Validace termálního zobrazování k detekci pneumonie

I. POZADÍ A VÝZNAM

1. Historické pozadí

   Každý den zemře 16 000 dětí ve věku do 5 let. Přestože byly učiněny pokroky v časné diagnostice a léčbě pneumonie, stále představuje asi 15 % úmrtí dětí do 5 let (1). Bohužel poskytovatelé péče v zemích s nízkými a středními příjmy (LMIC) jsou omezeni kvůli nedostatku zdrojů a školení. V těchto LMIC je obzvláště obtížné získat rentgenové snímky hrudníku (14). Je ironií, že chytré telefony jsou snadno dostupné. Infračervené kamery FLIR (Forward-Looking Infrared) od svého vývoje v roce 1960 udělaly několik technologických kroků. Je pozoruhodné, že jsou nyní dostupnější a kompaktnější a lze je připojit k chytrým telefonům. Kamery FLIR mají nyní potenciál pomoci při včasné diagnostice a následné léčbě dětské pneumonie.

   FLIR imaging byl poprvé vyvinut v roce 1956 s vojenským financováním na University of Chicago. Od 60. do 70. let 20. století byla technologie FLIR modifikována nezávisle jak Air Force, tak Texas Instruments Inc. pro použití vojenskými letadly (2). Wendell Smith poprvé zdokumentoval použití tepelného zobrazování v lékařské diagnostice v roce 1964. Smith potřeboval 6 minut na zhotovení každého termogramu koní, které studoval (3). Od té doby bylo provedeno mnoho veterinárních studií a nyní bylo potvrzeno termální zobrazování jako prostředek k posouzení muskuloskeletálních poranění u zvířat (4,5).

2. Předchozí klinické studie podporující navrhovaný výzkum

   Zajímavé je, že bylo provedeno velmi málo klinických studií, které by potvrdily použití termovizního zobrazování v lékařské diagnostice lidských nemocí. Využití termografie k diagnostice plicních onemocnění bylo studováno v Rusku v letech 1976, 1981 a 1991 ve třech samostatných studiích, ale tyto studie nebyly ani kontrolované, ani randomizované (6-8). V roce 1970 Potanin prokázal prostřednictvím série případů, že u pacientů s pneumonií se zvýšila teplota na hrudi a u pacientů s plicní embolií se teplota na hrudi snížila (12). Nejnovější a působivá studie hodnotící pneumonii pomocí termovizního zobrazování byla série případů provedená Wieckem et al. (2001), která ukázala, že pacienti s pneumonií prokázali snížení termografického signálu, protože pozitivně reagovali na léčbu (13). Modernější studie se mimo jiné pokusily ověřit infračervené termální zobrazování při měření velikosti mozkových nádorů během operace (9), screeningu na horečku u dětí (10) a předpovídání délky rekonvalescence po popáleninách (11). Neexistovala však moderní studie ověřující termovizi při diagnostice pneumonie.

3. Odůvodnění navrhovaného výzkumu a potenciálního přínosu pro společnost

Pneumonie je jedním z hlavních přispěvatelů k úmrtnosti dětí do pěti let na celém světě. Zobrazení na podporu diagnózy pneumonie může být velmi obtížné získat v prostředí s omezenými zdroji kvůli nedostatku vybavení a vyškoleného personálu. Snadno dostupné zobrazování zápalu plic pomocí technologie tepelného zobrazování může lékařům umožnit diagnostikovat zápal plic dříve a přesněji, což by vedlo ke snížení nemocnosti a mortality. V zemích s nízkými a středními příjmy, kde je dostupnost rentgenového záření v periferních centrech již omezená, může nadměrné využívání těchto zařízení vést ke spotřebě omezených lékařských zdrojů. Ověření termovize při diagnostice pneumonie by pravděpodobně vedlo k úsporám nákladů a zamezení vedlejších účinků antimikrobiálních látek a nadměrné radiace.

