armonk, NY, USA) und GraphPad Prism (Version 8.0.2, GraphPad Software, San Diego, CA, USA) durchgeführt. Ein P-Wert < 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.

Ergebnisse

Insgesamt wurden 145 Patienten in diese Studie aufgenommen. Die demografischen Daten aller Patienten sind in der Tabelle zusammengefasst 1. Davon unterzogen sich 82 Patienten einer ersten Röntgenuntersuchung zur Feststellung einer Skoliose. Das Durchschnittsalter aller Patienten betrug 19,9 ± 8,7 Jahre (Bereich: 6∽39 Jahre), wobei 88 Patienten 18 Jahre oder jünger waren (Mittelwert: 13,7 ± 2,7 Jahre, Bereich: 6∽18 Jahre). Die intra- und interobserver ICCs für den aus dem 3D-SSS abgeleiteten Cobb-Winkel betrugen 0,969 (95% CI: 0,957-0,977) bzw. 0,934 (95% CI: 0,909-0,952), was auf eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit hinweist. Die Bland-Altman-Analyse (Abb. 4) ergab eine Abweichung von 0,1° für Intraobserver-Messungen und - 0,4° für Interobserver-Messungen. Sieben und fünf Patienten lagen außerhalb der Grenzen der Übereinstimmung (LOA) für Intraobserver- (-4,2∽4,4°) und Interobserver-Messungen (-6,6∽5,8°). Der RMSE für die Intra- und Interobserver-Übereinstimmung betrug 2,1° bzw. 3,1°.

Der mit EOS und 3D-SSS gemessene mittlere Cobb-Winkel betrug 13,7 ± 9,9° (Bereich: 0,5∽45,7°) bzw. 12,5 ± 8,6° (Bereich: 0,4∽40°). Der absolute Unterschied im Cobb-Winkel zwischen EOS und 3D-SSS betrug 2,5 ± 2,9°. Die Zuverlässigkeit der Cobb-Winkelmessungen zwischen EOS und 3D-SSS war ausgezeichnet [ICC = 0,921 (95% CI: 0,893∽0,943)]. Die Bland-Altman-Analyse (Abb. 4) ergab eine Verzerrung von -1,171° zwischen EOS und 3D-SSS, wobei 10 Patienten außerhalb des LOA lagen (-8,3∽6,0°). Der RMSE zwischen EOS und 3D-SSS betrug 3,2°. Die Pearson-Korrelationsanalyse zeigte eine sehr starke Korrelation zwischen den mit EOS und 3D-SSS ermittelten Cobb-Winkelmessungen (r= 0.931, P< 0.001). Außerdem nahmen die Unterschiede in den Cobb-Winkel-Messungen zwischen EOS und 3D-SSS mit größeren Cobb-Winkeln zu und reichten von 1,5° bis 12,7°, wenn der Cobb-Winkel von 45° anstieg (Abb. 1). 5).

Die diagnostische Leistung des 3D-SSS bei Skoliose (Cobb-Winkel ≥ 10°) ist in Tabelle 2. Die Sensitivität, Spezifität, der positive prädiktive Wert und der negative prädiktive Wert von 3D-SSS für die Skoliosediagnose betrugen 87,8%, 92,1%, 93,5% bzw. 85,3%. Von 63 Patienten mit einem Cobb-Winkel < 10° wurden nur 5 durch 3D-SSS auf einen Cobb-Winkel von 10∽25° reklassifiziert. Die Receiver-Operating-Characteristic (ROC)-Kurve zeigte die starke Vorhersagekraft von 3D-SSS für Skoliose mit einer Fläche unter der Kurve (AUC) von 0,953 [95% CI: 0,918∽0,988, P< 0,001] (Abb. 6). Von 61 Patienten mit einem Cobb-Winkel von 10∽25° wurden 10 in einen Cobb-Winkel 45° in einen Cobb-Winkel von 25∽45° um. Die Reklassifizierungsergebnisse von 3D-SSS sind in Tabelle 3.

Tabelle 2 Diagnosefähigkeit der Skoliose durch 3D-SSS

Tabelle 3 Neueinstufung des Schweregrads der Skoliose durch 3D-SSS

Diskussion

Die vorliegende Studie hat gezeigt, dass die aus der automatischen Rekonstruktion von 3D-SSS abgeleiteten Cobb-Winkel gut mit den durch EOS ermittelten Winkeln übereinstimmen, wobei die ICC-Werte für 3D-SSS sowohl zwischen als auch innerhalb der Beobachter hervorragend sind. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass 3D-SSS zuverlässige und genaue Messungen für Skoliosepatienten liefert.

