Validatie van thermische beeldvorming om longontsteking te detecteren

I. ACHTERGROND EN BETEKENIS

1. Historische achtergrond

   Elke dag sterven 16.000 kinderen onder de 5 jaar. Hoewel er vooruitgang is geboekt bij de vroege diagnose en behandeling van longontsteking, is deze nog steeds verantwoordelijk voor ongeveer 15% van de sterfgevallen van kinderen jonger dan 5 jaar (1). Helaas zijn zorgverleners in lage- en middeninkomenslanden (LMIC's) beperkt door een gebrek aan middelen en opleiding. Vooral thoraxfoto's zijn moeilijk te verkrijgen in deze LMIC's (14). Ironisch genoeg zijn smartphones direct beschikbaar. Sinds de ontwikkeling in 1960 hebben Forward-Looking Infrared (FLIR)-camera's verschillende technologische vooruitgang geboekt. Met name zijn ze nu betaalbaarder en compacter en kunnen ze aan smartphones worden bevestigd. FLIR-camera's hebben nu het potentieel om te helpen bij een vroege diagnose en daaropvolgende behandeling van longontsteking bij kinderen.

   FLIR-beeldvorming werd voor het eerst ontwikkeld in 1956 met militaire financiering aan de Universiteit van Chicago. Van de jaren '60 tot de jaren '70 werd de FLIR-technologie onafhankelijk aangepast door zowel de luchtmacht als Texas Instruments Inc. voor gebruik door militaire vliegtuigen (2). Wendell Smith documenteerde voor het eerst het gebruik van thermische beeldvorming bij medische diagnose in 1964. Smith had 6 minuten nodig om elke thermograaf te maken van de paarden die hij aan het bestuderen was (3). Sindsdien zijn er meerdere veterinaire onderzoeken uitgevoerd en nu is thermische beeldvorming gevalideerd als een middel om musculoskeletale letsels bij dieren te beoordelen (4,5).

2. Eerdere klinische onderzoeken ter ondersteuning van het voorgestelde onderzoek

   Interessant is dat er zeer weinig klinische studies zijn uitgevoerd om het gebruik van thermische beeldvorming bij de medische diagnose van ziekten bij de mens te valideren. Het gebruik van thermografie om longziekte te diagnosticeren werd in 1976, 1981 en 1991 in Rusland bestudeerd in drie afzonderlijke onderzoeken, maar deze onderzoeken waren niet gecontroleerd of gerandomiseerd (6-8). In 1970 toonde Potanin door middel van een casusreeks aan dat patiënten met pneumonie een hogere bovenliggende borsttemperatuur hadden en patiënten met longembolie een lagere bovenliggende borsttemperatuur (12). De meest recente en invloedrijke studie ter evaluatie van longontsteking met thermische beeldvorming was een casusreeks uitgevoerd door Wiecek et al. (2001), waaruit bleek dat patiënten met pneumonie een vermindering van het thermografische signaal vertoonden omdat ze positief op de behandeling reageerden (13). Modernere studies hebben geprobeerd infrarood warmtebeelden te valideren bij onder andere het intra-operatief meten van de grootte van hersentumoren (9), het screenen op koorts bij kinderen (10) en het voorspellen van de duur van herstel na brandwonden (11). Er is echter geen moderne studie geweest die thermische beeldvorming valideert bij het diagnosticeren van longontsteking.

3. Grondgedachte achter voorgesteld onderzoek en potentieel voordeel voor de samenleving

Longontsteking is wereldwijd een van de belangrijkste oorzaken van sterfte onder de vijf jaar. Beeldvorming ter ondersteuning van de diagnose van longontsteking kan erg moeilijk te verkrijgen zijn in omgevingen met beperkte middelen vanwege een gebrek aan apparatuur en opgeleid personeel. Gemakkelijk toegankelijke beeldvorming van pneumonie met warmtebeeldtechnologie kan beoefenaars in staat stellen longontsteking eerder en nauwkeuriger te diagnosticeren, wat zou leiden tot verminderde morbiditeit en mortaliteit. In LMIC's waar de beschikbaarheid van röntgenstralen in perifere centra al beperkt is, kan overmatig gebruik van deze faciliteiten leiden tot het verbruik van beperkte medische middelen. Het valideren van thermische beeldvorming bij de diagnose van longontsteking zou waarschijnlijk leiden tot kostenbesparingen en het voorkomen van bijwerkingen van antimicrobiële middelen en overmatige straling.

