Diagnosztikai újítások a gyermekkori tuberkulózis kezelésére Bolíviában

Gyermekpopulációk, beiratkozás és nyomon követés: A vizsgálat első két évében egy "tesztpopulációt" vesznek fel 18 hónapra, hogy meghatározzák a kvantitatív cfDNS standardokat és tartományokat minden egyes klinikai kimenetelű csoporthoz, és így értékeljék a cfDNS prediktív értékeit. szintek a klinikai kimenetel biomarkereként. A perifériás vérben mért cfDNS-szintek dinamikáját két életkor szerinti gyermekcsoportban jellemezzük (2 hónapos-6 éves korig ["fiatalabb gyermekek"], 7-14 éves korig ["idősebb gyermekek"]). A rétegzett elemzés ezekkel az életkoron alapuló alcsoportokkal logikus, mivel a diagnosztikai tesztek hozama és a klinikai megjelenés eltérő ezekben a csoportokban.

A 2. célhoz a vizsgálat 3-4. évében egy "validációs populációt" vesznek fel 18 hónapra, hogy validálják a kvantitatív cfDNS standardokat és tartományokat minden egyes klinikai kimenetel csoportra vonatkozóan. Az alanyok toborzása, a tájékoztatáson alapuló beleegyezés, az adatgyűjtés és az elemzéshez szükséges tanulmányi csoportok ugyanazok, mint az 1. konkrét cél „tesztpopulációja” esetében. Az egyes vizsgálati csoportok alanyait életkor szerinti alcsoportokba sorolják (2 hónap-6 év, 7-14 év). A cfDNS sorozatszintjeit értékelik és jellemezik a megerősített és nem megerősített tbc-s csoportokban lévő gyermekeknél, hogy validálják a cfDNS-értékek normalizálódását hatékony anti-TB terápiával.

1. táblázat: Projekt idővonal

A kezdeti beiratkozás és az adatok/mintagyűjtés a TB-kezelés megkezdése előtt megtörténik a kórházban vagy a klinikán. Felvételi kritériumok: A 2 hónapos és 14 éves kor közötti gyermekek a „Dr. A Mario Ortiz Suarez" Santa Cruz-i Gyermekkórház, amely tüneti légúti megbetegedések és tuberkulózisgyanú miatt kiértékelésre jelentkezik, jogosult lesz a felvételre (a beválasztási kritériumok a bolíviai egészségügyi minisztérium irányelvein alapulnak a gyermekek tuberkulózisgyanús eseteire vonatkozóan). A kizárási kritériumok kiszűrését követően (az elmúlt egy évben tbc-vel kapcsolatos előzetes kezelés, a tbc megelőzésére szolgáló jelenlegi kezelés, 2,5 kg alatti testsúly vagy klinikai instabilitás, pozitív COVID-19 diagnosztikai teszt) a vizsgálatot végző munkatársak szóban bemutatják a tanulmányt a szülőknek, adjon részletesebb információkat tartalmazó brosúrát szülőknek és idősebbeknek egyaránt. Meg kell szerezni a szülői beleegyezést és a gyermekgyógyászati ​​résztvevő hozzájárulását. A vizsgálat magában foglalja a minták gyűjtését a diagnosztikai vizsgálatokhoz és a klinikai adatokhoz az alábbiak szerint, de a tuberkulózis kezelésével kapcsolatos döntéseket a kezelőorvos hozza meg, aki nem vesz részt a vizsgálatban. Mivel az adatelemzés vizsgálati csoportjait részben az elvégzett diagnosztikai tesztek eredményei és a kezelésre adott klinikai válasz alapján határozzák meg, az alanyokat a beiratkozáskor nem osztják be vizsgálati csoportokba. A vizsgálati csoportok beosztását (megerősített TB, nem megerősített TB és valószínűtlen TB) a projekt biostatisztikusa határozza meg, miután az alany elvégezte az összes vizsgálati tevékenységet (lásd a D.5. és D.7. vizsgálati csoportok hozzárendelését a kritériumokhoz és a csoportonkénti mintanagysághoz). . Mivel a gyermekkori tbc-re vonatkozó bolíviai irányelvek lehetővé teszik a légúti betegségben szenvedő gyermekek klinikai értékelését és csak néhány, a tbc-vel kapcsolatos kritériumot, ez a toborzási stratégia a tbc-s gyanús betegek populációját vonja majd be, amely lehetővé teszi számunkra a „tbc-s esetek” kimenetelének összehasonlítását (megerősítve). TBC és nem megerősített tbc) és olyan beteg betegeknél, akik nem felelnek meg az NIH nem megerősített tbc esetdefinícióinak (vagyis a valószínűtlen TB csoport, lásd D7). Ez a valószínűtlen tbc-s csoport „beteg/légúti betegségek kontrolljaként” fog szolgálni, elkülönülve a „jól kontrollált” csoporttól. Heti rendszerességgel a közösségi egészségügyi klinikákról is toboroznak majd légúti tünetekkel nem rendelkező, jól kontrollált alanyokat, akik életkora (+ 2 év) megegyezik a tbc-gyanús esetekkel. A kutak kontrolljainak csak egyetlen mintakészlete lesz, invazív minták nem.