Der Cobb-Winkel ist ein entscheidender Parameter für die Beurteilung von AIS [17]. Derzeit sind die Computerradiographie und die digitale Radiographie die gebräuchlichsten Methoden zur quantitativen Bewertung des Cobb-Winkels anhand von Röntgenaufnahmen. Das EOS-System hat sich seit seiner Einführung weitgehend durchgesetzt, wobei seine Durchführbarkeit und Genauigkeit bei der Bewertung von AIS und Erwachsenenskoliose durch frühere Studien bestätigt wurden [18,19,20,21,22]. Untersuchungen haben gezeigt, dass die mit EOS im Vergleich zur CT gewonnenen Cobb-Winkelmessungen sowohl in Phantom- als auch in Patientenstudien ein hohes Maß an Genauigkeit aufweisen [18, 23, 24]. Folglich gilt das EOS als Goldstandard für die Bewertung der Skoliose anhand des Cobb-Winkels und der axialen Wirbelrotation (AVR). Junge AIS-Patienten, die sich wiederholten Röntgenaufnahmen unterziehen müssen, sind jedoch potenziell durch Strahlung geschädigt [25].

Diese Studie ergab, dass die mit dem neuartigen tragbaren und strahlungsfreien 3D-SSS gemessenen Cobb-Winkel in hohem Maße mit den von EOS gemessenen übereinstimmen. Diese Übereinstimmung lässt sich durch mehrere Faktoren erklären: (1) Die Datenerfassungsmethode des 3D-SSS spiegelt die des EOS wider und erfasst gleichzeitig frontale und laterale Wirbelsäulenparameter unter Belastungsbedingungen, was die tatsächliche Haltung des Patienten im Alltag sehr gut widerspiegelt. (2) Das System verwendet einen hochpräzisen MEMS-Sensor, der in Umgebungen, die frei von magnetischen Störungen sind, theoretische Genauigkeitswerte von ≤ 1° erreicht. (3) Die Nachbearbeitungssoftware ordnet die gesammelten Daten durch Sensorfusionsalgorithmen und Verstärkungsfiltersteuerung automatisch den einzelnen Wirbeln zu und erstellt ein hochpräzises digitales 3D-Wirbelsäulenmodell. (4) Die Nachbearbeitungssoftware übersetzt das Standardverfahren zur Messung des Cobb-Winkels (Bestimmung des Winkels zwischen den oberen und unteren Wirbelkörpern mit maximaler Neigung in einem Skoliose-Segment) in ein mathematisches Raumvektormodell, wodurch die Berechnung der Wirbelsäulenparameter automatisiert und manuelle Fehler reduziert werden.

In früheren Studien wurden verschiedene nicht-röntgenologische Methoden zur Erkennung von Skoliose und zur Beurteilung des Cobb-Winkels untersucht. Das Skoliometer in Kombination mit dem Adams-Test ist eine in der klinischen Praxis häufig verwendete manuelle Methode, der es jedoch an Objektivität, Genauigkeit und Wiederholbarkeit mangelt [26]. Ebenso verwenden tragbare elektronische Skoliose-Screening-Geräte die elektronische 3D-Schwerkraftmesstechnik zur Messung der oberflächlichen Rumpfrotation und zur Einschätzung des Schweregrads der Skoliose, was zu falsch-positiven Ergebnissen führen kann [27]. Darüber hinaus schlugen Li et al. eine 3D-Ultraschallmethode zur Bewertung des Cobb-Winkels vor, bei der die dorsalen Dornfortsätze des Patienten mittels Ultraschalltechnologie abgebildet und die Morphologie der Wirbelsäule rekonstruiert werden. In ihrer Studie wurde ein Korrelationskoeffizient von > 0,75 zwischen dem Cobb-Winkel und den dorsalen Dornfortsätzen festgestellt, was darauf hindeutet, dass durch ultraschallbasierte Messungen der Dornfortsatzsequenz eine quantitative Beurteilung des Cobb-Winkels ohne Röntgenaufnahmen möglich ist [28]. Ein schlechter Kontakt zwischen Sonde und Haut oder ein unzureichendes Kopplungsgel kann jedoch die Übertragung von Ultraschallsignalen beeinträchtigen, was sich negativ auf die Messgenauigkeit auswirkt [29].