II. SPECIFIEKE DOELSTELLINGEN:

1. Om te bepalen of de FLIR ONE-camera kan worden gebruikt om verschillen in een temperatuurspectrum te detecteren dat klinisch toepasbaar is. Temperatuur zoals gemeten door een temporale slagaderthermometer bij gehospitaliseerde patiënten kan variëren van minder dan 96° Fahrenheit tot meer dan 104° Fahrenheit. De basis van de FLIR ONE-camera en de irPNA-applicatie is het detecteren van asymmetrie van temperaturen. De onderzoekers hopen aan te tonen dat deze technologie in staat is om dit verschil aan te tonen.
2. Thermische beeldvorming valideren met de FLIR ONE-camera en irPNRA-applicatie als een gevoelige modaliteit om longontsteking te diagnosticeren. De onderzoekers hopen aan te tonen dat er weinig fout-negatieven zijn bij het gebruik van deze modaliteit om longontsteking te diagnosticeren.

3. Het valideren van thermische beeldvorming met de FLIR ONE-camera en irPNRA-toepassing als een specifieke modaliteit om pneumonie te onderscheiden van andere longprocessen, zoals astma, longembolie en bronchiolitis. De onderzoekers hopen aan te tonen dat er weinig valse positieven zijn bij het gebruik van deze modaliteit om longontsteking te diagnosticeren.

   III. ONDERWERP SELECTIE:

   1. Criteria voor opname/uitsluiting

      Inclusiecriteria zijn 1) patiënten van 28 dagen tot 17 jaar oud, 2) die ademnood hebben en 3) die een thoraxfoto krijgen. De onderzoekers zullen patiënten met een bekende chronische longziekte uitsluiten.

   2. Bron van monsters

   De onderzoekers zullen toestemming krijgen van patiënten en ouders in de Pediatric Intensive Care Unit, (PICU) Pediatric Emergency Department (ED) en Pediatric Wards in het Massachusetts General Hospital

   IV. ONDERWERPINSCHRIJVING:

   1. Wijze van inschrijving

      Getraind klinisch onderzoekspersoneel zal aanwezig zijn in de MGH PICU, pediatrische afdelingen en ED en potentiële proefpersonen identificeren via providers. Bovendien zal het EPIC elektronische medische dossiersysteem worden gebruikt door gekwalificeerd onderzoekspersoneel (onderzoeksassistenten, coördinatoren, managers) om patiënten die mogelijk kandidaat zijn voor het onderzoek elektronisch te identificeren. Proefpersonen bij wie een thoraxfoto wordt gemaakt, worden benaderd voor deelname aan het onderzoek. Deze studie zal de medische zorg van de proefpersoon niet verstoren.

      Als een patiënt in aanmerking lijkt te komen, zal de zorgverlener van de patiënt eerst het onderwerp benaderen en vragen of ze bereid zijn om benaderd te worden voor een onderzoek. Als de potentiële proefpersoon weigert, worden er geen verdere pogingen ondernomen om de proefpersoon in te schrijven. Als de proefpersoon ermee instemt om met iemand over onderzoek te praten, zal een studiemedewerker hem of haar benaderen over deelname.

      Werving houdt geen beperkingen in op sociaal-demografische factoren, waaronder etnische kenmerken. Werving zal verstoken zijn van procedures die als dwingend kunnen worden opgevat.

   2. Procedures voor het verkrijgen van geïnformeerde toestemming

      Bij inschrijving, in een privékamer, zal de onderzoeker/aangewezen persoon schriftelijke geïnformeerde toestemming krijgen van de ouder(s) of voogd van de deelnemer voor dit onderzoek. Tijdens deze ontmoeting herinneren de onderzoekers de deelnemers eraan dat ze vrij zijn om al dan niet deel te nemen aan het onderzoek. De onderzoekers gebruiken een Algemeen Toestemmingsformulier voor de ouders/verzorgers van de patiënten. Kinderen van 14-17 jaar kunnen toestemming geven door het algemene sjabloontoestemmingsformulier mede te ondertekenen wanneer dit mogelijk is. De onderzoekers zullen, indien mogelijk, de instemming van de proefpersonen mondeling verkrijgen.

   3. Behandelingstoewijzing en randomisatie

   Op basis van dit onderzoek vinden geen behandelingen of wijzigingen in het zorgplan plaats.

   V. STUDIEPROCEDURES:

   1. Bestudeer parameters die moeten worden gemeten

      Naast het verkrijgen van warmtebeelden met de FLIR ONE-camera, zullen de onderzoekers verschillende patiëntgegevenspunten verkrijgen. Deze omvatten 1) hoofdklacht, 2) temporale slagadertemperatuur, 3) huidtemperatuur, 4) omgevingstemperatuur, 5) ademhalingsfrequentie, 6) zuurstofverzadiging, 7) thoraxfotoresultaten en relevante gegevens, 8) ontslagdiagnose, en 9) aanleg. Er worden geen aanvullende thoraxfoto's gemaakt, de onderzoekers gebruiken reeds verkregen röntgenfoto's als onderdeel van de diagnose en behandelaanpak en het behandelplan van de patiënt.

