EOS成像系统(EOS imaging system)与数字X线摄影(digital radiograph, DR)下肢机械轴(mechanical axis)图像质量的比较研究

《Skeletal Radiology》：Mechanical axis image quality of the EOS imaging system compared to digital radiographs

　　

目的：比较EOS成像系统(EOS imaging system)与数字X线摄影(digital radiograph, DR)所获取的下肢机械轴(mechanical axis)图像质量。材料与方法：这项回顾性研究纳入100例同时接受EOS及DR机械轴成像的患者，研究按谢菲尔德大学(Quality and Standards Department at the University of Sheffield)标准进行。三名观察者依据改良版欧洲儿科诊断X线影像质量准则(European guidelines on quality criteria for diagnostic radiographic images in paediatrics)，独立对DR与EOS图像评分，评价维度包括分辨率(resolution)、感兴趣区覆盖(coverage of the area of interest)、体位(positioning)、对比度(contrast)及运动伪影(motion)。评分标准为满足准则记"是(Yes)"，不满足记"否(No)"；运动伪影准则中，存在运动伪影记"No"，无运动伪影记"Yes"。观察者间一致性采用Gwet一致性系数(Gwet's agreement coefficient, AC1)及95%置信区间(confidence interval, CI)评估。EOS准确性通过灵敏度(sensitivity)、特异度(specificity)及受试者工作特征曲线下面积(area under curve, AUC)评价。EOS与DR各变量间比较采用McNemar检验。Gwet's AC1及相应95%CI使用R 4.41软件irrCAC程序包计算。结果：患者行DR与EOS成像时平均年龄分别为11.2岁(范围4–18岁)与11.8岁(范围5–17岁)。EOS在分辨率准则上显示近乎完美的观察者间可靠性(AC1 = 0.99, 95% CI = 0.98–1.00, p < 0.001)，而DR在运动伪影方面显示相似可靠性(AC1 = 0.96, 95% CI = 0.92–1.00, p < 0.001)。多数准则下组内信度(intra-rater reliability)较高。EOS图像在所有准则上均表现出高灵敏度及可变特异度，且等于或优于DR图像。部分准则存在显著差异，如感兴趣区覆盖(χ2 = 37.39, p < 0.001)及髋水平(χ2 = 31.44, p < 0.001)。结论：较高的AC1值、灵敏度及AUC凸显了EOS成像系统在机械轴成像中的诊断图像质量，使其具备临床实用价值。因此，在此临床场景下EOS成像系统可替代DR使用，并具有辐射剂量更低、扫描时间更短及具备三维(three-dimensional, 3D)重建能力等优势。

论文解读：《Mechanical axis image quality of the EOS imaging system compared to digital radiographs》——发表于《Skeletal Radiology》

一、研究背景与立题依据

下肢力线异常及肢体不等长是重要的骨科疾患，下肢机械轴(mechanical axis, MA)——即从股骨头中心至踝关节中心连线，正常情况下应通过膝关节中心(±6 mm)——是评估下肢对线及肢体长度差异的核心影像学指标，常依靠全下肢负重位前后位(anteroposterior, AP)X线片获取。传统数字X线摄影(digital radiograph, DR)是全下肢机械轴评估的参考标准，具有普及、价廉、快速的优点，但其存在辐射剂量相对较高、影像放大误差及拼接伪影等局限。电子束正交扫描成像系统(EOS imaging system, EOS)是一种新型双平面(biplanar)低剂量X线设备，可在患者自然负重站立位同时采集正侧位二维(two-dimensional, 2D)图像并可重建为三维(three-dimensional, 3D)模型，辐射剂量显著低于常规DR。然而Sheffield Children's NHS Foundation Trust临床骨科医师主观认为EOS机械轴图像质量"不如DR"，主要表现为关键骨性标志锐度降低及部分区域对比度不足，可能干扰测量。仅凭主观印象判定新设备图像质量优劣缺乏循证依据，故研究人员开展本研究，以改良欧洲影像质量准则客观比较EOS与DR在机械轴成像中的图像质量，明确EOS是否满足临床诊断要求。