D.4. Bolíviai vizsgálati személyzet: A vizsgálatban résztvevők toborzását és a mintagyűjtési tevékenységeket egy orvosi vizsgálati koordinátor irányítja, akit Dr. Ramiro Cabrera társkutató, gyermektüdőgyógyász és Santa Cruz-i gyermektuberkulózis regionális tanácsadója felügyel. A klinikai és a betegekkel kapcsolatos tevékenységeket tovább felügyeli a PI-k Richard Oberhelman (gyermekfertőző betegségek specialistája) és Robert Gilman (ID-specialista), valamint Jeffrey Tornheim ID specialisták és Carlton Evans, a Prisma limai igazgatója.

D.5. Elsődleges eredmények, statisztikai teljesítmény és mintanagyság Az 1. cél elsődleges eredménye a cfDNS-szint a) megerősített és nem megerősített tbc-s ("TB-esetek"), b) valószínűtlen tbc-s (UTB) gyermekeknél, és c) jóleső gyermekeknél ( WC). Az előzetes adatok alapján ezeknél a csoportoknál az átlagos cfDNS szintek (és szórások) 4,2 (4,0), 2,0 (3,2), illetve 1,1 (0,03) voltak. Feltételezzük, hogy a tbc-s gyermekekben szignifikánsan magasabb lesz a cfDNS szérumkoncentrációja, mint az UTB és WC csoportokban. Statisztikai teljesítmény és mintanagyság: A kétoldalú I. típusú hiba 0,05-re, a statisztikai teljesítmény 80%-ra van állítva, csoportonként 42 alany szükséges a TB és UTB gyermekek közötti szignifikáns különbség kimutatásához (Hulley képletei alapján). et al.). A TB és WC csoportok összehasonlításához összehasonlító csoportonként 13 gyermekre van szükség. A jelenlegi tanulmányok és a helyi egészségügyi minisztérium adatai alapján (lásd alább a D.7. pontot) évi 135 tbc-s esettel számolunk (55 2 hónap és 6 év között; 80 7-14 év között), vagy körülbelül 200 tbc eset 18 hónapos vizsgálati időszakonként (tesztpopulációra és validációs populációra). Évente 80 valószínűtlen tbc esetre számítunk (40 2 hónap és 6 év között: 40 7–14 év között), vagy körülbelül 105 valószínűtlen tbc esetre számítunk 18 hónapos vizsgálati időszakonként (18 hónap a tesztpopuláció és a validációs populáció esetében). toborzás). Az alanyokat két korcsoportba osztják (2 hónapos-6 éves, 7-14 éves korig). Korcsoportonként 42 kötelező tbc esettel a javasolt mintánk korcsoportonként legalább 50%-kal meghaladja a minimális követelményeket. Az itt található beiratkozási célok rugalmasságot biztosítanak a toborzási célok és a válaszadási arányok teljesítésében.

