Double-Blinded Randomized Study of the Correlation between Simple Radiography and Magnetic Resonance Imaging in the Evaluation of the Critical Shoulder Angle: Reproducibility and Learning Curve.

Objective  To evaluate the feasibility of magnetic resonance imaging (MRI) to obtain the critical shoulder angle (CSA) comparing the results obtained through radiography and MRI, and assess the learning curves. Methods  In total, 15 patients were evaluated in a blinded and randomized way. The CSA was measured and compared among groups and subgroups. Results  The mean angles measured through the radiographic images were of 34.61 ± 0.67 and the mean angles obtained through the MRI scans were of 33.85 ± 0.53 ( p  = 0.29). No significant differences have been found among the groups. The linear regression presented a progressive learning curve among the subgroups, from fellow in shoulder surgery to shoulder specialist and radiologist. Conclusion  There was no statistically significant difference in the X-rays and MRI assessments. The MRI seems to have its efficacy associated with more experienced evaluators. Data dispersion was smaller for the MRI data regardless of the experience of the evaluator. Sociedade Brasileira de Ortopedia e Traumatologia. This is an open access article published by Thieme under the terms of the Creative Commons Attribution-NonDerivative-NonCommercial License, permitting copying and reproduction so long as the original work is given appropriate credit. Contents may not be used for commercial purposes, or adapted, remixed, transformed or built upon. ( https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ).

RCT Entities:   Population Interventions Outcomes

Introduction

The etiology of rotator cuff tendinopathy is not yet fully known, but mechanical overload is one of the most suggested causes for tendon degeneration, and it may be influenced by the constitutional factors of the affected individuals. 1 2 3 The critical shoulder angle (CSA), which is obtained through radiographic evaluations, has been considered an important predictive factor for mechanical overload. 4 5 A biomechanical assay analysis has also corroborated the establishment of this correlation. 6

The CSA is criticized by some authors, who did not find this same correlation; however, inadequate positioning on the radiographs may have been a limiting factor in these studies. 7 Based on the possible source of patient positioning bias, tests showing images with better quality would be the logical way to improve the reproducibility in the evaluation of the CSA.

Some authors suggested the use of computed tomography, and found a high degree of agreement with the radiographic study. 8 However, tomography exposes the patient to higher doses of radiation than radiography, and its indication should be more carefully evaluated. 9 The use of nuclear magnetic resonance (NMR) does not use ionizing radiation, being widely requested for the evaluation of various orthopedic conditions, and it also has less dependence on positional factors that may skew the traditionally used radiographic image.

In a recent CSA study using magnetic resonance imaging (MRI), it was suggested that there was higher data variability of the MRI when compared to radiography, which was more evident in patients with osteoarthritis, and that the method would not be adequate. 10

The present study aims to evaluate the viability of the MRI to obtain the CSA, and the correlation between the results obtained in radiographic and MR images by a new MR evaluation methodology.

Materials and Methods

The present prospective, randomized, double-blinded comparative study for radiographic and MRI evaluation of the CSA was approved by the institutional ethics committee under number 2.706.960, CAAE: 87182318.2.0000.8054.

The examinations of 15 patients were randomly evaluated and blinded to the evaluator. Only examinations of patients who were to undergo both radiography and MRI on the same day, and with positioning standardization, were used.

Inclusion Criteria

Patients over 18 years of age of both sexes who agreed to participate in the study and had any of the following symptoms: shoulder strength loss, instability, range of motion limitation, and pain.

Exclusion Criteria

Patients with shoulder deformities, with shoulder fracture sequelae, previous shoulder surgeries, radiographic positioning error, and indigenous individuals, those mentally handicapped, or those from other populations who have any ethical conflict.

An Espree 1.5 tesla (Siemens, Munich, Germany) MRI machine was used, as well as an MS–18S® (General Electric, Boston MA, US) digital radiography equipment.

The pattern of analysis for the position of the radiograph was true anteroposterior, with the patient in the orthostatic position, and rays penetrating at 90° in the glenoid joint. The MRI was performed with the patient in supine position.

The coronal MRI was established and standardized during the study, and we evaluated the best visualization of the target structures, and compared it with the radiographic results.

