Validering av termisk bildebehandling for å oppdage lungebetennelse

I. BAKGRUNN OG BETYDNING

1. Historisk bakgrunn

   Hver dag dør 16 000 barn under 5 år. Selv om det er gjort fremskritt i tidlig diagnostisering og behandling av lungebetennelse, utgjør den fortsatt omtrent 15 % av dødsfallene blant barn under 5 år (1). Dessverre er omsorgsleverandører i lav- og mellominntektsland (LMICs) begrenset på grunn av mangel på ressurser og opplæring. Røntgen thorax er spesielt vanskelig å få til i disse LMIC-ene (14). Ironisk nok er smarttelefoner lett tilgjengelige. Siden utviklingen i 1960 har Forward-Looking Infrared (FLIR) kameraer tatt flere teknologiske fremskritt. Spesielt er de nå mer rimelige og kompakte, og kan festes til smarttelefoner. FLIR-kameraer har nå potensial til å hjelpe til med tidlig diagnose og påfølgende behandling av lungebetennelse i barndommen.

   FLIR-bildebehandling ble først utviklet i 1956 med militær finansiering ved University of Chicago. Fra 1960-tallet til 1970-tallet ble FLIR-teknologien modifisert uavhengig av både Air Force og Texas Instruments Inc. for bruk av militære fly (2). Wendell Smith dokumenterte først bruken av termisk avbildning i medisinsk diagnose i 1964. Smith krevde 6 minutter for å ta hver termograf av hestene han studerte (3). Flere veterinærstudier har blitt utført siden den gang, og nå er termisk bildediagnostikk validert som et middel for å vurdere muskel- og skjelettskader hos dyr (4,5).

2. Tidligere kliniske studier som støtter den foreslåtte forskningen

   Interessant nok er det utført svært få kliniske studier for å validere bruken av termisk avbildning i medisinsk diagnose for menneskelige sykdommer. Bruken av termografi for å diagnostisere lungesykdom ble studert i Russland i 1976, 1981 og 1991 i tre separate studier, men disse studiene var verken kontrollerte eller randomiserte (6-8). I 1970 viste Potanin gjennom en saksserie at pasienter med lungebetennelse hadde økt overliggende brysttemperatur og pasienter med lungeemboli hadde redusert overliggende brysttemperatur (12). Den siste og mest virkningsfulle studien som evaluerte lungebetennelse med termisk avbildning var en caseserie utført av Wiecek et al. (2001), som viste at pasienter med lungebetennelse viste en reduksjon i termografisk signal ettersom de responderte positivt på behandlingen (13). Mer moderne studier har forsøkt å validere infrarød termisk avbildning ved å måle størrelsen på hjernesvulster intraoperativt (9), screening for feber hos barn (10), og forutsi lengden på rekreasjon etter brannskader (11), blant annet. Imidlertid har det ikke vært en moderne studie som validerer termisk avbildning ved diagnostisering av lungebetennelse.

3. Begrunnelse bak foreslått forskning og potensiell nytte for samfunnet

Lungebetennelse er en av de viktigste bidragsyterne til dødelighet under fem år over hele verden. Bildediagnostikk for å støtte diagnosen lungebetennelse kan være svært vanskelig å få tak i i ressursbegrensede omgivelser på grunn av mangel på utstyr og opplært personale. Lett tilgjengelig bildebehandling av lungebetennelse med termisk bildeteknologi kan gjøre det mulig for utøvere å diagnostisere lungebetennelse tidligere og mer nøyaktig, noe som vil føre til redusert sykelighet og dødelighet. I LMICer der røntgentilgjengeligheten allerede er begrenset i perifere sentre, kan overdreven bruk av disse fasilitetene føre til forbruk av begrensede medisinske ressurser. Validering av termisk bildebehandling ved diagnostisering av lungebetennelse vil sannsynligvis føre til kostnadsbesparelser og unngåelse av bivirkninger av antimikrobielle midler og overdreven stråling.