D.6. Eljárások és mintagyűjtés. A tuberkulózisgyanús kórházban kezelt betegek felvétele, klinikai értékelése és mintavételezése ugyanabban a helyiségben történik; ambuláns betegeknél a klinikai értékelés folyamata, gyomorszívás mintavétel a gyermekkórház Pneumológiai Klinika szaktanácsadójában, vérvétel a klinikai laboratóriumi flebotomiás helyiségben történik. A minta utólagos gyűjtése közösségi klinikákon történik, ahol a betegek heti rendszerességgel kapják a TB-gyógyszert, a kezelés megkezdése után 1 és 2 héttel pedig nyomon követik. Egy 2 hónapos ellenőrző látogatást terveznek egy rutin orvosi látogatással egybekötve, hogy lehetővé váljon a későbbi cfDNS biomarker minta nyomon követése.

A TB-vizsgálat alatt álló összes résztvevőnek a beiratkozáskor eljárásokat kell végrehajtania, beleértve:

• A 2015-ben felülvizsgált konszenzuskritériumok alapján a kórtörténet és a klinikai értékelés szükséges minden olyan kritérium pontos értékeléséhez, amelyek hozzájárulnak a későbbi TB kimeneti csoportokhoz való hozzárendelésükhöz.
• A Quantiferon-TB Gold In-Tube tesztet a tuberkulózis immunológiai bizonyítékainak kimutatására (beleértve a látens fertőzést [LTBI]) az Universidad Catolica laboratóriumunkban végezzük, szabványos protokollok alapján.
• HIV-szerológia, hacsak nem ismert, hogy HIV+, Abbott Alere Határozza meg a HIV 1/2-ét (lásd a D.8 Adatelemzést a HIV-szerosztatus szerinti analitikai kiigazításokhoz)
• COVID-19 PCR vagy antigénteszt – csak TB-gyanús betegek. (Ha pozitív, ezeket az alanyokat kizárjuk)
• Mellkasröntgen – csak TB gyanús betegek; nem végezték el a kútkontrollokon. AP és oldalnézet. A DICOM-ban feldolgozott digitális képeket elemzés céljából továbbítják Dr. Zimic laborjába.
• Tüdő ultrahang – csak TB gyanús betegek; Kútvezérlőkön nem hajtották végre. Az ultrahangvizsgálatot Dr. Fentress által felügyelt szabványos protokoll alapján végzik, a mellkas leképezése a midclavicularis vonalban elöl és hátul merőleges síkban a csúcsoktól a rekeszizomig, valamint a hónalj középső vonalában a hónaljtól a rekeszizomig, összesen 12 nézet per résztvevő. , ,
• Mintavétel a TB mikrobiológiához és PCR-hez – csak TB-gyanús betegeknél; nem végezték el a kútkontrollokon. Minden olyan alanynak, akinél TB-gyanús vizsgálatot végeztek, legalább három köpetnek megfelelő mintát kell gyűjteni az Xpert MTB/RIF által végzett TB mikrobiológiai és PCR-elemzés céljából. Az elfogadható minták közé tartozik (1) gyomorszívás, (2) köptető köpet (idősebb alanyoknál, akik köpet képződhetnek), vagy (3) a standard protokollunk szerint végzett húros tesztminták. A minták gyűjtése kora reggel, étkezés előtt történik, és a mintavételi időket legalább 24 óra választja el egymástól. Azokban az esetekben, amikor a szülők vagy a kezelőorvosok csak két mintát fogadnak el, a harmadik mintát nem veszik be. Az anti-TB kezelést akkor kezdik meg, ha az orvos az utolsó mintavételt követően a tuberkulózis mikrobiológiai vizsgálatára azt javasolja.
• Mikrobiológiai analízist végeznek a TB izolálására és kimutatására gyanús tbc-s betegektől gyűjtött mintákon, beleértve (1) Ziehl-Neelsen AFB kenetet, (2) TB tenyészetet és (3) és TB PCR kimutatást az Xpert MTB/RIF segítségével. A tbc-tenyészetek a MODS technikát fogják használni, amelyet Peru 8-ban, 10-ben fejlesztettünk ki
• A cfDNS-hez vénapunkcióval gyűjtött szérum. Az összes szérum cfDNS-mintát a World Courier által Tulane-ba szállítjuk szárazjégen, és az összes mintát aliquot részekre osztjuk, így a fele szállításra kerül, a másik felét pedig -80 C-on tároljuk.