II. KONKRÉTNÍ CÍLE:

1. Chcete-li zjistit, zda lze kameru FLIR ONE použít k detekci rozdílů v teplotním spektru, které je klinicky použitelné. Teplota měřená teploměrem temporální tepny u hospitalizovaných pacientů se může lišit od méně než 96° Fahrenheita do více než 104° Fahrenheita. Základem kamery FLIR ONE a aplikace irPNA je zjišťování asymetrie teplot. Vyšetřovatelé doufají, že prokážou, že tato technologie má schopnost prokázat tento rozdíl.
2. Ověřit termovizi s kamerou FLIR ONE a aplikací irPNRA jako citlivou modalitu k diagnostice pneumonie. Vyšetřovatelé doufají, že prokážou, že při použití této modality k diagnostice pneumonie existuje jen málo falešně negativních výsledků.

3. Ověřit termovizi s kamerou FLIR ONE a aplikací irPNRA jako specifickou modalitu k odlišení pneumonie od jiných plicních procesů, jako je astma, plicní embolie a bronchiolitida. Vyšetřovatelé doufají, že prokážou, že při použití této modality k diagnostice pneumonie existuje jen málo falešně pozitivních výsledků.

   III. VÝBĚR PŘEDMĚTU:

   1. Kritéria zahrnutí/vyloučení

      Kritéria pro zařazení jsou 1) pacienti ve věku 28 dní až 17 let, 2) kteří mají dechovou tíseň a 3) kteří dostanou rentgen hrudníku. Vyšetřovatelé vyloučí pacienty se známým chronickým onemocněním plic.

   2. Zdroj vzorků

   Vyšetřovatelé získají souhlas od pacientů a rodičů na jednotce dětské intenzivní péče (PICU), dětském pohotovostním oddělení (ED) a dětských odděleních ve Všeobecné nemocnici v Massachusetts.

   IV. ZÁPIS PŘEDMĚTU:

   1. Způsoby zápisu

      Vyškolený klinický výzkumný personál bude přítomen na MGH PICU, pediatrických odděleních a ED a bude identifikovat potenciální subjekty prostřednictvím poskytovatelů. Kromě toho bude systém elektronických lékařských záznamů EPIC používat kvalifikovaný výzkumný personál (výzkumní asistenti, koordinátoři, manažeři) k elektronické identifikaci pacientů, kteří mohou být potenciálními kandidáty na studii. Subjekty, kterým byl pořízen rentgen hrudníku, budou osloveny k účasti na studii. Tato studie nebude zasahovat do lékařské péče subjektu.

      Pokud se pacient jeví jako způsobilý, poskytovatel pacienta nejprve osloví subjekt a zeptá se, zda je ochoten být osloven ohledně výzkumné studie. Pokud potenciální předmět odmítne, nebudou se již dále pokoušet předmět zapsat. Pokud subjekt souhlasí, že si s někým o výzkumu promluví, pracovník studie se na něj obrátí ohledně účasti.

      Nábor nebude zahrnovat omezení sociodemografických faktorů včetně etnických charakteristik. Nábor bude zbaven jakýchkoli postupů, které by mohly být vykládány jako donucovací.

   2. Postupy pro získání informovaného souhlasu

      Při zápisu v soukromé místnosti získá zkoušející/návrhovaná osoba písemný informovaný souhlas od rodičů (rodičů) nebo opatrovníka účastníků pro tuto studii. Během tohoto setkání vyšetřovatelé účastníkům připomenou, že se mohou svobodně rozhodnout, zda se výzkumu zúčastní nebo ne. Vyšetřovatelé použijí formulář obecného souhlasu pro rodiče/opatrovníky pacientů. Děti ve věku 14–17 let mohou poskytnout souhlas spolupodepsáním formuláře souhlasu s obecným vzorem, pokud je to možné. Vyšetřovatelé získají souhlas od subjektů ústně, je-li to možné.

   3. Přiřazení léčby a Randomizace

   Léčba nebo změny v plánu zdravotní péče nebudou na základě tohoto výzkumu prováděny.

   V. STUDIJNÍ POSTUPY:

   1. Parametry studie k měření

      Kromě získávání termosnímků pomocí kamery FLIR ONE vyšetřovatelé získají několik datových bodů pacienta. Patří mezi ně 1) hlavní potíže, 2) teplota temporální tepny, 3) teplota kůže, 4) teplota okolí, 5) dechová frekvence, 6) saturace kyslíkem, 7) výsledky rentgenového vyšetření hrudníku a relevantní údaje, 8) diagnóza propuštění a 9) dispozice. Další rentgenové snímky hrudníku nebudou získány, vyšetřovatelé použijí již pořízené rentgenové snímky jako součást diagnostického a léčebného přístupu a plánu pacienta.