II. SPESIFIKKE MÅL:

1. For å finne ut om FLIR ONE-kameraet kan brukes til å oppdage forskjeller i et temperaturspektrum som er klinisk anvendelig. Temperaturen målt med et temporalt arterietermometer på sykehusinnlagte pasienter kan variere fra mindre enn 96 ° Fahrenheit til over 104 ° Fahrenheit. Grunnlaget for FLIR ONE-kameraet og irPNA-applikasjonen er å oppdage asymmetri i temperaturer. Etterforskerne håper å demonstrere at denne teknologien har evnen til å demonstrere denne forskjellen.
2. For å validere termisk bildebehandling med FLIR ONE-kameraet og irPNRA-applikasjonen som en sensitiv metode for å diagnostisere lungebetennelse. Etterforskerne håper å demonstrere at det er få falske negativer når man bruker denne metoden for å diagnostisere lungebetennelse.

3. For å validere termisk avbildning med FLIR ONE-kameraet og irPNRA-applikasjonen som en spesifikk modalitet for å skille lungebetennelse fra andre lungeprosesser, som astma, lungeemboli og bronkiolitt. Etterforskerne håper å demonstrere at det er få falske positive ved bruk av denne metoden for å diagnostisere lungebetennelse.

   III. VALG AV EMNE:

   1. Inkluderings-/eksklusjonskriterier

      Inklusjonskriterier er 1) pasienter i alderen 28 dager til 17 år, 2) som har pustebesvær og 3) som får røntgen thorax. Etterforskerne vil ekskludere pasienter med kjent kronisk lungesykdom.

   2. Kilde til prøver

   Etterforskerne vil innhente samtykke fra pasienter og foreldre i Pediatric Intensive Care Unit, (PICU) Pediatric Emergency Department (ED) og Pediatric Wards ved Massachusetts General Hospital

   IV. FAG PÅMELDING:

   1. Metoder for påmelding

      Opplært klinisk forskningspersonell vil være til stede i MGH PICU, pediatriske avdelinger og ED og identifisere potensielle emner gjennom leverandører. I tillegg vil det elektroniske journalsystemet EPIC bli brukt av kvalifisert forskningspersonell (forskningsassistenter, koordinatorer, ledere) for elektronisk å identifisere pasienter som kan være potensielle kandidater for studien. Forsøkspersoner som får tatt røntgen av thorax vil bli kontaktet for studiedeltakelse. Denne studien vil ikke forstyrre pasientens medisinske behandling.

      Hvis en pasient ser ut til å være kvalifisert, vil pasientens leverandør først henvende seg til emnet og spørre om de er villige til å bli kontaktet om en forskningsstudie. Hvis det potensielle emnet avslår, vil det ikke gjøres flere forsøk på å registrere emnet. Hvis forsøkspersonen godtar å snakke med noen om forskning, vil en studiemedarbeider henvende seg til ham eller henne om deltakelse.

      Rekruttering vil ikke innebære restriksjoner på sosiodemografiske faktorer inkludert etniske egenskaper. Rekruttering vil være uten prosedyrer som kan tolkes som tvangsmidler.

   2. Prosedyrer for å innhente informert samtykke

      Ved påmelding, i et privat rom, vil etterforskeren/designeren innhente skriftlig informert samtykke fra deltakernes foreldre eller foresatte for denne studien. Under dette møtet vil etterforskerne minne deltakerne om at de står fritt til å velge å delta i forskningen eller ikke. Utforskerne vil bruke et skjema for generelt samtykke for foreldrene/foresatte til pasientene. Barn 14–17 kan gi samtykke ved å medsignere samtykkeskjemaet for generell mal når det er mulig. Etterforskerne vil innhente samtykke fra forsøkspersonene muntlig, når det er mulig.

   3. Behandlingsoppdrag og randomisering

   Behandlinger eller endringer i helseplanen vil ikke bli gjort basert på denne forskningen.

   V. STUDIEPROSEDYRER:

   1. Studieparametere som skal måles

      I tillegg til å ta termiske bilder med FLIR ONE-kameraet, vil etterforskerne innhente flere pasientdatapunkter. Disse inkluderer 1) hovedklage, 2) temporal arterietemperatur, 3) kutan temperatur, 4) omgivelsestemperatur, 5) respirasjonsfrekvens, 6) oksygenmetning, 7) røntgenresultater av thorax og relevante data, 8) utflodsdiagnose, og 9) disposisjon. Ytterligere røntgenbilder av thorax vil ikke bli tatt, etterforskerne vil bruke røntgenstråler som allerede er anskaffet som en del av pasientens diagnose og behandlingstilnærming og plan.