   2. Geneesmiddelen die gebruikt moeten worden

      Geen

   3. Apparaten die gebruikt moeten worden

      FLIR ONE-camera, aangesloten op een versleutelde iPhone. De onderzoekers zullen ook de irPNRA-applicatie op de iPhone gebruiken, ontworpen door onderzoeksteamlid Jim Lewis, om de thermische beeldvorming te helpen sturen. De iPhone is gecodeerd volgens de voorschriften van Partners en kan geen verbinding maken met een telefoonnetwerk of internet. De iPhone blijft altijd in 'vliegtuigmodus'. Biomed heeft deze apparaten al onderzocht en goedgekeurd.

   4. Procedures/chirurgische ingrepen

      Geen

   5. Gegevens die moeten worden verzameld en wanneer de gegevens moeten worden verzameld

   De onderzoekers verkrijgen FLIR ONE-warmtebeelden binnen 4 uur na de thoraxfoto van de proefpersoon. De onderzoekers zullen ook de volgende gegevens verzamelen: 1) hoofdklacht, 2) temporale slagadertemperatuur, 3) huidtemperatuur, 4) omgevingstemperatuur, 5) ademhalingsfrequentie, 6) zuurstofverzadiging, 7) thoraxfotoresultaten en relevante gegevens , 8) ontslagdiagnose en 9) dispositie. De vitale functies worden verkregen op het tijdstip dat het dichtst bij de thoraxfoto ligt.

   Patiëntgegevens worden verzameld voordat ze worden geanonimiseerd. De onderzoekers gebruiken de naam van de patiënt en het medische dossiernummer om toegang te krijgen tot hun dossier in het EPD. Vervolgens worden de volgende gegevens uit de grafiek verkregen: 1) hoofdklacht, 2) temporale arterietemperatuur, 3) huidtemperatuur, 4) omgevingstemperatuur, 5) ademhalingsfrequentie, 6) zuurstofverzadiging, 7) thoraxfotoresultaten en relevante gegevens, 8) ontslagdiagnose en 9) dispositie. De röntgenfoto's worden verkregen, geüpload naar de LifeImage-applicatie, geanonimiseerd en vervolgens naar de radioloog van ons onderzoeksteam gestuurd met de juiste studie-ID. De patiëntinformatie wordt dan geanonimiseerd en vervangen door een studie-ID.

   VI. BIOSTATISTISCHE ANALYSE:

   1. Specifieke gegevensvariabelen die moeten worden verzameld

      De onderzoekers verzamelen de volgende variabelen uit het patiëntendossier: 1) hoofdklacht, 2) temperatuur van de temporale arterie, 3) huidtemperatuur, 4) omgevingstemperatuur, 5) ademhalingsfrequentie, 6) zuurstofverzadiging, 7) resultaten van röntgenfoto's van de borstkas en relevante gegevens, 8) ontslagdiagnose en 9) dispositie.

      De onderzoekers verzamelen de volgende identificatoren uit het patiëntendossier voordat ze worden geanonimiseerd: 1) naam, 2) DOB, 3) leeftijd, 4) geslacht en 5) MRN.

      Interpretatie van de röntgenfoto's wordt geblindeerd. De röntgenfoto's worden geüpload naar LifeImage, geanonimiseerd en vervolgens verzonden naar de radioloog van ons onderzoeksteam. De geanonimiseerde röntgenfoto's worden vervolgens beoordeeld door de radioloog.

   2. Eindpunten bestuderen

      De onderzoekers zullen de temperatuurasymmetrie beoordelen met de FLIR ONE thermische camera met foto's van de borstkas. De onderzoekers zullen deze resultaten vergelijken met de resultaten van een thoraxfoto die in de afgelopen 12 uur is gemaakt.

   3. Statistische methoden

      De onderzoekers zullen de resultaten van thoraxfoto's vergelijken met de resultaten van FLIR ONE warmtebeeldcamera's. De onderzoekers zullen sensitiviteits- en specificiteitsberekeningen gebruiken op basis van de positieve en negatieve resultaten van die studies.

   4. Vermogensanalyse

   Gebruikmakend van de standaard α = 0,05, steekproefomvang = 31, waargenomen vals-positieve (TI+|CXR-) frequentie =0,38 en de waargenomen vals-negatieve (TI-|CXR+) frequentie = 0,20, het vermogen (β-1) voor de toegepaste test tot de totale bevolking werd berekend op 0,26. Om een ​​power van 0,80 te bereiken met de omstandigheden die we in deze studie tegenkwamen, zouden de onderzoekers 138 patiënten nodig hebben.