A jól kontrollált alanyok részvétele a beiratkozási mintagyűjtés és kiértékelés után ér véget. A tbc-kezelést a kezelőorvos klinikai véleménye és a bolíviai nemzeti tbc-kezelési szabványok alapján minden feltételezett tbc-s betegnél megkezdik. A kompatibilis betegségben szenvedő és tbc-ellenes terápiában részesülő vizsgálatban résztvevőknek a következő eljárásokat kell elvégezniük a megadott időpontokban:

• Klinikai értékelés (1 héttel, 2 héttel és 2 hónappal a beiratkozás és a kezelés megkezdése után)
• Szérum cfDNS-hez és teljes vér CBC-hez (1 héttel, 2 héttel és 2 hónappal a beiratkozás után)
• A tuberkulózis elleni terápiában részesülő, javulást nem mutató alanyok esetében ismételje meg az értékelést (klinikus döntése szerint 2 héttel vagy 2 hónappal a felvételt követően). Minimum 2 minta kenethez, tenyészethez és Xpert MTB/RIF-hez (gyomorleszívás [intubációs/string teszttel] vagy köpet)

TB tenyésztési technikák. A begyűjtött mintákat M. tuberculosisra tenyésztik a Microscopic-Observation Drug-Susceptibility (MODS) módszerrel.8 Az egyes dekontaminált minták standard térfogatait módosított Middlebrook 7H9 táptalajba oltják, és steril 24 lyukú lemezen tenyésztik. A lemezeket műanyag visszazárható zacskóba helyezzük, 37 °C-on inkubáljuk, és minden második napon legfeljebb 30 napon keresztül vizsgáljuk fordított fénymikroszkóppal. A kötéssel rendelkező feltételezett TB-izolátumok pozitívnak bizonyultak, és az IS 6110 PCR-rel megerősítették.

CRISPR-TBD vizsgálatok: A keringő cfDNS-t Quick-cfDNA Serum & Plasma segítségével extraháljuk a Tulane-i Hu laborban. A CRISPR-TBDB PCR-alapú célamplifikációt igényel a CRISPR által közvetített fluoreszcens jel előállítása előtt, Huang et. al. 23 A CRISPR-TBDB adatokat in silico analízissel értékeljük a SnapGene szoftverrel (5.0.8-as verzió) és három párhuzamos CRISPR-TBDB vizsgálattal.

Mellkas röntgen és tüdő ultrahang vizsgálatok és adatfeldolgozás. Lásd alább a 3. konkrét célt.

D.7. Tanulmányi csoportos feladat. Megfigyeléses vizsgálati tervet fogunk alkalmazni 5, 2 hónapos és 14 éves kor közötti gyermekekből álló vizsgálati csoporttal, az alábbiak szerint. Ezek a következők: A) igazolt pulmonalis TB, B) nem igazolt pulmonalis tbc, C) valószínűtlen TB, D) az életkornak megfelelő kontrollok (amelyek az LTBI megléte vagy hiánya alapján 2 csoportra lesznek osztva). A legtöbb tbc-re kivizsgált és a kezelőorvos (nem tanulmányban részt vevő) orvos által meghatározott kezelést megkezdett gyermek a legújabb adatok alapján az A (körülbelül 10%) és a B (60-65%) csoportba sorolható. Az A és B csoportot együtt itt "TB eseteknek" nevezzük. Azon alanyok körülbelül 25-30%-a, akik megfelelnek a bolíviai irányelvek alapján bekerülési kritériumoknak, de nem felelnek meg a 2015-ös NIH útmutatásnak a megerősített vagy nem megerősített esetekre vonatkozó definíciójának, a C csoportba (nem valószínű TB) kerül be, amely az "egyéb légúti betegségek" összehasonlító csoportjaként szolgál. A becsült támogatható populáció a folyamatban lévő R21 vizsgálat adatain (0-5 éves gyermekek esetében) és az Egészségügyi Minisztérium adatain alapul. Az egyes tanulmányi csoportokra vonatkozó kritériumok és a csoportonként felvett becsült létszám évente a tantárgyfelvételi időszak alatt:

A. Megerősített TB – becslések szerint 65 alany évente (15 2 hónapos és 6 éves kor között; 50 7 és 14 év közötti kor között), a következőképpen definiálva:

• Tüneti kezdeti beiratkozáskor, a 2015. évi NIH Consensus Expert Panel 22 klinikai esetmeghatározása alapján (Quantiferon Gold pozitív vagy negatív).
• Pozitív M. tuberculosis tenyészet vagy pozitív Xpert MTB/RIF legalább egy biológiai mintából.

