Cone beam computed tomography of the wrist : analysis of radiographic measurements and diagnosis of intra-articular injuries

Abstract

The diagnosis and treatment of distal radius fractures (DRFs) are currently guided by the interpretation of findings in conventional radiographs. However, measurement of radiographic parameters has not been standardized. Cone-beam computed tomography (CBCT) is an alternative imaging technology that is increasingly applied in primary wrist imaging.

The purpose of this thesis was to study the potential of CBCT in wrist imaging. Conventional radiographs and CBCT were compared with respect to the reliability of the measurements used in evaluation of DRFs. The potential of CBCT in diagnosing ligamentous and chondral lesions of the wrist was also assessed. CBCT arthrography and magnetic resonance arthrography findings were compared to wrist arthroscopic findings in a group of patients with wrist pain.

To improve DRF analysis, a 3D image processing tool based on segmentation of CBCT images and mathematical modelling was developed. The first step was to analyse the osseous anatomy of the normal distal radius and to define the radiographic measurements in the 3D modality. Second, the reliability of computer-aided analysis in performing the measurements in normal radii was compared to physicians’ manual measurements on reformatted 2D wrist radiographs.

CBCT images provided better reliability than radiographs for evaluation of intra-articular incongruency. Determining the angular parameters revealed variation in both imaging modalities. CBCT was similar to magnetic resonance imaging in assessment of ligament or triangular fibrocartilage complex tears and chondral lesions of the wrist.

The location where the longitudinal axis of the distal radius is determined affects the measurements of the angular parameters used in fracture analysis. The volar tilt angle varies along the distal articular surface and the measurements of ulnar variance and radial inclination vary according to the ulnar reference point.

The intraobserver reliability analysis of the new computer-aided analysis showed excellent reliability for the measurements, whereas physicians’ assessment of reformatted 2D radiographs demonstrated variable reliability, particularly for angular measurements.

CBCT is a valuable imaging option in wrist imaging. For accurate DRF analysis, the reference points for the radiographic measurements should be standardized. Computer-aided 3D analysis of the radiographic measurements of the intact distal radius is very reliable.

Värttinäluun distaalinen murtuma (”rannemurtuma”) on yleisin yksittäinen murtuma aikuisväestössä. Nykyisin hoitopäätös kipsihoidon ja leikkaushoidon välillä tehdään usein tavallisesta röntgenkuvasta silmämääräisesti tehtyjen mittausten perusteella. Kaksiulotteisten röntgenkuvien lisäksi murtumia kuvataan usein kolmiulotteisia kuvia tuottavalla tietokonetomografialla. Kartiokeilatietokonetomografiaa (KKTT) on viime vuosina käytetty lisääntyvästi raajojen kuvantamisessa.

Tässä väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin KKTT:n mahdollisuuksia ranteen kuvantamisessa. Ensin tutkittiin ranteen tavallisista röntgenkuvista ja KKTT-kuvista tehtävien radiologisten muuttujien mittaamisen toistettavuutta rannemurtumapotilailla. Lisäksi verrattiin KKTT:n tarkkuutta ja herkkyyttä ranteen alueen rustovaurioiden ja nivelsidevaurioiden diagnostiikassa rannekipua kokevilla potilailla. Tässä tutkimuksessa verrattiin varjoainetehosteisen KKTT-kuvauksen ja magneettitutkimuksen löydöksiä ranteen tähystysleikkauksen löydöksiin.

Värttinäluun anatomian ja radiologisten mittausten analysoimiseksi kehitettiin uusi tietokoneavusteinen, automaattinen 3D-kuva-analyysi, joka perustuu ranteen KKTT-kuvien segmentointiin ja matemaattiseen mallintamiseen. Aluksi tietokoneavusteisella analytiikalla selvitettiin terveen, ehjän värttinäluun anatomiaa. Automaattisen kuva-analyysin tekemiä luun anatomiaa kuvaavia radiologisia mittauksia verrattiin rannemurtumia hoitavien lääkäreiden kaksiulotteisista röntgenkuvista tekemiin mittauksiin.

Pääsääntöisesti tavallisten röntgenkuvien perusteella tehdyt mittaukset olivat hyvin toistettavia. KKTT-kuvista tehtyjen mittausten toistettavuus oli vielä hiukan röntgenkuvia parempi. KKTT:n tarkkuus ja herkkyys nivelside- ja rustovaurioiden diagnostiikassa ei juurikaan eronnut magneettikuvauksesta pienessä potilasaineistossa.

Värttinäluun pituusakselin suunnan todettiin olevan riippuvainen akselin mittauskohdasta. Nivelpinnasta mitattavat kallistuskulmat vaihtelivat eri kohdissa nivelpintaa ja niihin vaikuttivat mittauksissa käytettävät referenssipisteet.

Automaattinen 3D-kuva-analyysi todettiin selvästi luotettavammaksi mittausten toistettavuudessa verrattuna lääkäreiden arvioon kaksiulotteisista röntgenkuvista. Lääkäreiden suorittamien mittausten toistettavuus vaihteli erityisesti kulmamittausten suhteen.

KKTT on hyvä vaihtoehto ranteen alueen kuvantamisessa. Rannemurtumia arvioitaessa radiologiset mittaukset tulisi yhdenmukaistaa. Tietokoneavusteinen 3D-kuva-analyysi oli luotettava ehjän värttinäluun arvioimisessa ja sitä voidaan mahdollisesti jatkossa hyödyntää kliinisessä potilastyössä tapaturmien tai sairausperäisten vaivojen diagnostiikassa.