Validering af termisk billeddannelse til påvisning af lungebetændelse

I. BAGGRUND OG BETYDNING

1. Historisk baggrund

   Hver dag dør 16.000 børn under 5 år. Selvom der er gjort fremskridt i tidlig diagnosticering og behandling af lungebetændelse, tegner det sig stadig for omkring 15 % af dødsfaldene blandt børn under 5 år (1). Desværre er plejeudbydere i lav- og mellemindkomstlande (LMIC'er) begrænsede på grund af mangel på ressourcer og uddannelse. Røntgenbilleder af thorax er særligt vanskelige at opnå i disse LMIC'er (14). Ironisk nok er smartphones let tilgængelige. Siden udviklingen i 1960 har fremadskuende infrarøde (FLIR) kameraer gjort adskillige teknologiske fremskridt. Navnlig er de nu mere overkommelige og kompakte, og de kan tilsluttes smartphones. FLIR-kameraer har nu potentialet til at hjælpe med tidlig diagnose og efterfølgende behandling af børnelungebetændelse.

   FLIR-billeddannelse blev først udviklet i 1956 med militærfinansiering ved University of Chicago. Fra 1960'erne til 1970'erne blev FLIR-teknologien uafhængigt modificeret af både Air Force og Texas Instruments Inc. til brug for militærfly (2). Wendell Smith dokumenterede første gang brugen af ​​termisk billeddannelse i medicinsk diagnose i 1964. Smith krævede 6 minutter for at tage hver termograf af de heste, han studerede (3). Flere veterinære undersøgelser er blevet udført siden da, og nu er termisk billeddannelse blevet valideret som et middel til at vurdere muskuloskeletale skader hos dyr (4,5).

2. Tidligere kliniske undersøgelser, der understøtter den foreslåede forskning

   Interessant nok er meget få kliniske undersøgelser blevet udført for at validere brugen af ​​termisk billeddannelse til medicinsk diagnose for menneskelige sygdomme. Brugen af ​​termografi til at diagnosticere lungesygdomme blev undersøgt i Rusland i 1976, 1981 og 1991 i tre separate studier, men disse studier var hverken kontrollerede eller randomiserede (6-8). I 1970 påviste Potanin gennem en case-serie, at patienter med lungebetændelse havde øget overliggende brysttemperatur, og patienter med lungeemboli havde nedsat overliggende brysttemperatur (12). Den seneste og mest virkningsfulde undersøgelse, der evaluerede lungebetændelse med termisk billeddannelse, var en caseserie udført af Wiecek et al. (2001), som viste, at patienter med lungebetændelse viste en reduktion i termografisk signal, da de reagerede positivt på behandlingen (13). Mere moderne undersøgelser har forsøgt at validere infrarød termisk billeddannelse ved at måle størrelsen af ​​hjernetumorer intraoperativt (9), screening for feber hos børn (10) og forudsige længden af ​​rekreation efter forbrændingsskader (11), blandt andre. Der har dog ikke været en moderne undersøgelse, der validerer termisk billeddannelse til diagnosticering af lungebetændelse.

3. Begrundelse bag foreslået forskning og potentiel fordel for samfundet

Lungebetændelse er en af ​​de primære bidragsydere til dødelighed under fem år på verdensplan. Billeddiagnostik til at understøtte diagnosen lungebetændelse kan være meget vanskelig at opnå i ressourcebegrænsede omgivelser på grund af mangel på udstyr og uddannet personale. Lettilgængelig billeddannelse af lungebetændelse med termisk billeddannelsesteknologi kan give praktiserende læger mulighed for at diagnosticere lungebetændelse tidligere og mere præcist, hvilket ville føre til nedsat sygelighed og dødelighed. I LMIC'er, hvor røntgentilgængeligheden allerede er begrænset i perifere centre, kan overdreven brug af disse faciliteter føre til forbrug af begrænsede medicinske ressourcer. Validering af termisk billeddannelse i diagnosticering af lungebetændelse vil sandsynligvis føre til omkostningsbesparelser og undgåelse af bivirkninger af antimikrobielle stoffer og overdreven stråling.