二、主要关键技术方法

研究人员开展回顾性研究，从Sheffield Children's NHS Foundation Trust影像归档和通信系统(Picture Archiving and Communication System, PACS)中随机抽取100例同期接受过全下肢负重位AP位DR及EOS机械轴成像的患者图像。DR采用Agfa DR 600系统（DX-D 40C无线探测器）或Philips BuckyDiagnost X线系统采集；EOS采用EOS imaging system（Paris, France）采集，患者负重站立握杆、足置于标定位。三名观察者（一名有22年经验的儿科肌骨放射科医师、一名10年经验的儿科放射技师、一名5年经验放射技师）间隔8周两次独立依据改良欧洲儿科诊断X线影像质量准则对图像五项指标进行是/否评分：分辨率(骨小梁/骨皮质轮廓可见性)、感兴趣区覆盖(骨盆至踝关节完整显示)、体位(双侧股骨头及髂嵴水平一致且髌骨朝前)、对比度(肌肉与脂肪间可辨差异)、运动伪影(有无运动模糊)。观察者间一致性采用Gwet一致性系数(Gwet's agreement coefficient, AC₁)及95%置信区间(confidence interval, CI)评估，以校正高/低流行率偏倚；观察者内一致性随机选取33例评估。以经验丰富的5年资历技师DR评分为参照标准，计算EOS相对于DR的灵敏度(sensitivity)、特异度(specificity)、受试者工作特征曲线下面积(area under curve, AUC)。EOS与DR评分差异采用McNemar检验，显著性水准α=0.05。统计分析使用IBM SPSS 28.0及R 4.41(irrCAC包)。

三、研究结果

Inter-rater agreement with EOS and digital radiograph（EOS与DR的观察者间一致性）

DR各准则AC₁值为：运动伪影0.96、分辨率0.91、对比度0.90（均近乎完美），感兴趣区覆盖0.85（实质一致），髋水平0.72（中等），髌骨朝前0.64（实质一致）。EOS各准则AC₁值为：分辨率0.99（近乎完美）、对比度0.95、感兴趣区覆盖0.85、运动伪影0.84、髌骨朝前0.76、髋水平0.68（实质至中等一致）。表明两种模态在各图像质量维度均有统计学显著的可靠观察者间一致性，EOS分辨率判断一致性极高。

Intra-Rater Agreement（观察者内一致性）

三名观察者各自对EOS与DR图像的重复评分显示：Rater A在分辨率、感兴趣区覆盖、对比度及运动伪影上EOS与DR均达近乎完美或完全一致(AC₁=0.83–1.00)；Rater B在分辨率上为完全一致(AC₁=1.00)，感兴趣区覆盖与髋水平EOS一致性高于DR；Rater C同样显示EOS在分辨率、对比度上为完全一致(AC₁=1.00)，感兴趣区覆盖、髋水平、髌骨朝前及运动伪影EOS一致性均高于DR，仅DR运动伪影一致性差且不显著(AC₁=0.30, p=0.12)。综合表明EOS图像质量评估具有良好至优秀的观察者内重现性。

EOS diagnostic summaries（EOS诊断性能汇总，以DR为参照）

分辨率：EOS灵敏度97.32%，特异度100.00%，AUC=0.9866；对比度：灵敏度91.19%，特异度20.00%；感兴趣区覆盖：灵敏度65.37%，特异度44.19%，AUC=0.55；髋水平：灵敏度70.26%，特异度75.00%，AUC=0.73；髌骨朝前：灵敏度89.43%，特异度55.56%，AUC=0.73；运动伪影：灵敏度97.36%，特异度14.29%。EOS在所有准则上均具高灵敏度，关键解剖显示相关准则（分辨率、髋水平、髌骨朝前）AUC达可接受以上水平，说明EOS能有效识别符合质量标准的图像。

Differences between EOS and DR using McNemar's test（EOS与DR的McNemar检验差异比较）

分辨率(χ2=8.00, p=0.005)、感兴趣区覆盖(χ2=37.39, p<0.001)、髋水平(χ2=31.44, p<0.001)、对比度(χ2=16.13, p<0.001)及运动伪影(χ2=14.30, p<0.001)在EOS与DR间存在显著差异，反映两者在这些质量维度评判分布不同；髌骨朝前无显著差异(χ2=0.08, p=0.78)，提示两模态在该体位标准达成率相当。

四、讨论与结论翻译

研究人员于讨论中指出，本回顾性研究显示EOS成像系统在机械轴图像质量主观评价中具高可靠性，多数图像质量准则达强至近乎完美之观察者间及观察者内一致性，尤以分辨率与运动评估一致性突出。除部分体位相关准则一致性可经进一步培训提升外，EOS机械轴图像质量整体不劣于DR。此前虽有多项研究证实EOS在低剂量下可提供脊柱及下肢诊断级图像，但本研究首次对机械轴图像质量做主观标准对照评估。EOS在感兴趣区完整覆盖（骨盆至踝）与髋水平判定上与DR存系统性差异，但灵敏度和AUC支持其诊断适用性。尽管负重扫描潜在运动伪影风险因扫描时间短（10–25秒）可控。研究局限性含回顾性设计及是/否二分类主观评分，但结果为后续研究提供基线。

结论翻译（Conclus?o/Conclusion）：

较高的Gwet's AC₁值、灵敏度及AUC强调了EOS成像系统用于机械轴图像时的诊断图像质量，使其成为一种具有临床价值的检查手段。因此，在此临床背景下EOS成像系统可替代DR使用，并提供辐射剂量更低、扫描时间更短及具备三维(3D)重建能力等优势。