The CSA was calculated with the help of the Carestream (Carestream Health, Onex Corporation, Toronto, Ontario, Canada) software. After standardization, the values obtained were analyzed using the STATA (StataCorp, College Station, TX, US) software, version 15.0.

The MRI measurements used T1-weighted images for better bone visualization in the axial and coronal planes ( Figure 1 ).

Fig. 1

(A) Marking of the most lateral point of the acromion;T2 image, axial plane. (B) Marking of the most lateral point of the acromion; T1 image, coronal plane. (C) Marking of the center of the glenoid; T2 image, axial plane. (D) Critical shoulder angle (CSA) measurement; coronal image at the central section of the glenoid. Line between the glenoid border and the projection for this section of the most lateral point of the acromion, obtained in sections A and B.

In the axial plane, the section with the largest lateral projection of the acromion was identified and marked as the lateral point.

The central point of the glenoid cavity was also found in the axial plane, and marked in the software to use this point to establish the most central section in the coronal plane.

The lateral point was superimposed on all coronal plane images; the most central section of this plane was used to mark the line of the superoinferior axis of the glenoid cavity, and the line between the lowest point of the glenoid and the lateral point was artificially inserted into the image by the software. The angle between these two straight lines was considered the CSA measured by MRI.

The measurement of the angle on the radiographs followed the patterns described by Moor et al 4 ( Figure 2 ).

Fig. 2

Measurement of the CSA by radiography.

The data were blindly and randomly evaluated by three evaluators, one fellow in shoulder surgery, a shoulder specialist with three years of experience, and a musculoskeletal radiology specialist with three years of experience, to establish a learning curve.

The statistical evaluation was performed respecting the nature of the data. The results were presented in the format of mean ± standard error (standard deviation, SD). Data were considered significant with p  < 0.05 in a two-tailed curve. The patient examinations were blindly and randomly evaluated. In the parametric data, comparisons were made using paired t tests, analysis of variance (ANOVA) and the Tukey test.

A comparison was also made between the means obtained by the evaluators and the linear regression in order to establish the differences in the learning curves of the evaluation of the radiographs and the MRI between the fellow in shoulder surgery and the specialist with 3 years of experience in shoulder surgery.

Results

The mean of the angles measured by the radiographs was of 34.61 ± 0.67(SD: 4.54) and the mean of the MRI exams was of 33.85 ± 0.53 (SD: 3.54); p  = 0.29. The mean difference between the radiographic and MRI angles was of 0.76° ± 0.72(SD: 4.81).

Separate data and comparisons in the subgroups fellow in shoulder surgery, shoulder specialist, and radiologist are summarized in Table 1 . The comparisons between groups by the Tukey method are summarized in the Table 2 .

Table 1

Means with standard errors of the angles by subgroup

	X-Ray	Magnetic resonance imaging (MRI)	Mean difference (X-Ray versus MRI)	p -value (X-Ray versus MRI)
Fellow in shoulder surgery	35.21° ± 1.32	33.19° ± 0.87	2.02°	0.15
Shoulderspecialist	34.43° ± 1.09	33.86° ± 0.92	0.57°	0.57
Radiologist	34.19° ± 1.15	34.49° ± 0.98	0.30°	0.84
Analysis of variance among groups	0.82	0.62	0.42

Table 2

Tukey assessment among groups and significance of the differences

Tukey	p -value of the X-Ray among groups	p -value of the magnetic resonance imaging (MRI) among groups	Difference in p -value (X-Ray versus MRI) among groups
Radiologist versus fellow in shoulder surgery	0.82	0.59	0.40
Fellow in shoulder surgery versus specialist	0.89	0.87	0.69
Radiologist versus specialist	0.99	0.88	0.87

In the linear regression, the difference in degrees of the evaluation between radiographs and the MRI showed a constant of 3.07° with coefficient of -1.15°, which is multiplied by 1 for the fellow group, by 2 for the specialist group, and by 3 for the radiologist group.