B. Nem megerősített TB becslések szerint 80 alany évente (40 2 hónapos és 6 éves kor között; 30 7 és 14 év közötti kor között), a következőképpen definiálva:

• Tünetmentes a felvételkor és a TB-vel összhangban lévő klinikai/radiográfiás értékelés, a 2015. évi NIH konszenzus szakértői panel 22 klinikai esetmeghatározása alapján (Quantiferon Gold pozitív vagy negatív).
• Negatív M. tuberculosis tenyészet és negatív Xpert MTB/RIF minden biológiai mintából.

C. Nem valószínű TB --- Évente 80 alany (40 2 hónapos és 6 éves kor között; 40 7 és 14 éves kor között), a következőképpen definiálva:

• Tünet a beiratkozáskor, DE a klinikai/radiográfiás értékelés NEM felel meg a meg nem erősített TB kritériumainak, a 2015. évi 22. szakértői panel klinikai definíciója szerint (Quantiferon Gold pozitív vagy negatív).
• Negatív M. tuberculosis tenyészet és negatív Xpert MTB/RIF minden mintából. D. Well Children Control Group-Egy minden gyermek számára a fenti A-C csoportokban, életkora a páros esetnek megfelelő.
• Olyan gyermekek, akik nem légúti betegségek miatt jelentkeznek, és nem tünetmentesek a tuberkulózisra.
• Klinikai és radiográfiai értékelés (ha elvégezték) NEM utal tbc-re, és NEM diagnosztizálták vagy kezelték a tbc-t a követési időszakban (minimum 8 hét).
• 2 alcsoportra osztva az LTBI jelenléte vagy hiánya alapján (Quantiferon Gold vizsgálattal).

D.8. Adatelemzés. Az alanyokat az adatok elemzésekor a diagnosztikai teszteredmények alapján "megerősített", "nem megerősített" és "nem valószínű" TBC-kbe sorolják a diagnosztikai tesztek eredményei és a klinikai fejlődés alapján. Mivel a legtöbb 7 éven aluli, tbc-ben szenvedő gyermek nem rendelkezik tenyésztéssel vagy Xpert igazolással, és a meg nem erősített tbc-eseteket epidemiológiai szempontból valós esetnek tekintik, ezeket a csoportokat az elemzéshez "TB-esetként" is egyesítjük. Az egyes vizsgálati csoportok alanyait életkoron alapuló alcsoportokba sorolják (2 hónap-6 év, 7-12 év). A feltáró elemzésekhez további alcsoportok vizsgálatára kerül sor a HIV-szerosztatuson alapuló HIV+ alanyok bevonásával és kizárásával (a HIV szeroprevalenciája rendkívül alacsony ebben a populációban, így a HIV-státusz hatása valószínűleg minimális lesz). A szex minden elemzésben független változónak tekintendő. Ezenkívül a nem, mint interakciós kifejezés minden elsődleges prediktorváltozóval szemben (megfigyelési idő, cfDNS szint) szerepel. A cfDNS sorozatszintjét felmérik és jellemezik a megerősített és nem megerősített tbc-s csoportokban lévő gyermekeknél. A replikált cfDNS értékeket úgy standardizálják, hogy átlagértékeiket a megfelelő koncentrációkhoz viszonyítva négyparaméteres logisztikus regressziós modellekkel modellezik. Mann Whitney U-teszteket használnak a hipotézisek tesztelésére, összehasonlítva a tbc-es esetcsoportot a három összehasonlító csoporttal (gyerekek, akiknek valószínűtlen a tbc-je, jó állapotúak LTBI-ban szenvednek, és egészséges gyermekek, akiknek nincs LTBI). A feltáró elemzések összehasonlítják az eredményeket (cfDNS szint, TB kockázati pontszámok) az "arany standard" megerősített TB (kultúra vagy Xpert MTB-RIF pozitív) csoport és a nem megerősített (tenyészet és Xpert negatív) csoport között. Bonferroni korrekciós tényezőt alkalmazunk a többszörös tesztelés figyelembevételére a korcsoportok rétegeiben.