Ähnlich wie in der Studie von Li et al. wird auch bei diesem System der dorsale Dornfortsatz als anatomische Referenzmarke verwendet. Im Gegensatz zu ultraschallbasierten Methoden, die den Dornfortsatz allein durch Bildgebung lokalisieren, verwendet dieses System jedoch einen hochpräzisen kombinierten MEMS-Sensor und eine Technologie zur Trajektorienmessung im Kontaktraum. Das Modul zur Messung des Trajektorienraumwinkels und das Modul zur Messung der Bahndistanz erfassen präzise die Vektorposition jedes Dornfortsatzes im 3D-Raum. Zusätzlich optimieren die Geländescandaten des Unruhrads die Messung, indem sie die durch die Spannung der Rückenmuskulatur und des Fettgewebes verursachte Neigung und Torsion des Dornfortsatzes berücksichtigen. Schließlich erzeugt das digitale Mapping der Daten, das durch Fusionsalgorithmen und Verstärkungssteuerung verarbeitet wird, ein 3D-Wirbelsäulenmodell, das der Wirbelsäule des Patienten genau entspricht und die Berechnung und Analyse des Cobb-Winkels ermöglicht [30, 31]. Dieser Ansatz, der die 3D-Vektorlokalisierung und die topografische Abtastung des dorsalen Dornfortsatzes kombiniert, scheint bei der Lokalisierung des koronalen Dornfortsatzes und der Bewertung des Cobb-Winkels effektiver zu sein als Ultraschall allein.

Die Ergebnisse dieser Studie haben mehrere klinische Implikationen. AIS tritt häufig ohne eindeutige Symptome auf, was das Risiko einer fehlenden oder verzögerten Diagnose erhöht. Die frühzeitige Erkennung der Skoliose durch bildgebende Untersuchungen ermöglicht ein rechtzeitiges Eingreifen, z. B. in Form einer Orthese oder eines chirurgischen Eingriffs [25]. Das EOS ist zwar genau und zuverlässig bei der Beurteilung der Skoliose, doch ist seine Verwendung auf spezielle Untersuchungsräume beschränkt und erfordert die Bedienung durch geschulte Röntgenassistenten. EOS hat auch Nachteile, darunter hohe Anschaffungskosten, relativ lange Untersuchungszeiten und Strahlenbelastung, so dass es für ein groß angelegtes AIS-Screening nicht geeignet ist [11, 32]. Das in dieser Studie verwendete Gerät ist dagegen tragbar, strahlungsfrei und kostengünstig. Die Kosten für die Ersteinrichtung eines EOS-Systems liegen bei etwa $509.480, die Kosten pro Scan bei $11,58 [32]. Im Vergleich dazu liegen die Anschaffungskosten des 3D-SSS bei etwa $41.430 und die Kosten pro Patient bei etwa $4,14, beides deutlich niedriger als die des EOS. Darüber hinaus wurde in dieser Studie eine starke Übereinstimmung und Korrelation zwischen den mit dem 3D-SSS und dem EOS gewonnenen Messungen sowie eine hohe diagnostische Genauigkeit des 3D-SSS festgestellt, so dass es sich für das AIS-Screening in Gemeinden, Schulen und in der Primärversorgung eignet. Die frühzeitige Erkennung von Skoliose mit Hilfe von Geräten wie Skoliometern ermöglicht rechtzeitige nichtoperative Eingriffe wie z. B. eine Stützung, die das Fortschreiten der Krankheit verlangsamen kann [33, 34] und Operationen in geeigneten Stadien, um Komplikationen im Zusammenhang mit fortgeschrittener Skoliose zu vermeiden [35]. Das neuartige 3D-SSS-Gerät hat auch das Potenzial, das Fortschreiten der Krankheit und die Behandlungsergebnisse zu überwachen, was prognostische Auswirkungen hat. Darüber hinaus liefert die Software des Geräts Ergebnisse innerhalb von 10 Sekunden, was die klinische Diagnose und das Management beschleunigt. Daher bietet das strahlungsfreie Gerät ein praktisches und effizientes Instrument zur Bewertung der Skoliose.