II. SPECIFIKKE MÅL:

1. For at bestemme, om FLIR ONE-kameraet kan bruges til at detektere forskelle i et temperaturspektrum, der er klinisk anvendeligt. Temperaturen målt med et temporalt arterietermometer på indlagte patienter kan variere fra mindre end 96 ° Fahrenheit til over 104 ° Fahrenheit. Grundlaget for FLIR ONE-kameraet og irPNA-applikationen er at detektere asymmetri i temperaturer. Efterforskerne håber at demonstrere, at denne teknologi har evnen til at demonstrere denne forskel.
2. At validere termisk billeddannelse med FLIR ONE-kameraet og irPNRA-applikationen som en følsom modalitet til at diagnosticere lungebetændelse. Efterforskerne håber at påvise, at der er få falske negativer, når man bruger denne modalitet til at diagnosticere lungebetændelse.

3. At validere termisk billeddannelse med FLIR ONE-kameraet og irPNRA-applikationen som en specifik modalitet til at differentiere lungebetændelse fra andre lungeprocesser, såsom astma, lungeemboli og bronchiolitis. Efterforskerne håber at påvise, at der er få falske positiver, når man bruger denne modalitet til at diagnosticere lungebetændelse.

   III. VALG AF EMNE:

   1. Inklusions-/Eksklusionskriterier

      Inklusionskriterier er 1) patienter i alderen 28 dage til 17 år, 2) som har åndedrætsbesvær og 3) som får røntgenbillede af thorax. Efterforskerne vil udelukke patienter med kendt kronisk lungesygdom.

   2. Kilde til prøver

   Efterforskerne vil opnå samtykke fra patienter og forældre på Pediatric Intensive Care Unit, (PICU) Pediatric Emergency Department (ED) og pædiatriske afdelinger på Massachusetts General Hospital

   IV. EMNE TILMELDING:

   1. Metoder til tilmelding

      Uddannet klinisk forskningspersonale vil være til stede i MGH PICU, pædiatriske afdelinger og ED og identificere potentielle emner gennem udbydere. Derudover vil det elektroniske sygejournalsystem EPIC blive brugt af kvalificeret forskningspersonale (forskningsassistenter, koordinatorer, ledere) til elektronisk at identificere patienter, der kan være potentielle kandidater til undersøgelsen. Forsøgspersoner, der får taget røntgenbillede af thorax, vil blive henvendt til undersøgelsesdeltagelse. Denne undersøgelse vil ikke forstyrre forsøgspersonens lægebehandling.

      Hvis en patient ser ud til at være berettiget, vil patientens udbyder først henvende sig til emnet og spørge, om de er villige til at blive kontaktet om en forskningsundersøgelse. Hvis det potentielle emne afslår, vil der ikke blive gjort yderligere forsøg på at tilmelde emnet. Hvis forsøgspersonen indvilliger i at tale med nogen om forskning, vil en undersøgelsesmedarbejder henvende sig til ham eller hende om deltagelse.

      Rekruttering vil ikke involvere restriktioner på sociodemografiske faktorer, herunder etniske karakteristika. Rekruttering vil være fri for procedurer, der kan opfattes som tvangsmæssige.

   2. Procedurer for at opnå informeret samtykke

      Ved tilmelding, i et privat rum, vil investigator/udpeget indhente skriftligt informeret samtykke fra deltagernes forældre eller værge til denne undersøgelse. Under dette møde vil efterforskerne minde deltagerne om, at de frit kan vælge at deltage i forskningen eller ej. Efterforskerne vil bruge en generel samtykkeformular til patienternes forældre/værger. Børn 14-17 kan give samtykke ved at medunderskrive samtykkeformularen til den generelle skabelon, når det er muligt. Efterforskerne vil indhente samtykke fra forsøgspersonerne mundtligt, når det er muligt.

   3. Behandlingsopgave og randomisering

   Behandlinger eller ændringer i sundhedsplanen vil ikke blive foretaget på baggrund af denne forskning.

   V. STUDIEPROCEDURER:

   1. Undersøgelsesparametre, der skal måles

      Ud over at opnå termiske billeder med FLIR ONE-kameraet vil efterforskerne indhente flere patientdatapunkter. Disse omfatter 1) hovedklage, 2) temporal arterietemperatur, 3) kutan temperatur, 4) omgivelsestemperatur, 5) respirationsfrekvens, 6) iltmætning, 7) røntgenresultater af thorax og relevante data, 8) udledningsdiagnose og 9) disposition. Yderligere røntgenbilleder af thorax vil ikke blive opnået, efterforskerne vil bruge røntgenbilleder, der allerede er anskaffet som en del af patientens diagnose og behandlingstilgang og -plan.