   2. Léky k použití

      Žádný

   3. Zařízení, která mají být použita

      Kamera FLIR ONE připojená k šifrovanému iPhonu. Vyšetřovatelé také použijí aplikaci irPNRA na iPhone navrženou členem výzkumného týmu Jimem Lewisem, aby pomohla nasměrovat termovizi. iPhone je zašifrován podle předpisů Partners a nelze se připojit k telefonní síti nebo internetu. iPhone zůstane po celou dobu v „režimu letadla“. Biomed již tato zařízení prozkoumal a schválil.

   4. Postupy/chirurgické zákroky

      Žádný

   5. Údaje, které mají být shromažďovány, a kdy mají být údaje shromažďovány

   Vyšetřovatelé získají termosnímky FLIR ONE do 4 hodin od rentgenu hrudníku subjektu. Vyšetřovatelé také shromáždí následující údaje: 1) hlavní potíže, 2) teplota temporální tepny, 3) kožní teplota, 4) okolní teplota, 5) dechová frekvence, 6) saturace kyslíkem, 7) výsledky rentgenového vyšetření hrudníku a relevantní údaje , 8) diagnostika propuštění a 9) dispozice. Vitální údaje budou získány v době nejblíže k rentgenovému snímku hrudníku.

   Údaje o pacientech budou shromážděny před deidentifikací. Vyšetřovatelé použijí jméno pacienta a číslo lékařského záznamu pro přístup ke své tabulce v EMR. Poté budou z grafu získány následující údaje: 1) hlavní potíže, 2) teplota temporální tepny, 3) kožní teplota, 4) okolní teplota, 5) dechová frekvence, 6) saturace kyslíkem, 7) výsledky RTG hrudníku a relevantní údaje, 8) diagnóza propuštění a 9) dispozice. Rentgenové snímky budou získány, nahrány do aplikace LifeImage, deidentifikace a poté odeslány radiologovi z našeho výzkumného týmu s příslušným ID studie. Informace o pacientovi pak budou deidentifikovány a nahrazeny ID studie.

   VI. BIOSTISTICKÁ ANALÝZA:

   1. Specifické datové proměnné, které mají být shromažďovány

      Vyšetřovatelé shromáždí z pacientské tabulky následující proměnné: 1) hlavní potíže, 2) teplota temporální tepny, 3) teplota kůže, 4) okolní teplota, 5) dechová frekvence, 6) saturace kyslíkem, 7) výsledky rentgenového vyšetření hrudníku a relevantní údaje, 8) diagnóza propuštění a 9) dispozice.

      Vyšetřovatelé shromáždí z pacientových záznamů následující identifikátory před jejich deidentifikací: 1) jméno, 2) datum narození, 3) věk, 4) pohlaví a 5) MRN.

      Interpretace rentgenových snímků bude zaslepena. Rentgenové paprsky budou nahrány do LifeImage, de-identifikovány a poté odeslány radiologovi z našeho výzkumného týmu. Neidentifikované rentgenové snímky pak vyhodnotí radiolog.

   2. Koncové body studie

      Vyšetřovatelé posoudí teplotní asymetrii pomocí termokamery FLIR ONE se snímky hrudníku. Vyšetřovatelé porovnají tyto výsledky s výsledky rentgenového snímku hrudníku, který byl pořízen během posledních 12 hodin.

   3. Statistické metody

      Vyšetřovatelé porovnají výsledky rentgenu hrudníku s výsledky termovizního zobrazování FLIR ONE. Vyšetřovatelé použijí výpočty citlivosti a specificity založené na pozitivních a negativních výsledcích z těchto studií.

   4. Analýza výkonu

   Při použití standardu α = 0,05, velikosti vzorku = 31, pozorované četnosti falešně pozitivních (TI+|CXR-) = 0,38 a pozorované četnosti falešně negativních (TI-|CXR+) = 0,20 se použije síla (β-1) pro test na celkovou populaci byla vypočtena na 0,26. Aby bylo dosaženo síly 0,80 za podmínek, se kterými se setkáváme v této studii, výzkumníci by potřebovali 138 pacientů.