Discussion

The CSA has been used to evaluate patients with various degenerative and inflammatory processes of the shoulder. Its data provide an expectation that relates this angle to some types of injuries. 4

This angular evaluation, however, does not take into account the forces of other muscles such as the pectoralis major, the latissimus dorsi and the biceps, which may also contribute to a more accurate predictability of mechanical shoulder overloads, 4 5 6 11 12 since muscle recruitment simplifications are used even in its theorizing. 11 12 13 Passive structures are also not taken into account this evaluation, as in the current models only at the extremes of movement they would have some influence on the forces acting on the shoulder. 14

The assessment of the critical shoulder angle is made by radiographic examination; however, in patients already undergoing MRI, the use of this ionizing radiation may be unnecessary. The present study shows a tendency adverse to that of the literature to compare CSA evaluations by radiography and MRI. 10 This divergence may have its origin in the following methodological errors of the literature: the most lateral point of the clavicle did not have a properly standardized marking, the sample was insufficient, it was not validated in internal validation tests, and the MRI and radiography tests were not performed at the same time.

The radiographic examination may present greater difficulty in standardization, being more dependent on human variables to be performed. This fact becomes clear when we evaluate the differences between dispersion data in all groups: data dispersion was greater in the radiographic evaluation groups than in the MRI groups, regardless of the type of evaluator.

There was greater agreement and proximity of data among more experienced examiners, with the musculoskeletal radiology specialist presenting the closest data, demonstrating that there is a clear learning curve, which is more important in the MRI assessment. In the ANOVA, there is greater agreement in the radiographic evaluation among the groups and, considering the results demonstrated by the Tukey technique, data dispersion and linear regression, there is a clear learning curve, possibly linked to the greater familiarity with imaging tests, especially the MRI.

The learning curve of the MRI assessment seems to be more dependent on specific training than the radiographic assessment curve. However, this fact may also be related to the higher exposure of the fellow in shoulder surgery to the radiographic exam during his training in general orthopedics, so this professional was more familiarized with radiographic evaluations than MRI images.

These mechanical effects do not seem to influence image extraction.

Conclusion

There were no statistically significant differences in MRI data and CSA radiographs, with a mean divergence between the methods of only 0.76°.

The MRI seems to have its efficiency associated with more experienced evaluators.

Regardless of the evaluator's experience, data variability was lower in the MRI assessments.

Introdução

A etiologia da tendinopatia do manguito rotador não é ainda completamente conhecida, mas a sobrecarga mecânica é uma das causas mais aventadas para a degeneração tendínea, podendo ter influência de fatores constitucionais dos indivíduos afetados. 1 2 3 O ângulo crítico do ombro (ACO), obtido por meio de avaliações radiográficas, tem sido considerado um importante fator preditivo para essa sobrecarga mecânica. 4 5 Uma análise em ensaio biomecânico também corroborou o estabelecimento dessa correlação. 6

O ACO é criticado por alguns autores que não acharam essa mesma correlação; entretanto, um posicionamento inadequado nas radiografias pode ter sido fator limitante nesses estudos. 7 Baseado na possível fonte de viés de posicionamento do paciente, exames que apresentem imagens de melhor qualidade seriam o caminho lógico para a melhora da reprodutibilidade na avaliação do ACO.

Alguns autores sugeriram uso da tomografia computadorizada, e encontraram alto grau de concordância com o estudo radiográfico. 8 Entretanto, a tomografia expõe o paciente a doses de radiação mais elevadas do que a radiografia, devendo-se avaliar com mais cautela sua indicação. 9 A ressonância nuclear magnética (RM) não utiliza radiação ionizante, sendo amplamente solicitada para avaliação de diversas condições ortopédicas, e também apresenta menor dependência de fatores posicionais que podem enviesar a imagem radiográfica tradicionalmente utilizada.

Em estudo recente do ACO utilizando a RM, foi sugerida apresentou alta variabilidade de dados quando comparados aos dados obtidos por radiografia, de forma mais evidente nos pacientes com osteoartrose, e que o método não seria adequado. 10

Este estudo tem como objetivo avaliar a viabilidade do método da RM para a obtenção do ACO, e a correlação entre os resultados obtidos em imagens radiográficas e de RM por nova metodologia de avaliação pela RM.

Materiais e Métodos

Estudo prospectivo, randomizado, cego e comparativo, para avaliação radiográfica e de RM do ACO, aprovado pelo comitê de ética da instituição com número 2.706.960 CAAE: 87182318.2.0000.8054.

Os exames de 15 pacientes foram avaliados em ordem randômica e cega para o avaliador. Foram utilizados somente exames de pacientes que iriam ser submetidos tanto à radiografia quanto à RM no mesmo dia e com padronização de posicionamento.