   2. Lægemidler, der skal bruges

      Ingen

   3. Enheder, der skal bruges

      FLIR ONE kamera, knyttet til en krypteret iPhone. Efterforskerne vil også bruge irPNRA-applikationen på iPhone designet af forskerteammedlem Jim Lewis til at hjælpe med at styre den termiske billeddannelse. iPhonen er krypteret af Partners regler og kan ikke oprette forbindelse til et telefonnetværk eller internettet. iPhone forbliver i 'flytilstand' til enhver tid. Biomed har allerede undersøgt og godkendt disse enheder.

   4. Procedurer/Kirurgiske indgreb

      Ingen

   5. Data, der skal indsamles, og hvornår dataene skal indsamles

   Efterforskerne vil tage FLIR ONE termiske billeder inden for 4 timer efter forsøgspersonens røntgenbillede af thorax. Efterforskerne vil også indsamle følgende data: 1) hovedklage, 2) temporal arterietemperatur, 3) kutan temperatur, 4) omgivelsestemperatur, 5) respirationsfrekvens, 6) iltmætning, 7) røntgenresultater af thorax og relevante data , 8) udskrivningsdiagnose og 9) disposition. De vitale oplysninger vil blive opnået på det tidspunkt, der er nærmest røntgenbilledet af thorax.

   Patientdata vil blive indsamlet, inden de afidentificeres. Efterforskerne vil bruge patientens navn og journalnummer for at få adgang til deres diagram i EMR. Derefter vil følgende data blive opnået fra diagrammet: 1) hovedklage, 2) temporal arterietemperatur, 3) kutan temperatur, 4) omgivelsestemperatur, 5) respirationsfrekvens, 6) iltmætning, 7) røntgenresultater af thorax og relevante data, 8) udskrivningsdiagnose og 9) disposition. Røntgenbillederne vil blive indhentet, uploadet til LifeImage-applikationen, afidentificeret og derefter sendt til radiologen på vores forskerhold med det relevante studie-id. Patientoplysningerne vil derefter blive afidentificeret og erstattet med et undersøgelses-id.

   VI. BIOSTATISTISK ANALYSE:

   1. Specifikke datavariabler, der skal indsamles

      Efterforskerne vil indsamle følgende variabler fra patientskemaet: 1) hovedklage, 2) temporal arterietemperatur, 3) kutan temperatur, 4) omgivelsestemperatur, 5) respirationsfrekvens, 6) iltmætning, 7) røntgenresultater af thorax. og relevante data, 8) udskrivningsdiagnose og 9) disposition.

      Efterforskerne vil indsamle følgende identifikatorer fra patientjournalen, før de afidentificeres: 1) navn, 2) DOB, 3) alder, 4) køn og 5) MRN.

      Tolkning af røntgenbillederne vil blive blændet. Røntgenbillederne vil blive uploadet til LifeImage, afidentificeret og derefter sendt til radiologen på vores forskerhold. De afidentificerede røntgenbilleder vil derefter blive vurderet af radiologen.

   2. Undersøgelses endepunkter

      Efterforskerne vil vurdere for temperaturasymmetri med FLIR ONE termiske kamera med billeder taget af brystet. Efterforskerne vil sammenligne disse resultater med resultaterne af et røntgenbillede af thorax taget inden for de sidste 12 timer.

   3. Statistiske metoder

      Efterforskerne vil sammenligne røntgenbilleder af thorax med FLIR ONE termiske billeddannelsesresultater. Efterforskerne vil bruge sensitivitets- og specificitetsberegninger baseret på de positive og negative resultater fra disse undersøgelser.

   4. Power Analyse

   Ved at bruge standarden α = 0,05, prøvestørrelse = 31, observeret falsk positiv (TI+|CXR-) rate =0,38 og den observerede falsk negative (TI-|CXR+) rate = 0,20, styrken (β-1) for den anvendte test til den samlede befolkning blev beregnet til 0,26. For at opnå en styrke på 0,80 med de betingelser, der er stødt på i denne undersøgelse, ville efterforskerne kræve 138 patienter.