   VII. RISICO'S EN ONGEMAK:

   1. Complicaties van chirurgische/niet-chirurgische ingrepen

      Geen

   2. Bijwerkingen van medicijnen en gifstoffen

      Geen

   3. Apparaatcomplicaties en storingen

      Het FLIR ONE-apparaat is een thermische camera die aan een iPhone kan worden bevestigd. Complicaties van het apparaat hebben geen invloed op de patiënt. Als het defect is, zullen de onderzoekers het repareren of vervangen.

   4. Psychosociale (niet-medische) risico's

      Het risico van verlies van vertrouwelijkheid wordt geminimaliseerd door onderzoeks-ID's op onderzoeksdocumentatie te gebruiken om proefpersonen te identificeren. De lijst die de proefpersonen aan de studie-ID's koppelt, wordt op een veilige locatie bewaard en is alleen toegankelijk voor personeel dat rechtstreeks betrokken is bij het onderzoek.

   5. Stralingsrisico's

   Er zijn geen stralingsrisico's bekend. Zoals hierboven vermeld, worden alleen röntgenfoto's gebruikt die zijn verkregen als onderdeel van de diagnostische en behandelplannen van de patiënt. Er worden geen extra röntgenfoto's gemaakt.

   VIII. POTENTIËLE VOORDELEN:

   1. Potentiële voordelen voor deelnemende personen

      Deelnemers zullen geen direct voordeel halen uit hun deelname aan het onderzoek.

   2. Potentiële voordelen voor de samenleving

   Wereldwijd is longontsteking een van de belangrijkste doodsoorzaken bij kinderen in de eerste 5 levensjaren. In zowel ontwikkelde landen als in omgevingen met weinig middelen is de detectie van bacteriële pathogenen door het kweken van bloed of andere monsters tijdrovend, niet gevoelig en varieert van moeilijk in de VS tot onmogelijk in de derde wereld. In de VS resulteert het onvermogen om te bepalen welke kinderen een bacteriële infectie hebben, in overmatig gebruik van antibiotica en een verhoogd risico op infectie met multiresistente organismen. In ontwikkelingslanden zijn de gevolgen vertragingen bij het tijdig starten van antibiotische therapie en overmatige verwijzing van kinderen voor ziekenhuisopname die de verwijzingsfaciliteiten overweldigt. Ongeacht de setting is er dringend behoefte aan point-of-care-diagnostiek om te bepalen welke kinderen waarschijnlijk een bacteriële longontsteking hebben en baat zullen hebben bij toediening van antibiotica.

   Bovendien kan het helpen van de diagnose van pneumonie met thermische beeldvorming röntgenfoto's van de borstkas als het primaire diagnostische hulpmiddel overbodig maken en onnodige blootstelling van patiënten aan straling verminderen. Op de PICU en de afdelingen is het niet ongebruikelijk dat sommige patiënten dagelijks of zelfs vaker röntgenfoto's van de borst nodig hebben. Als de onderzoekers thermische beeldvorming kunnen valideren als hulpmiddel om longontsteking op te sporen, kunnen de onderzoekers mogelijk de blootstelling aan straling van deze patiënten minimaliseren.

   IX. TOEZICHT EN KWALITEITSBORGING:

   1. Onafhankelijke monitoring van brongegevens

      Gezien de relatief kleine omvang van deze studie en het ontbreken van een onderzoeksagent, zal er geen data- en veiligheidsmonitoringcommissie worden ingesteld om de gegevens en veiligheid van de deelnemers te evalueren. De hoofdonderzoeker, evenals de IRB van de partners, houden toezicht op en beoordelen het onderzoeksprotocol tijdens de duur van het onderzoek.

   2. Veiligheidsbewaking

      Er zal geen officiële veiligheidscontrole zijn. De onderzoekers verwachten dat de risico's van deelname aan dit onderzoek minimaal zijn.

   3. Resultaten bewaken

      Er vindt geen monitoring van de resultaten plaats. Op basis van dit onderzoek vinden geen behandelingen of wijzigingen in het zorgplan plaats.

   4. Richtlijnen voor het melden van bijwerkingen

   De hoofdonderzoeker beoordeelt alle meldingen van veiligheids- of andere zorgen binnen 24 uur na kennisgeving en communiceert deze aan de IRB volgens het Partners IRB-beleid "Reporting Unanticipated Problems Inclusief Adverse Events". De onderzoekers hebben voor deze studie geen DSMB nodig.