   2. Narkotika som skal brukes

      Ingen

   3. Enheter som skal brukes

      FLIR ONE-kamera, festet til en kryptert iPhone. Etterforskerne vil også bruke irPNRA-applikasjonen på iPhone designet av forskningsteammedlem Jim Lewis for å hjelpe til med å styre termisk avbildning. IPhone er kryptert av Partners forskrifter og kan ikke kobles til et telefonnettverk eller Internett. iPhone vil forbli i 'flymodus' til enhver tid. Biomed har allerede undersøkt og godkjent disse enhetene.

   4. Prosedyrer/Kirurgiske inngrep

      Ingen

   5. Data som skal samles inn og når dataene skal samles inn

   Etterforskerne vil ta FLIR ONE termiske bilder innen 4 timer etter forsøkspersonens røntgen av thorax. Etterforskerne vil også samle inn følgende data: 1) hovedklage, 2) temporal arterietemperatur, 3) kutan temperatur, 4) omgivelsestemperatur, 5) respirasjonsfrekvens, 6) oksygenmetning, 7) røntgenresultater av thorax og relevante data , 8) utskrivningsdiagnose og 9) disposisjon. Vitalene vil bli innhentet på tidspunktet nærmest røntgen av thorax.

   Pasientdata vil bli samlet inn før de avidentifiseres. Etterforskerne vil bruke pasientnavnet og journalnummeret for å få tilgang til diagrammet deres i EMR. Deretter vil følgende data hentes fra diagrammet: 1) hovedklage, 2) temporal arterietemperatur, 3) kutan temperatur, 4) omgivelsestemperatur, 5) respirasjonsfrekvens, 6) oksygenmetning, 7) røntgenresultater av thorax og relevante data, 8) utskrivningsdiagnose og 9) disposisjon. Røntgenbildene vil bli innhentet, lastet opp til LifeImage-applikasjonen, avidentifisert og deretter sendt til radiologen på vårt forskningsteam med riktig studie-ID. Pasientinformasjonen vil da bli avidentifisert og erstattet med en studie-ID.

   VI. BIOSTATISTISK ANALYSE:

   1. Spesifikke datavariabler som skal samles inn

      Etterforskerne vil samle inn følgende variabler fra pasientskjemaet: 1) hovedklage, 2) temporal arterietemperatur, 3) kutan temperatur, 4) omgivelsestemperatur, 5) respirasjonsfrekvens, 6) oksygenmetning, 7) røntgenresultater av thorax. og relevante data, 8) utskrivningsdiagnose og 9) disposisjon.

      Etterforskerne vil samle inn følgende identifikatorer fra pasientjournalen før de avidentifiseres: 1) navn, 2) DOB, 3) alder, 4) kjønn og 5) MRN.

      Tolkning av røntgenbildene vil bli blendet. Røntgenbildene vil bli lastet opp til LifeImage, avidentifisert og deretter sendt til radiologen i forskningsteamet vårt. De avidentifiserte røntgenbildene vil deretter bli vurdert av radiologen.

   2. Studie endepunkter

      Etterforskerne vil vurdere for temperaturasymmetri med FLIR ONE termisk kamera med bilder tatt av brystet. Etterforskerne vil sammenligne disse resultatene med resultatene av et røntgenbilde av thorax tatt i løpet av de siste 12 timene.

   3. Statistiske metoder

      Etterforskerne vil sammenligne røntgenresultater fra thorax med FLIR ONE termiske bilderesultater. Etterforskerne vil bruke sensitivitets- og spesifisitetsberegninger basert på de positive og negative resultatene fra disse studiene.

   4. Kraftanalyse

   Ved å bruke standard α = 0,05, prøvestørrelse = 31, observert falsk positiv (TI+|CXR-) rate =0,38 og observert falsk negativ (TI-|CXR+) rate = 0,20, potensen (β-1) for testen som ble brukt til den totale befolkningen ble beregnet til 0,26. For å oppnå en styrke på 0,80 med forholdene i denne studien, ville etterforskerne kreve 138 pasienter.