   VII. RISICI OG UBEhag:

   1. Komplikationer af kirurgiske/ikke-kirurgiske indgreb

      Ingen

   2. Lægemiddelbivirkninger og toksiner

      Ingen

   3. Enhedskomplikationer og funktionsfejl

      FLIR ONE-enheden er et termisk kamera, der kan tilsluttes en iPhone. Komplikationer af enheden vil ikke påvirke patienten. Hvis det ikke fungerer, vil efterforskerne reparere eller erstatte det.

   4. Psykosociale (ikke-medicinske) risici

      Risikoen for tab af fortrolighed vil blive minimeret ved at bruge undersøgelses-id'er på undersøgelsesdokumentationen til at identificere forsøgspersoner. Listen, der forbinder forsøgspersonerne med undersøgelses-id'erne, vil blive opbevaret på et sikkert sted, med adgang begrænset til personale, der er direkte involveret i undersøgelsen.

   5. Strålingsrisici

   Der er ingen kendte strålingsrisici. Som nævnt ovenfor vil kun røntgenbilleder opnået som en del af patientdiagnostik og behandlingsplaner blive brugt. Der vil ikke blive taget yderligere røntgenbilleder.

   VIII. POTENTIELLE FORDELE:

   1. Potentielle fordele for deltagende enkeltpersoner

      Deltagerne vil ikke få nogen direkte fordel af deres deltagelse i undersøgelsen.

   2. Potentielle fordele for samfundet

   På verdensplan er lungebetændelse en af ​​de førende årsager til dødelighed hos børn i de første 5 leveår. I både udviklede lande og ressourcefattige omgivelser er påvisning af bakterielle patogener ved at dyrke blod eller andre prøver tidskrævende, mangler følsomhed og spænder fra vanskelig i USA til umulig i udviklingslandene. I USA resulterer manglende evne til at afgøre, hvilke børn der har en bakteriel infektion i overdreven brug af antibiotika og øget risiko for infektion med multi-drug-resistente organismer. I udviklingslandene er konsekvenserne forsinkelser i rettidig indledning af antibiotikabehandling og overdreven henvisning af børn til hospitalsindlæggelse, der overvælder henvisningsfaciliteterne. Uanset indstilling er der et presserende behov for behandlingsstedsdiagnostik for at afgøre, hvilke børn der sandsynligvis har bakteriel lungebetændelse og vil have gavn af administration af antibiotika.

   Desuden kan hjælp til diagnosticering af lungebetændelse med termisk billeddannelse undgå røntgen af ​​thorax som det primære diagnostiske værktøj og reducere unødvendig eksponering af patienter for stråling. På PICU og afdelingerne er det ikke ualmindeligt, at nogle patienter har behov for daglige eller endnu hyppigere røntgenbilleder af thorax. Hvis efterforskerne er i stand til at validere termisk billeddannelse som et værktøj til at detektere lungebetændelse, kan efterforskerne potentielt minimere disse patienters strålingseksponering.

   IX. OVERVÅGNING OG KVALITETSSIKRING:

   1. Uafhængig overvågning af kildedata

      I betragtning af denne undersøgelses relativt lille størrelse og manglen på et forsøgsmiddel, vil der ikke være nedsat et data- og sikkerhedsovervågningsudvalg med det formål at evaluere deltagernes data og sikkerhed. Den primære investigator, såvel som Partners IRB, skal sørge for tilsyn og gennemgang af undersøgelsesprotokollen i hele undersøgelsens varighed.

   2. Sikkerhedsovervågning

      Der vil ikke være nogen officiel sikkerhedsovervågning. Forskerne forventer, at risikoen ved deltagelse i dette forskningsstudie er minimal.

   3. Overvågning af resultater

      Der vil ikke være nogen overvågning af resultater. Behandlinger eller ændringer i sundhedsplanen vil ikke blive foretaget på baggrund af denne forskning.

   4. Retningslinjer for rapportering af uønskede hændelser

   Den primære investigator vil gennemgå alle rapporter om sikkerhed eller andre bekymringer inden for 24 timer efter at være blevet underrettet og kommunikere disse til IRB i henhold til Partners IRB-politik "Rapportering af uforudsete problemer, herunder uønskede hændelser". Efterforskerne vil ikke kræve en DSMB til denne undersøgelse.