Critérios de Inclusão

Pacientes com mais de 18 anos de ambos os sexos, que concordaram em participar do estudo, e que apresentavam quaisquer dos sintomas a seguir: perda de força no ombro, instabilidade, limitação do arco de movimento, e dor.

Critérios de Exclusão

Pacientes com deformidades no ombro, sequelas de fratura no ombro, cirurgias prévias no ombro, erro de posicionamento radiográfico, e indígenas, deficientes mentais ou aqueles de outras populações que apresentem algum conflito ético.

Foi utilizada máquina de RM Espree 1,5 tesla (Siemens, Munique, Alemanha), e o equipamento de radiografia digital MS–18S (General Electric, Boston, MA, EUA).

O padrão de análise para a posição da radiografia foi anteroposterior verdadeiro, com o paciente na posição ortostática e raios penetrando a 90° com a articulação da glenoide. A RM foi realizada com o paciente em decúbito dorsal.

O corte coronal de RM foi estabelecido e padronizado durante o estudo, avaliando-se a melhor visualização das estruturas alvo, e comparando-o com a radiografia.

O ACO foi calculado com ajuda do software Carestream (Carestream Health, Onex Corporation, Toronto, Ontário, Canadá). Após as padronizações, os valores obtidos foram analisados com uso do software STATA (StataCorp., College Station, TX, EUA), versão 15.0.

A medição na RM utilizou imagens em T1 para melhor visualização óssea nos planos axial e coronal ( Figura 1 ). No plano axial, foi identificado o corte com maior projeção lateral do acrômio, marcado como ponto lateral. No plano axial também foi encontrado o ponto central da cavidade glenoide e marcado no software , a fim de utilizar esse ponto para se estabelecer o corte mais central no plano coronal.

Fig. 1

(A) Marcação do ponto mais lateral do acrômio; imagem em T2, plano axial. (B) Marcação do ponto mais lateral do acrômio; imagem em T1, plano coronal. (C) Marcação do centro da glenoide; imagem em T2, plano axial. (D) Medição do ângulo crítico do ombro (ACO); imagem coronal no corte central da glenoide. Linha entre a borda da glenoide e a projeção para esse corte do ponto mais lateral do acrômio, obtido nos cortes A e B.

O ponto lateral foi sobreposto a todas as imagens do plano coronal; utilizou-se o corte mais central desse plano para a marcação da reta do eixo superoinferior da cavidade glenoide e da reta entre o ponto mais inferior da glenoide e o ponto lateral, inserido artificialmente na imagem pelo software . O ângulo entre essas duas retas foi considerado o ACO medido na RM.

A medição do ângulo nas radiografias seguiu os padrões descritos por Moor et al 4 ( Figura 2 ).

Fig. 2

Medição do ACO na radiografia.

Os dados foram avaliados de forma cega e aleatória por três avaliadores, sendo um especializando em cirurgia do ombro, um especialista em obro com três anos de experiência, e um especialista em radiologia musculoesquelética com três anos de experiência, a fim de estabelecer curva de aprendizado.

A avaliação estatística foi realizada respeitando-se a natureza dos dados. Os resultados foram apresentados no formato de média ± erro padrão (desvio padrão, DP). Foram considerados significativos valores de p  < 0,05 em uma curva bicaudal. Os exames dos pacientes foram avaliados de forma cega e randômica. Em dados paramétricos, as comparações utilizaram testes t pareados, análise de variância ( analysis of variance , ANOVA) e teste de Tukey.

Foi realizada também uma comparação entre as médias obtidas pelos avaliadores e a regressão linear, a fim de se estabelecer diferenças nas curvas de aprendizado da avaliação de radiografias e da RM entre o especializando e especialista com 3 anos de experiência em cirurgia do ombro.

Resultados

A média dos ângulos aferidos pelas radiografias foi de 34,61 ± 0,67(DP: 4,54), e a média dos exames de RM foi de 33,85 ± 0,53 (DP: 3,54); p  = 0,29. A média da diferença entre os ângulos da radiografias e da RM foi de 0,76° ± 0,72 (DP: 4.81).

Os dados e comparações separados nos subgrupos especializando em ombro, especialista em ombro e radiologista estão resumidos na Tabela 1 . As comparações entre os grupos pelo método de Tukey estão resumidas na Tabela 2 .