A kezelésre adott válasz elemzéséhez (2. specifikus cél) a pozitív válasz a 2015-ös klinikai esetdefiníciók konszenzusos dokumentuma szerint, 1 hét, 2 hét és 2 hónap után mérve. jelentkezés után, akár:

a) A tuberkulózis elleni terápiára adott válasz: javultak a tuberkulózisra utaló, a kiinduláskor jelenlévő klinikai jellemzők, és nincs új, tuberkulózisra utaló klinikai tünet; VAGY (b) Nincs válasz az antituberkulózis-terápiára: a tuberkulózis betegségre utaló klinikai jellemzők, amelyek a kiinduláskor jelen voltak, nem javultak, vagy rosszabbodtak.

Az analitikai cél a cfDNS-szintek válaszkülönbségének időbeli összehasonlítása. Általános becslési egyenleteket (GEE) fognak használni a kezelésre adott válasz modellezésére a megfigyelési idő és a cfDNS szint függvényében. Egy interakciós kifejezést fog tartalmazni a GEE modell, hogy megvizsgálja, hogy a cfDNS-szintek időbeli mintázata választípusonként különbözik-e. Páronkénti összehasonlításokat hajtunk végre a cfDNS-szintek összehasonlítására a válaszcsoportok között minden időpontban. Súlyozott GEE modelleket használunk a hiányzó nyomon követési adatok figyelembevételére. A pozitív kezelési válaszig eltelt idő értékeléséhez Kaplan Meier-görbéket alkalmazunk, beleértve a kezelési választ cenzúrázó változóként, és az idő függvényében ábrázoljuk a cfDNS-szintek függvényében (tertilisbe sorolva).

D.9 Konkrét cél #3: Határozza meg a korrelációt a cfDNS-szintek és a TB betegség kockázati pontszámának kvantitatív biomarkerei között, amelyet (1) számítógépes elemzéssel mért mellkas röntgenfelvétellel és (2) hordozható/alacsony készülékkel végzett tüdő ultrahanggal határoztak meg. - költségszonda és gépi tanulási algoritmusok segítik az automatikus értelmezést radiológus nélkül. Ezeket a biomarkereket potenciális kofaktorokként fogják tesztelni, amelyek kombinálódhatnak a perifériás vér cfDNS-szintjével, hogy javítsák a tuberkulózis-betegség kimutatását gyermekeknél. Másodlagos célként a mellkas röntgen és a tüdő ultrahang leleteit vizsgáljuk meg mesterséges intelligencia algoritmusok értelmezésével, hogy feltárjuk a cfDNS és a képalkotó biomarkerek közötti lehetséges összefüggéseket. Az a tény, hogy a képalkotó eredmények a betegségek legkonkrétabb bizonyítékai a számos „puha” diagnosztikai kritérium közül, igazolja ezt a feltáró elemzést a korlátozott érzékenység és specifitás ellenére. Ha a tüdőpatológia jelenléte a tbc-s gyermekeknél a képalkotó vizsgálatok során korrelál a cfDNS-szinttel, akkor ez egy olyan megállapítás, amely rendkívül hasznos lenne az LMIC-ben dolgozó egészségügyi szakemberek számára. A mellkasi röntgenfelvételek értelmezése azonban vitathatatlanul a legnagyobb kihívást jelentő eleme a TB-diagnosztikai kritériumoknak, mivel kifinomult, drága berendezéseket és szakértő személyzetet igényel, mind az adatgyűjtéshez technikusokat, mind az értelmezéshez egészségügyi szakembereket. A képalkotó adatok elemzésének sokoldalú megközelítését javasoljuk, két, az orvosi szakirodalomban is támogatott, nem hagyományos megközelítést alkalmazva, azaz 1) a tüdő ultrahangját, mint a mellkas röntgenfelvételének sugárzásmentes alternatíváját, amely általában hordozhatóbb, számos olcsó, hordozható platformok; és 2) a mellkas röntgenfelvételek és a LUS automatizált értelmezésének alkalmazása gépi tanulási számítógépes tervezés (CAD) technológiával. A 15 éves és idősebb tuberkulózisban szenvedő betegek mellkasi röntgenfelvételeinek értelmezésére forgalmazott CAD-technológiák közül csak egy rendelkezik széles körben validált és CE-tanúsítvánnyal az Európai Unióban a 4 évesnél idősebb gyermekeknél való használatra a Delft Imaging CAD4TB platformon. , , A CAD4TB a DICOM-képeket mellkasröntgen segítségével dolgozza fel, hogy 0-tól 100-ig terjedő pontszámot adjon az aktív tbc valószínűségének felmérésére, valamint egy hőtérkép-képet, amely jelzi a tüdő tuberkulózissal összefüggő patológiás szakaszait (lásd 7. ábra). A tanulmányhoz szükséges CAD4TB szoftvert és technikai támogatást a Delft Imaging adományozza (lásd a támogató levelet). Ezenkívül Dr. Mirko Zimic olyan gépi tanulási megközelítéseket fog alkalmazni, amelyeket a LUS gyermekkori tüdőgyulladásának algoritmusainak kidolgozására használ, hogy hasonló stratégiát dolgozzon ki a gyermekkori tuberkulózis kezelésére. Mind a CAD4TB platform, mind a Zimic LUS algoritmus olyan TB kockázati pontszámot állít elő, amely összehasonlítható a radiológus értelmezéseivel, és mind az AI-alapú kockázati pontszámok, mind a hagyományos kockázati pontszámok korrelálnak a cfDNS-szintekkel.

