The comparison of three radiation-free systems for measuring spinal shape and mobility

Einleitung: Die Form und Beweglichkeit der Wirbelsäule sind einzigartig für jedes Individuum und von grundlegender Bedeutung für die Versorgung von Rückenschmerzen. Zu deren Vermessung werden radiologische Aufnahmen als „Goldstandard“ herangezogen. Die häufige Verwendung von Röntgenbildern, insbesondere zur Verlaufskontrolle, führt jedoch zu einer hohen Strahlenbelastung. Alternative Messmethoden versprechen die strahlungsfreie Vermessung und könnten daher einen Lösungsansatz darstellen. Ein systematischer Vergleich etablierter Systeme untereinander und mit radiologischen Referenzwerten wurde bisher nicht durchgeführt. Methoden: Drei strahlungsfreie, validierte und in der klinischen Anwendung etablierte Messsysteme wurden eingeschlossen: MediMouse (MM), DIERS formetric III 4D (DF) und Epionics SPINE (ES). Es wurden 30 asymptomatische Probanden (ohne Rückenschmerzen, 15 Männer und 15 Frauen) jeweils fünfmal mit jedem System vermessen. Untersucht wurden die Lendenlordose (LL), die Thorakalkyphose (TK) und die lumbale Beweglichkeit (RoM) bei maximaler Oberkörperflexion und –extension in der Sagittalebene. Darüber hinaus wurde eine Literaturrecherche (Onlinedatenbank „PubMed“) zur Identifikation korrespondierender radiologischer Referenzwerte durchgeführt. Ergebnisse: Alle drei Messsysteme zeigten eine exzellente Intra-Rater-Reliabilität (ICCs zwischen 0,794 und 0,996). Die Ermittlung der LL resultierte bei identischen Probanden in signifikant unterschiedlichen Mittelwerten (MM: 30,1°, DF: 40,3°, ES: 37,5°; p<0,01), einer moderaten Korrelation zwischen den Systemen (Pearson’s r zwischen 0,54 und 0,59; p<0,01) und geringeren Absolutwerten im Vergleich zum mittleren radiologischen Referenzwert (LLRöntgen: 59,6°). Die Vermessung der TK ergab keinen signifikanten Unterschied zwischen den zwei untersuchten Systemen (MM: 43,3°, DF: 44,4°; p<0,343), eine ausgeprägte Korrelation der Einzelwerte (r=0,78; p<0,01) und eine quantitativ gute Übereinstimmung mit dem mittleren radiologischen Referenzwert (TKRöntgen: 45.0°). Für den gesamten lumbalen RoM ergab sich kein signifikanter Unterschied (MM: 76,0°, ES: 80,5°; p=0,106), eine moderate Korrelation (r=0,47; p<0,01) und quantitativ ähnliche Werte im Vergleich zum mittleren radiologischen Referenzwert (RoMRöntgen: 72.0°). Diskussion: Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine strahlungsfreie Vermessung der thorakalen Kyphose valide durchgeführt werden kann. Aufgezeigte systembedingte Messunterschiede (u. a. kranialer/kaudaler Messstart/end-punkt, dynamisches/statisches Messprinzip) stellen einen wesentlichen Erklärungsansatz für die erzielten Messunterschiede im lumbalen Abschnitt dar, deren mittlere Werte außerdem nicht mit der radiologischen Referenz übereinstimmen. Die Evaluation von Therapieeffekten in aufeinander folgenden Messungen sollte aufgrund der hohen Variabilität zwischen den Systemen immer nur mit einem System erfolgen. Klinisch relevante und patientenspezifische Einflussfaktoren (z. B.: BMI) auf eine valide, strahlungsfreie Vermessung sollten zukünftig detailliert evaluiert werden.Spinal shape and mobility are unique for each individual and fundamental in the overall treatment of back pain. Radiological images are used as the gold standard for their assessment, but the frequent use of X-rays, especially for several follow-up measurements, leads to high radiation exposure. Alternative measurement methods promise radiation-free detection and could therefore represent a solution; however, a systematic comparison of established systems with one another and with radiological reference values has not yet been performed. Methods: Three radiation-free, validated, and clinically established measurement systems were included: MediMouse (MM), DIERS formetric III 4D (DF), and Epionics SPINE (ES). Thirty asymptomatic subjects (no back pain; 15 men and 15 women) were measured five times with each system. Lumbar lordosis (LL), thoracic kyphosis (TK), and lumbar range of motion (RoM) with maximum upper body flexion and extension in the sagittal plane were examined. In addition, a literature review (online database PubMed) was conducted to identify the corresponding radiological reference values. Results: All three measurement systems demonstrated an excellent intra-rater reliability (ICCs between 0.794 and 0.996). The determination of LL resulted in significant different mean values for identical subjects (MM: 30.1°, DF: 40.3°, ES: 37.5°; p<0.01), a moderate correlation between the systems (Pearson's r between 0.54 and 0.59; p<0.01), and substantially lower absolute mean values compared to the literature mean value for X-ray diagnostics (LLX-Ray: 59.6°). The measurement of TK revealed no significant difference between the two systems investigated (MM: 43.3°, DF: 44.4°; p<0.343), a high correlation between the individual values (r=0.78; p<0.01), and a quantitatively good agreement with the radiological reference mean value (TKX-Ray: 45.0°). No significant difference was observed for the entire lumbar RoM (MM: 76.0°, ES: 80.5°; p=0.106) and the analysis revealed a moderate correlation (r=0.47; p