肺炎を検出するための熱画像の検証

I. 背景と意義

1. 歴史的背景

   毎日16,000人の5歳未満の子供が亡くなっています。 肺炎の早期診断と治療は進歩しましたが、依然として 5 歳未満の子供の死亡の約 15% を肺炎が占めています (1)。 残念ながら、低・中所得国（LMIC）の介護提供者は、リソースとトレーニングの不足により限られています。 これらの LMIC では胸部 X 線写真を取得することが特に困難です (14)。 皮肉なことに、スマートフォンは簡単に入手できます。 1960 年の開発以来、前方監視赤外線 (FLIR) カメラはいくつかの技術的進歩を遂げてきました。 特に、スマートフォンに取り付けられるようになり、より手頃な価格でコンパクトになりました。 FLIR カメラは、小児肺炎の早期診断とその後の治療に役立つ可能性を秘めています。

   FLIR イメージングは​​、1956 年にシカゴ大学の軍事資金によって初めて開発されました。 1960 年代から 1970 年代にかけて、FLIR テクノロジーは軍用機で使用するために空軍と Texas Instruments Inc. の両方によって独自に改良されました (2)。 ウェンデル・スミスは 1964 年に医療診断における熱画像の使用を初めて文書化しました。 スミスは、研究対象の馬のサーモグラフィーを撮るのに 6 分を要しました (3)。 それ以来、複数の獣医学研究が実施され、現在では熱画像が動物の筋骨格損傷を評価する手段として検証されています (4,5)。

2. 提案された研究を裏付ける過去の臨床研究

   興味深いことに、人間の病気の医療診断における熱画像の使用を検証する臨床研究はほとんど行われていません。 肺疾患を診断するためのサーモグラフィーの使用は、ロシアで 1976 年、1981 年、1991 年の 3 つの別々の研究で研究されましたが、これらの研究は対照研究でも無作為化研究でもありませんでした (6-8)。 1970 年にポタニンは一連の症例を通じて、肺炎患者では表面の胸部温度が上昇し、肺塞栓症の患者では表面の胸部温度が低下していることを実証しました (12)。 熱画像を用いて肺炎を評価した最新かつ影響力のある研究は、Wiecek らによって行われた一連の症例でした。 (2001) は、肺炎患者が治療に積極的に反応するにつれてサーモグラフィー信号の減少を示したことを示しました (13)。 より最近の研究では、特に、術中の脳腫瘍の大きさの測定 (9)、小児の発熱のスクリーニング (10)、熱傷後の回復期間の予測 (11) などにおいて、赤外線熱画像の検証が試みられています。 しかし、肺炎の診断における熱画像の有効性を検証した最新の研究は存在しない。

3. 提案された研究の背後にある理論的根拠と社会への潜在的利益

肺炎は、世界中の 5 歳未満の死亡率の主な原因の 1 つです。 肺炎の診断をサポートする画像診断は、設備や訓練を受けたスタッフが不足しているため、リソースが限られた環境では非常に困難な場合があります。 熱画像技術を利用した簡単にアクセスできる肺炎の画像化により、医師は肺炎をより早期かつ正確に診断できるようになり、罹患率と死亡率の低下につながる可能性があります。 周辺センターでの X 線利用がすでに制限されている LMIC では、これらの施設の過剰な使用が限られた医療リソースの消費につながる可能性があります。 肺炎の診断における熱画像の検証は、コストの削減につながり、抗菌薬の副作用や過剰な放射線の回避につながる可能性があります。

II.具体的な目的:

1. FLIR ONE カメラを使用して、臨床的に適用可能な温度スペクトルの違いを検出できるかどうかを判断します。 入院患者の側頭動脈温度計で測定される温度は、華氏 96 度未満から華氏 104 度を超えるまでさまざまです。 FLIR ONE カメラと irPNA アプリケーションの基礎は、温度の非対称性を検出することです。 研究者らは、この技術がこの違いを実証する能力があることを実証したいと考えている。
2. FLIR ONE カメラと irPNRA アプリケーションを使用した熱画像が、肺炎を診断するための高感度モダリティとして検証されます。 研究者らは、この方法を使用して肺炎を診断する場合、偽陰性がほとんどないことを証明したいと考えています。

3. 肺炎を喘息、肺塞栓症、細気管支炎などの他の肺疾患と区別するための特定のモダリティとして、FLIR ONE カメラと irPNRA アプリケーションを使用した熱画像を検証する。 研究者らは、この方法を使用して肺炎を診断する場合、偽陽性がほとんどないことを証明したいと考えています。

   Ⅲ．主題の選択:

   1. 包含/除外基準

      参加基準は、1) 生後 28 日から 17 歳までの患者、2) 呼吸困難がある、3) 胸部 X 線検査を受ける、です。 研究者らは、既知の慢性肺疾患を有する患者を除外する予定である。

   2. サンプルのソース

   研究者は、マサチューセッツ総合病院の小児集中治療室（PICU）、小児救急科（ED）、および小児病棟の患者および保護者から同意を取得します。

   IV.科目登録:

   1. 登録方法

      訓練を受けた臨床研究スタッフが MGH PICU、小児科病棟、救急外来に常駐し、医療提供者を通じて潜在的な被験者を特定します。 さらに、EPIC 電子医療記録システムは、資格のある研究スタッフ (研究助手、コーディネーター、マネージャー) によって、研究の候補者となる可能性のある患者を電子的に識別するために使用されます。 胸部X線写真を撮影された被験者には研究への参加が求められます。 この研究は被験者の医療を妨げるものではありません。

      患者が適格であると思われる場合、患者の医療提供者はまず対象者に近づき、調査研究についてアプローチする意思があるかどうかを尋ねます。 潜在的な被験者が辞退した場合、被験者の登録はそれ以上試行されません。 被験者が研究について誰かと話すことに同意した場合、研究スタッフが参加について打診します。

      採用には、民族的特徴を含む社会人口学的要因による制限は含まれません。 採用には強制とみなされる可能性のあるいかなる手続きも行われない。

   2. インフォームド・コンセントを取得するための手順

      登録時に、個室で、研究者/被指名者は、この研究について参加者の親または保護者から書面によるインフォームドコンセントを取得します。 この遭遇中に、調査員は参加者に、調査に参加するかどうかは自由に選択できることを思い出させます。 研究者は、患者の両親/保護者向けの一般同意書を使用します。 14 ～ 17 歳の子供は、可能であれば一般テンプレート同意書に共同署名することで同意を得ることができます。 研究者は、可能であれば被験者から口頭で同意を取得します。

   3. 治療の割り当てとランダム化

   この研究に基づいて治療や医療計画の変更が行われることはありません。

   V. 研究手順:

   1. 測定する研究パラメータ

      FLIR ONE カメラで熱画像を取得することに加えて、研究者はいくつかの患者データ ポイントを取得します。 これらには、1) 主訴、2) 側頭動脈温度、3) 皮膚温度、4) 周囲温度、5) 呼吸数、6) 酸素飽和度、7) 胸部 X 線検査の結果と関連データ、8) 退院診断、および9）気質。 追加の胸部 X 線写真は取得されません。研究者は、患者の診断と治療のアプローチと計画の一部としてすでに入手した X 線写真を使用します。

   2. 使用する薬剤

      なし

   3. 使用するデバイス

      暗号化された iPhone に接続された FLIR ONE カメラ。 研究者らはまた、研究チームメンバーのジム・ルイス氏が設計した iPhone 上の irPNRA アプリケーションを使用して、熱画像の撮影を支援する予定です。 iPhone はパートナーの規制によって暗号化されているため、電話ネットワークやインターネットに接続できません。 iPhone は常に「機内モード」のままになります。 Biomed はこれらのデバイスをすでに調査し、承認しています。

   4. 手順/外科的介入

      なし

   5. 収集されるデータとデータが収集される時期

   研究者は、被験者の胸部 X 線撮影後 4 時間以内に FLIR ONE 熱画像を取得します。 研究者は以下のデータも収集します: 1) 主訴、2) 側頭動脈温度、3) 皮膚温度、4) 周囲温度、5) 呼吸数、6) 酸素飽和度、7) 胸部 X 線検査結果および関連データ、8) 退院診断、9) 処分。 バイタルは、胸部 X 線撮影に最も近い時点で取得されます。

   患者データは匿名化される前に収集されます。 研究者は、患者の名前と医療記録番号を使用して、EMR 内のカルテにアクセスします。 次に、チャートから次のデータが取得されます: 1) 主訴、2) 側頭動脈温度、3) 皮膚温度、4) 周囲温度、5) 呼吸数、6) 酸素飽和度、7) 胸部 X 線検査の結果。関連データ、8) 退院診断、9) 処分。 X 線写真は取得され、LifeImage アプリケーションにアップロードされ、匿名化されてから、適切な研究 ID とともに研究チームの放射線科医に送信されます。 その後、患者情報は匿名化され、研究 ID に置き換えられます。

   VI.生物統計学的分析:

   1. 収集される特定のデータ変数

      研究者は、患者カルテから次の変数を収集します: 1) 主訴、2) 側頭動脈温度、3) 皮膚温度、4) 周囲温度、5) 呼吸数、6) 酸素飽和度、7) 胸部 X 線結果および関連データ、8) 退院診断、および 9) 処分。