   VII. RIZIKA A NEKOMFORT:

   1. Komplikace chirurgických/nechirurgických výkonů

      Žádný

   2. Drogové vedlejší účinky a toxiny

      Žádný

   3. Komplikace a poruchy zařízení

      Zařízení FLIR ONE je termokamera, která se připojuje k iPhonu. Komplikace zařízení pacienta neovlivní. Pokud selže, vyšetřovatelé jej opraví nebo vymění.

   4. Psychosociální (nelékařská) rizika

      Riziko ztráty důvěrnosti bude minimalizováno používáním studijních ID ve studijní dokumentaci k identifikaci subjektů. Seznam propojující subjekty studie s ID studie bude uchováván na bezpečném místě, s přístupem omezeným pouze na personál přímo zapojený do výzkumné studie.

   5. Radiační rizika

   Nejsou známa žádná radiační rizika. Jak je uvedeno výše, budou použity pouze rentgenové snímky získané v rámci diagnostických a léčebných plánů pacienta. Žádné další rentgenové snímky nebudou pořízeny.

   VIII. POTENCIÁLNÍ VÝHODY:

   1. Potenciální výhody pro zúčastněné jednotlivce

      Účastníci nebudou mít ze své účasti ve studii žádný přímý prospěch.

   2. Potenciální přínosy pro společnost

   Celosvětově je zápal plic jednou z hlavních příčin úmrtnosti dětí v prvních 5 letech života. Jak v rozvinutých zemích, tak v prostředí s nedostatkem zdrojů je detekce bakteriálních patogenů kultivací krve nebo jiných vzorků časově náročná, postrádá citlivost a sahá od obtížných v USA až po nemožné v rozvojovém světě. Neschopnost určit, které děti mají bakteriální infekci, vede v USA k nadměrnému užívání antibiotik a zvýšenému riziku infekce multirezistentními organismy. V rozvojovém světě jsou důsledky prodlevy ve včasném zahájení antibiotické terapie a nadměrné odesílání dětí k hospitalizaci, které zahlcuje doporučující zařízení. Bez ohledu na prostředí existuje naléhavá potřeba diagnostiky v místě péče, aby bylo možné určit, které děti pravděpodobně mají bakteriální pneumonii a budou mít prospěch z podávání antibiotik.

   Kromě toho může pomoc při diagnostice pneumonie pomocí tepelného zobrazování vyhnout se rentgenovému záření hrudníku jako primárnímu diagnostickému nástroji a snížit zbytečnou expozici pacientů záření. Na JIP a odděleních není neobvyklé, že někteří pacienti vyžadují denní nebo dokonce častější rentgen hrudníku. Pokud jsou vyšetřovatelé schopni ověřit termální zobrazování jako nástroj k detekci zápalu plic, mohli by potenciálně minimalizovat radiační expozici těchto pacientů.

   IX. MONITOROVÁNÍ A ZAJIŠTĚNÍ KVALITY:

   1. Nezávislý monitoring zdrojových dat

      Vzhledem k relativně malé velikosti této studie a nedostatku vyšetřujícího agenta nebude zřízen výbor pro monitorování údajů a bezpečnosti za účelem vyhodnocení údajů a bezpečnosti účastníků. Hlavní zkoušející, stejně jako IRB Partners, zajistí dohled a kontrolu protokolu studie po celou dobu trvání studie.

   2. Bezpečnostní monitorování

      Žádné oficiální bezpečnostní monitorování nebude. Vyšetřovatelé předpokládají, že rizika účasti v této výzkumné studii budou minimální.

   3. Sledování výsledků

      Monitorování výsledků nebude. Léčba nebo změny v plánu zdravotní péče nebudou na základě tohoto výzkumu prováděny.

   4. Pokyny pro hlášení nežádoucích událostí

   Hlavní řešitel zkontroluje všechna hlášení o bezpečnosti nebo jiných obavách do 24 hodin od oznámení a sdělí je IRB v souladu se zásadami IRB Partners „Hlášení neočekávaných problémů včetně nežádoucích příhod“. Vyšetřovatelé nebudou pro tuto studii vyžadovat DSMB.