   VII. RISIKO OG UBEHAG:

   1. Komplikasjoner ved kirurgiske/ikke-kirurgiske prosedyrer

      Ingen

   2. Legemiddelbivirkninger og giftstoffer

      Ingen

   3. Enhetskomplikasjoner og funksjonsfeil

      FLIR ONE-enheten er et termisk kamera som kobles til en iPhone. Komplikasjoner av enheten vil ikke påvirke pasienten. Hvis det ikke fungerer, vil etterforskerne reparere eller erstatte det.

   4. Psykososiale (ikke-medisinske) risikoer

      Risikoen for tap av konfidensialitet vil bli minimert ved å bruke studie-ID på studiedokumentasjon for å identifisere forsøkspersoner. Listen som knytter studieobjektene til studie-ID-ene vil oppbevares på et sikkert sted, med tilgang begrenset kun til ansatte som er direkte involvert i forskningsstudien.

   5. Strålingsrisiko

   Det er ingen kjente strålingsrisikoer. Som nevnt ovenfor vil kun røntgenbilder tatt som en del av pasientens diagnose- og behandlingsplaner bli brukt. Det vil ikke bli tatt ytterligere røntgenbilder.

   VIII. POTENSIELLE FORDELER:

   1. Potensielle fordeler for deltakende enkeltpersoner

      Deltakerne vil ikke få noen direkte fordel av sin deltakelse i studien.

   2. Potensielle fordeler for samfunnet

   På verdensbasis er lungebetennelse en av de viktigste årsakene til dødelighet hos barn i de første 5 leveårene. I både utviklede land og ressursfattige omgivelser er påvisning av bakterielle patogener ved å dyrke blod eller andre prøver tidkrevende, mangler følsomhet og varierer fra vanskelig i USA til umulig i utviklingsland. I USA resulterer manglende evne til å fastslå hvilke barn som har en bakteriell infeksjon i overdreven bruk av antibiotika og økt risiko for infeksjon med multi-legemiddelresistente organismer. I utviklingsland er konsekvensene forsinkelser i rettidig oppstart av antibiotikabehandling og overdreven henvisning av barn til sykehusinnleggelse som overvelder henvisningsfasiliteter. Uavhengig av setting er det et presserende behov for behandlingssteddiagnostikk for å fastslå hvilke barn som sannsynligvis har bakteriell lungebetennelse og som vil ha nytte av administrering av antibiotika.

   Videre kan hjelp til diagnostisering av lungebetennelse med termisk avbildning unngå røntgen av thorax som det primære diagnostiske verktøyet og redusere unødvendig eksponering av pasienter for stråling. I PICU og avdelingene er det ikke uvanlig at noen pasienter trenger daglig eller enda hyppigere røntgen av thorax. Hvis etterforskerne er i stand til å validere termisk avbildning som et verktøy for å oppdage lungebetennelse, kan etterforskerne potensielt minimere strålingseksponeringen til disse pasientene.

   IX. OVERVÅKING OG KVALITETSSIKRING:

   1. Uavhengig overvåking av kildedata

      Gitt den relativt lille størrelsen på denne studien og mangelen på et undersøkelsesmiddel, vil det ikke være opprettet en data- og sikkerhetsovervåkingskomité med det formål å evaluere data og sikkerheten til deltakerne. Hovedetterforskeren, så vel som Partners IRB, skal sørge for tilsyn og gjennomgang av studieprotokollen gjennom hele studiens varighet.

   2. Sikkerhetsovervåking

      Det vil ikke være noen offisiell sikkerhetsovervåking. Etterforskerne forventer at risikoen ved å delta i denne forskningsstudien er minimal.

   3. Overvåking av resultater

      Det vil ikke være noen resultatovervåking. Behandlinger eller endringer i helseplanen vil ikke bli gjort basert på denne forskningen.

   4. Retningslinjer for rapportering av uønskede hendelser

   Hovedetterforskeren vil gjennomgå alle rapporter om sikkerhet eller andre bekymringer innen 24 timer etter at de er varslet og kommunisere disse til IRB i henhold til Partners IRB-policy "Rapportering av uventede problemer inkludert uønskede hendelser". Etterforskerne vil ikke kreve en DSMB for denne studien.