Az összes ultrahangos vizsgálatot képzett személyzet végzi el a General Electric VIVID i BT12 készülékkel, nagyfrekvenciás lineáris szondával. A szonográfus rögzíti a kóros ultrahang-leletek jelenlétét és elhelyezkedését a Fentress et. al. 16 Minden ultrahangos nézetből legalább egy videót rögzítünk, hogy lehetővé tegyük a külső áttekintést a szkennelés után, résztvevőnként legalább 12 ultrahangos videóhoz.

D. 10. Képalkotó értelmezés és elemzés: A mellkas röntgenfelvételek eredményeit két formátumban rögzítik:

1. A röntgenfelvételeket egymástól függetlenül két gyermekradiológus vizsgálja felül, akik a 2015-ös szakértői testület által meghatározott, PTB-re utaló konkrét leletek meglétét vagy hiányát veszik észre. 22 Ezek a leletek közé tartozik a lymphadenopathia, a légtér homályosodása, csomók és pleurális folyadékgyülem. A radiológusok jelentéseit összehasonlítják majd a 2015-ös klinikai kritériumok szerint a „tuberkulózissal összeegyeztethető” és a kongruencia meghatározása érdekében. Abban az esetben, ha a megállapítás ellentmondásos, egy harmadik radiológus határoz. A radiológusok standard skála alapján rögzítik a leleteket és a súlyosságot, hogy kockázati pontszámot adjanak az elemzéshez.
2. A DICOM-képeket a CAD4TB v7 programmal, közzétett eljárások alkalmazásával értékelik ki, hogy létrehozzák a TB kockázati pontszámot és a tüdő hőtérkép-képét.

A hagyományos mellkasröntgen-pontszámokat a pozitívnak ellenőrzött leletek száma határozza meg (az összesen n = 8 lehetséges leletből) az NIH konszenzusos papír CXR sablonja alapján. A CAD4TB független, annotált adatkészletekre van kiképezve a TB jellemzőinek felismerésére, és 0-100 pontszámot ad ki, amely jelzi a TB valószínűségét. A rendellenességek hőtérképe is létrejön, hogy jelezze a tüdő abnormálisként észlelt régióit. Az elemzési terv három tényezőt tartalmaz: hagyományos röntgen vagy CAD4TB pontszám (sorrendi válaszváltozó), megfigyelési idő és cfDNS szint. Az analitikai cél a CAD4TB pontszámértékek és a cfDNS-szintek közötti időbeli szignifikáns különbségek tesztelése. A GEE-t a CAD4TB pontszámok időbeli és cfDNS-szint függvényében történő modellezésére fogják használni. Egy interakciós kifejezést fogunk használni annak tesztelésére, hogy a cfDNS-szintek időbeli trendjei eltérnek-e a CAD4TB pontszámtól függően. Páronkénti összehasonlítást alkalmazunk a cfDNS-szintek és a CAD4TB pontszámok közötti szignifikáns különbségek tesztelésére minden egyes időpontban. Súlyozott GEE modelleket használunk a hiányzó nyomon követési adatok figyelembevételére. 31