Die Studie weist jedoch einige Einschränkungen auf: (1) Die Stichprobengröße war klein, insbesondere bei Patienten mit schweren Cobb-Winkel-Deformitäten. Künftige Studien sollten mehr Patienten mit schweren Deformitäten einschließen. (2) Der Einfluss des 3D-SSS auf die klinischen Behandlungsstrategien wurde nicht bewertet. Beispielsweise könnten Patienten, denen aufgrund des EOS ein chirurgischer Eingriff empfohlen wird, nach dem 3D-SSS mit einem Bracing behandelt werden, was die Korrektur der Kurve beeinträchtigen könnte. Umgekehrt könnten Patienten, bei denen aufgrund des EOS eine Beobachtung empfohlen wird, mit einer Versteifung überbehandelt werden. Weitere Studien sind erforderlich, um die klinischen Auswirkungen zu bewerten. (3) In der Studie fehlten Follow-up-Daten, was einen Vergleich derselben Patienten über einen längeren Zeitraum hinweg unmöglich macht. (4) Die Untersuchungen wurden nur von zwei Ärzten (einem Radiologen und einem Orthopäden) durchgeführt. An künftigen Studien sollten mehrere Ärzte beteiligt sein, um die Konsistenz des Systems zu bewerten. (5) Obwohl vielversprechende Ergebnisse mit Patienten erzielt wurden, die dünne Kleidung trugen, sollte in künftigen Studien untersucht werden, ob sich die Messungen bei direktem Hautkontakt verbessern.

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das 3D-SSS eine genaue und reproduzierbare Bewertung der Skoliose bei Jugendlichen und jungen Erwachsenen ermöglicht, wobei die Messungen in hohem Maße mit dem EOS übereinstimmen. Dieses System kann EOS ergänzen und Klinikern helfen, Skoliose schnell und genau zu diagnostizieren. Bei Patienten mit schweren Cobb-Winkeln ist jedoch eine weitere Validierung erforderlich.

Abkürzungen

3D-SSS: Dreidimensionales Wirbelsäulenerfassungssystem

3D: Dreidimensional

AIS: Idiopathische Skoliose bei Jugendlichen

MEMS: Mikro-elektro-mechanisches System

LED: Lichtemittierende Diode

MCU: Mikrocontroller-Einheit

ICC: Intraklassen-Korrelationskoeffizient

RMSE: Roter mittlerer quadratischer Fehler

LOA: Die Grenzen der Vereinbarung

ROC: Empfänger-Betriebskennlinie

AUC: Fläche unter der Kurve

CI: Konfidenzintervall

BMI: Body-Mass-Index

Danksagung

Nicht anwendbar.

Beiträge der Autoren

Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt. Hui Wang: Entwurf der Arbeit Fengyun Zhu: Beschaffung, Analyse und Interpretation der Daten Qiyuan Bao: Beschaffung, Analyse und Interpretation der Daten Yong Lu: Beschaffung, Analyse und Interpretation der Daten Fuhua Yan: Konzept und Design der Arbeit Lianjun Du: inhaltliche Überarbeitung der Arbeit Le Qin: Konzept und Design der Arbeit, inhaltliche Überarbeitung der Arbeit.

Informationen zum Autor

Autoren und Zugehörigkeiten

1. Abteilung für Radiologie, Ruijin Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, No. 197 Ruijin 2nd Rd, Shanghai, 200025, ChinaHui Wang, Yunfeng Zhu, Yong Lu, Fuhua Yan, Lianjun Du & Le Qin
2. Abteilung für Orthopädie, Ruijin-Krankenhaus, Medizinische Fakultät der Shanghai Jiao Tong Universität, Nr. 197 Ruijin 2nd Rd, Shanghai, 200025, ChinaQiyuan Bao

Finanzierung

Diese Studie wurde im Rahmen des National Key R&D Program of China (2023YFC2410704) und der National Natural Science Foundation of China (82171891) finanziert.

Verfügbarkeit von Daten

Die in der aktuellen Studie verwendeten und analysierten Datensätze sind auf Anfrage bei der entsprechenden Autorin erhältlich.

Erklärungen

Ethische Genehmigung und Zustimmung zur Teilnahme

Die Ethikgenehmigung und die Zustimmung wurden von der Ethikkommission des Ruijin-Krankenhauses der Shanghai JiaoTong University School of Medicine eingeholt. Die Referenznummer ist Nr. (2022)(273). Nur wenn es sich um eine Studie an menschlichen Probanden handelt: Von allen Probanden (Patienten) bzw. deren Erziehungsberechtigten wurde eine schriftliche Einwilligung nach Aufklärung eingeholt.

Zustimmung zur Veröffentlichung

Nicht anwendbar.

Konkurrierende Interessen

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden Interessen haben.

Eingegangen: 19 März 2024 / Angenommen: 11. Februar 2025

Online veröffentlicht: 26. Februar 2025

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Anmerkung des Herausgebers

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