Accuracy of Asynchronous Quantitative Computed Tomography by Phantom Modelling

It is important to confirm the accuracy and reproducibility of densitometric studies of the assessment of mineral density, therefore, as part of the introduction of asynchronous quantitative computed tomography (QCT) on the basis of several Moscow medical organizations, it is necessary to evaluate its effectiveness, including the study of accuracy and reproducibility. To perform these works, anthropomorphic phantoms are used. In this work, the phantom developed by the authors is used. Assessment of accuracy indicators was carried out in three medical organizations, the results were calculated relative error, coefficient of variation. High reproducibility of the results of evaluation of bone mineral density by the asynchronous QCT method (0,06-0,86 %) was demonstrated. It was shown that the simulation of subcutaneous fat leads to an underestimation of the results of QCT. When using the optimal reconstruction filter, the relative error was in the range from -3,9 to 4,3 %.

Quantitative Computed Tomography, Osteoporosis, Diagnosis, Bone Mineral Density, Phantom Modeling, Accuracy Assessment

1. Аврунин А. С., Павлычев А. А., Карагодина М. П., Шубняков И. И. Хронобиологические характристики колебаний ошибки воспроизводимости метода двухэнергетической абсорбциометрии при определении проекционной минеральной плотности в зонах Груена // Медицинская визуализация. 2016. № 4. С. 100-108.

2. Дедов И.И., Мельниченко Г. А., Белая Ж. Е., Рожинская Л. Я. Министерство здравоохранения РФ. Клинические рекомендации. Остеопороз. МКБ-10: M80.0/M81.0/M82.1. Российская ассоциация Эндокринологов. 2016. 104 с.

3. Добровольская О. В., Торопцова Н. В., Лесняк О. М. Экономические аспекты осложненного остеопороза: стоимость лечения в течение первого года после перелома // Современная ревматология. 2016. № 3. С. 29-34.

4. Лесняк О. М., Баранова И. А., Белова К. Ю. и др. Остеопороз в Российской Федерации: эпидемиология, медико-социальные и экономические аспекты проблемы (обзор литературы) // Травматология и ортопедия России. 2018. Т. 24. № 1. С. 155-168.

5. Новиков В. Е., Скрипникова И. А., Мурашко Л. М., Абирова Э. С. Двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия в клинических исследованиях и реальной практике // Остеопороз и остеопатии. 2014. № 1. С. 39-42.

6. Петряйкин А. В., Сергунова К. А., Петряйкин Ф. А. и др. Рентгеновская денситометрия, вопросы стандартизации (обзор литературы и экспериментальные данные) // Радиология - практика. 2018. Т. 67. № 1. С. 50-62.

7. Петряйкин А. В., Смолярчук М. Я., Петряйкин Ф. А. и др. Оценка точности денситометрических исследований. Применение фантома РСК-ФК2 // Травматология и ортопедия России. 2019. Т. 25. № 3. С. 124-134.

8. Brown J. K., Timm W., Bodeen G. et al. Asynchronously calibrated quantitative bone densitometry // J. Clin. Densitom. 2017. V. 20. № 2. P. 216-225.

9. Engelke K., Adams J. E., Armbrecht G. et al. Clinical use of quantitative computed tomography and peripheral quantitative computed tomography in the management of osteoporosis in adults. The 2007 ISCD оfficial рositions // J. Clin. Densitom. 2008. V. 11. № 1. P. 123-162.

10. Engelke K., Lang T., Khosla S. et al. Clinical use of quantitative computed tomography (QCT) of the hip in the management of osteoporosis in adults: The 2015 ISCD оfficial рositions. Part I // J. Clin. Densitom. 2015. V. 18. № 3. P. 338-358.

11. Kalender W. A., Felsenberg D., Genant H. K. et al. The European spine phantom - a tool for standardization and quality control in spinal bone mineral measurements by DXA and QCT // Eur. J. Radiol. 1995. V. 20. № 2. P. 83-92.

12. Laugerette A., Schwaiger B. J., Brown K. et al. DXA-equivalent quantification of bone mineral density using dual-layer spectral CT scout scans // Eur. Radiol. 2019. № 1. P. 1-11.

13. Schwaiger B. J., Kopperdahl D. L., Nardo L. et al. Vertebral and femoral bone mineral density and bone strength in prostate cancer patients assessed in phantomless PET/CT examinations // Bone. 2017. № 101. P. 62.

14. Wang L., Su Yu., Wang Q. et al. Validation of asynchronous quantitative bone densitometry of the spine: Accuracy, short-term reproducibility, and a comparison with conventional quantitative computed tomography // Nature. Scientific Reports. 2017. № 7. P. 6284. DOI:10.1038/s41598-017-06608-y.

15. Ziemlewicz T. J., Maciejewski A., Binkley N. et al. Direct comparison of unenhanced and contrast-enhanced CT for opportunistic proximal femur bone mineral density measurement: Implications for osteoporosis screening // Am. J. Roentgenol. 2016. V. 206. № 4. P. 694-698.

16. Precision Assessment & Calculator FAQs - International Society for Clinical Densitometry (ISCD). URL: https://www.iscd.org/resources/faqs/precision-assessment/.