A tüdő ultrahang (LUS) eredményeit a hagyományos és az automatizált gépi tanulási megközelítések is hasonlóan értékelik. Az összes mentett ultrahangképet egy tüdő-ultrahang-szakértő felülvizsgálja, aki nem ismeri a résztvevő klinikai adatait. Ha nézeteltérés van a terepi szonográfus értelmezése és az elvakult LUS-szakértő között, ezt egy második elvakult ultrahang-szakértő bírálja el. A LUS-képeket vizuálisan értékelik, és a TB-re vonatkozó pozitív vagy negatív kategóriákba sorolják a 2015-ös, szakértői panel által meghatározott, a LUS-ra alkalmazott mellkas röntgenfelvételek tüdőleletei alapján. Egy tüdő-ultrahangos felvételeken alapuló mesterséges konvolúciós neurális hálózatot (CNN) képeznek ki a tuberkulózis előrejelzésére Zimic és munkatársai által korábban közzétett módszerekkel. al., 22, 23, az NIH kritériumok és a mellkas röntgenfelvételek alapján készült gold standard besorolása szerint. Korábbi tanulmányokban kifejlesztettünk egy CNN-t a TB felismerésére MODS-tenyészetekben, amely 96%-os pontosságot, 96%-os érzékenységet és 96%-os specificitást ért el, bizonyítva, hogy a CNN-ek segíthetik vagy helyettesíthetik a személyzetet a TB automatizált diagnosztizálásában.22, 23 A javasolt CNN a Caffe és a Tensorflow keretrendszerek felhasználásával történik, mivel azok sebessége és modularitása. A rendszert Pythonban fejlesztik OpenCV könyvtárak felhasználásával az észlelési lépésben. Az egyes LUS-videók minden képkockáját a szakértő manuálisan felcímkézi, hogy megállapítsa, van-e bizonyíték a TB-elváltozásokra. LeNet CNN variáns modellt fogunk használni, amely két konvolúciós rétegre támaszkodik, mindegyiket pooling műveletek követik, például almintavétel, amely figyelembe veszi a fordítási invarianciát. A fent említett rétegek kombinációja várhatóan összesen 60 000 tanulható paramétert ad. Mivel az első két évben várhatóan 280 gyermeket fognak beíratni, mindegyik 1 perces videóval a LUS-ból 30 képkocka/másodperc sebességgel (1800 képkocka), így összesen 504 000 képünk lesz. Szabványos adatkiegészítéssel legalább 4x106-os képre számítunk a megfelelő CNN képzéshez. Több logisztikus regressziós elemzést fognak használni az arany standard TB besorolású TB modellezésére, beleértve a cfDNS-szintet és az ultrahangos CNN-pontszámot előrejelzőként, korhoz és nemhez igazítva.

A LUS-elemzés a CXR-hez használt módszerekhez hasonló, LUS-alapú eredményekhez adaptált módszerekkel történik. A LUS-pontszámot az NIH CXR-re vonatkozó konszenzusos dokumentumából adaptálják, és a pozitívként ellenőrzött leletek mennyiségi számának kombinációjából áll (az összes n=5-ből: konszolidáció, kis szubpleurális konszolidáció, üreg, pleurális folyadékgyülem és miliáris mintázat ), valamint a kóros tüdőrégiók számát és elhelyezkedését, egy logisztikus regressziós modellbe beépítve. A LUS-t úgy is értelmezik, mint "konzisztens a TB-vel" vagy "nem konzisztens a TB-vel", ugyanazon kritériumok alapján, amelyeket a CXR-re az NIH konszenzusos dokumentumában használtak. A fentebb a CXR-re leírt GEE-alapú megközelítést a LUS adatok elemzésére is alkalmazni fogják.