Tabela 1

Médias com erros padrão dos ângulos por subgrupo

	Radiografia (RX)	Ressonância magnética (RM)	Diferença média (RX versus RM)	Valor de p (RX versus RM)
Especializando em ombro	35,21° ± 1,32	33,19° ± 0,87	2,02°	0,15
Especialista em ombro	34,43° ± 1,09	33,86° ± 0,92	0,57°	0,57
Radiologista	34,19° ± 1,15	34,49° ± 0,98	0,30°	0,84
Análise de variância entre grupos	0,82	0,62	0,42

Tabela 2

Avaliação de Tukey entre grupos e significância das diferenças

Tukey	Valor de p da radiografia (RX) entre grupos	Valor de p da ressonância magnética (RM) entre crupos	Diferença do valor de p (RX versus RM) entre grupos
Radiologiata versus especializando	0,82	0,59	0,40
Especializando versus especialista	0,89	0,87	0,69
Radiologista versus especialista	0,99	0,88	0,87

Na regressão linear, a diferença em graus da avaliação entre as radiografias e a RM apresentou constante de 3,07°, com coeficiente de -1,15°, que é multiplicado por 1 para o grupo especializando, por 2 para o grupo especialista, e por 3 para o grupo radiologista.

Discussão

O ACO tem sido usado na avaliação de pacientes com diversos processos degenerativos e inflamatórios do ombro. Seus dados fornecem uma expectativa que relaciona esse ângulo com alguns tipos de lesões. 4

Essa avaliação angular, entretanto, não leva em conta as forças de outros músculos como o peitoral maior, o grande dorsal e o bíceps, que também podem contribuir para uma previsibilidade mais precisa das sobrecargas mecânicas do ombro, 4 5 6 11 12 visto que simplificações do recrutamento muscular são utilizadas inclusive na sua teorização. 11 12 13 Estruturas passivas também não são levadas em conta nessa avaliação; pelos modelos atuais, apenas nos extremos de movimento elas teriam alguma influência nas forças atuantes no ombro. 14

A avaliação do ACO é feita por meio de exame radiográfico; entretanto, em pacientes já submetidos a RM, o uso dessa radiação ionizante pode ser desnecessário. O presente estudo mostra uma tendência adversa à da literatura na comparação das avaliações do ACO por exames radiográficos e RM. 10 Essa divergência pode ter sua origem nos seguintes erros metodológicos da literatura citada: o ponto mais lateral da clavícula não teve sua marcação adequadamente padronizada, a amostra foi insuficiente, não passando em testes de validação interna, e os exames de RM e radiografia não foram realizados no mesmo momento.

O exame radiográfico pode apresentar maior dificuldade de padronização, sendo mais dependente de variáveis humanas para ser realizado. Esse fato fica claro quando avaliamos a diferenças entre os dados de dispersão em todos os grupos: a dispersão dos dados foi maior nos grupos avaliação radiográfica em relação aos grupos RM independente do tipo de avaliador.

Houve maior concordância e proximidade de dados em examinadores mais experientes, sendo o especialista em radiologia musculoesquelética o que apresentou dados mais próximos, demonstrando que há clara curva de aprendizado, que é mais importante na avaliação por RM. Na ANOVA, há maior concordância na avaliação radiográfica entre os grupos e, tanto pelos resultados demonstrados pela técnica de Tukey quanto pela dispersão de dados e pela regressão linear, há clara curva de aprendizado ligada possivelmente ao maior contato com exames de imagem, principalmente a RM.

A curva de aprendizado da avaliação por RM parece ser mais dependente de treinamento específico do que a curva para avaliação radiográfica. Entretanto, esse fato pode também ter relação com a maior exposição prévia do especializando ao exame radiográfico durante seu treinamento em ortopedia geral, estando ele mais acostumado com avaliações radiográficas do que com imagens de RM.

Esses efeitos mecânicos não parecem influenciar a extração de imagens.

Conclusão

Não houve diferença estatisticamente significativa entre os dados da RM e das radiografias para o ACO, com divergência média entre os métodos de apenas 0,76°.

O método da RM parece ter sua eficiência associada a avaliadores mais experientes.

Independente da experiência do avaliador, a variabilidade dos dados foi menor nas avaliações por RM.