      研究者は、匿名化する前に患者記録から次の識別子を収集します: 1) 名前、2) 生年月日、3) 年齢、4) 性別、5) MRN。

      X線の解釈は盲検化されます。 X 線写真は LifeImage にアップロードされ、匿名化されて、研究チームの放射線科医に送信されます。 匿名化された X 線画像は放射線科医によって評価されます。

   2. 研究のエンドポイント

      研究者らは、胸部を撮影した画像を使用して FLIR ONE サーマル カメラを使用して、温度の非対称性を評価します。 研究者らはこれらの結果を過去 12 時間以内に撮影された胸部 X 線写真の結果と比較します。

   3. 統計的手法

      研究者は胸部 X 線結果と FLIR ONE 熱画像結果を比較します。 研究者は、それらの研究から得られた肯定的結果と否定的結果に基づいて、感度と特異度の計算を使用します。

   4. 電力解析

   標準 α = 0.05、サンプル サイズ = 31、観察された偽陽性 (TI+|CXR-) 率 = 0.38 および観察された偽陰性 (TI-|CXR+) 率 = 0.20 を使用し、テストの検出力 (β-1) を適用します。全人口に対する比率は 0.26 と計算されました。 この研究で遭遇した条件で検出力 0.80 を達成するには、研究者らは 138 人の患者を必要とします。

   VII.リスクと不快感:

   1. 外科的/非外科的処置の合併症

      なし

   2. 薬の副作用と毒素

      なし

   3. デバイスの複雑さと故障

      FLIR ONE デバイスは、iPhone に取り付けるサーマル カメラです。 装置の合併症は患者に影響を与えません。 故障した場合は、調査員が修理または交換します。

   4. 心理社会的（非医学的）リスク

      研究文書の研究 ID を使用して被験者を識別することにより、機密性が失われるリスクが最小限に抑えられます。 研究対象と研究 ID をリンクするリストは安全な場所に保管され、アクセスは研究に直接関与するスタッフのみに制限されます。

   5. 放射線リスク

   既知の放射線リスクはありません。 上で述べたように、患者の診断および治療計画の一部として取得された X 線のみが使用されます。 追加の X 線検査は行われません。

   Ⅷ.潜在的な利点:

   1. 参加者にとっての潜在的なメリット

      参加者は、研究への参加から直接利益を受けることはありません。

   2. 社会への潜在的な利益

   世界中で、肺炎は生後 5 年間の子供の主な死亡原因の 1 つです。 先進国でも資源の乏しい環境でも、血液やその他の検体の培養による細菌性病原体の検出は時間がかかり、感度が低く、米国では困難から発展途上国では不可能まで多岐にわたります。 米国では、どの子供が細菌感染症に罹患しているかを判断できないため、抗生物質が過剰に使用され、多剤耐性微生物による感染のリスクが増加します。 発展途上国では、抗生物質治療の適時開始の遅れや、紹介施設を圧倒する過剰な子供の入院紹介がその影響を及ぼしています。 状況に関係なく、どの子供が細菌性肺炎に罹患している可能性が高く、抗生物質の投与が有益であるかを判断するためのポイント・オブ・ケア診断が緊急に必要とされています。

   さらに、熱画像による肺炎の診断を支援することで、主要な診断ツールとしての胸部X線撮影が不要になり、患者の不必要な放射線被ばくが削減される可能性があります。 PICU や病棟では、毎日またはそれ以上の頻度で胸部 X 線検査を必要とする患者も珍しくありません。 研究者が肺炎を検出するツールとして熱画像を検証できれば、これらの患者の放射線被ばくを最小限に抑えることができる可能性があります。

   IX.監視と品質保証:

   1. ソースデータの独立したモニタリング

      この研究の規模が比較的小さく、治験薬が不足していることを考慮すると、データと参加者の安全性を評価する目的でデータおよび安全性監視委員会は設置されません。 主任研究者およびパートナー治験審査委員会は、研究期間全体を通じて研究プロトコルの監督とレビューを行うものとします。

   2. 安全監視

      公式な安全監視は行われない。 研究者らは、この調査研究に参加するリスクは最小限であると予想しています。

   3. 結果のモニタリング

      結果のモニタリングは行われません。 この研究に基づいて治療や医療計画の変更が行われることはありません。

   4. 有害事象報告ガイドライン

   主任研究者は、通知を受けてから 24 時間以内に安全性またはその他の懸念に関するすべての報告を検討し、パートナーの治験審査委員会ポリシー「有害事象を含む予期せぬ問題の報告」に従って治験審査委員会に報告します。 研究者はこの研究に DSMB を必要としません。