Walidacja obrazowania termicznego w celu wykrycia zapalenia płuc

I. TŁO I ZNACZENIE

1. Tło historyczne

   Każdego dnia umiera 16 000 dzieci poniżej 5 roku życia. Chociaż poczyniono postępy we wczesnej diagnostyce i leczeniu zapalenia płuc, zapalenie płuc nadal odpowiada za około 15% zgonów dzieci poniżej 5 roku życia (1). Niestety świadczeniodawcy w krajach o niskich i średnich dochodach (LMIC) są ograniczeni ze względu na brak zasobów i szkoleń. Zdjęcia rentgenowskie klatki piersiowej są szczególnie trudne do wykonania w tych LMIC (14). Jak na ironię, smartfony są łatwo dostępne. Od czasu wynalezienia w 1960 roku kamery na podczerwień z funkcją patrzenia w przyszłość (FLIR) poczyniły kilka postępów technologicznych. W szczególności są teraz bardziej przystępne cenowo i kompaktowe, dołączając do smartfonów. Kamery FLIR mogą teraz pomóc we wczesnej diagnostyce i późniejszym leczeniu zapalenia płuc u dzieci.

   Obrazowanie FLIR zostało po raz pierwszy opracowane w 1956 roku dzięki funduszom wojskowym na Uniwersytecie w Chicago. Od lat 60. do 70. technologia FLIR była niezależnie modyfikowana zarówno przez Siły Powietrzne, jak i firmę Texas Instruments Inc. do użytku w samolotach wojskowych (2). Wendell Smith po raz pierwszy udokumentował zastosowanie termowizji w diagnostyce medycznej w 1964 roku. Smith potrzebował 6 minut na zrobienie każdego termogramu koni, które badał (3). Od tego czasu przeprowadzono wiele badań weterynaryjnych, a teraz obrazowanie termiczne zostało zatwierdzone jako sposób oceny urazów układu mięśniowo-szkieletowego u zwierząt (4,5).

2. Poprzednie badania kliniczne wspierające proponowane badania

   Co ciekawe, przeprowadzono bardzo niewiele badań klinicznych w celu walidacji wykorzystania obrazowania termicznego w diagnostyce medycznej chorób człowieka. Wykorzystanie termografii do diagnozowania chorób płuc badano w Rosji w latach 1976, 1981 i 1991 w trzech oddzielnych badaniach, ale badania te nie były ani kontrolowane, ani randomizowane (6-8). W 1970 roku Potanin wykazał w serii przypadków, że pacjenci z zapaleniem płuc mieli podwyższoną temperaturę w klatce piersiowej, a pacjenci z zatorowością płucną obniżyli tę temperaturę w klatce piersiowej (12). Najnowszym i najbardziej wpływowym badaniem oceniającym zapalenie płuc za pomocą termografii była seria przypadków przeprowadzona przez Więcek i wsp. (2001), którzy wykazali, że pacjenci z zapaleniem płuc wykazywali zmniejszenie sygnału termograficznego, gdy pozytywnie reagowali na leczenie (13). W bardziej nowoczesnych badaniach podjęto próbę walidacji obrazowania termicznego w podczerwieni w śródoperacyjnym pomiarze wielkości guzów mózgu (9), badaniach przesiewowych w kierunku gorączki u dzieci (10) i przewidywaniu czasu rekonwalescencji po oparzeniach (11), między innymi. Jednak nie było nowoczesnego badania walidującego obrazowanie termiczne w diagnozowaniu zapalenia płuc.

3. Uzasadnienie proponowanych badań i potencjalne korzyści dla społeczeństwa

Zapalenie płuc jest jedną z głównych przyczyn śmiertelności dzieci poniżej piątego roku życia na całym świecie. Obrazowanie wspierające diagnozę zapalenia płuc może być bardzo trudne do uzyskania w warunkach ograniczonych zasobów ze względu na brak sprzętu i przeszkolonego personelu. Łatwo dostępne obrazowanie zapalenia płuc za pomocą technologii obrazowania termicznego może pozwolić lekarzom na wcześniejsze i dokładniejsze diagnozowanie zapalenia płuc, co prowadziłoby do zmniejszenia zachorowalności i śmiertelności. W LMIC, gdzie dostępność RTG jest już ograniczona w ośrodkach peryferyjnych, nadmierne korzystanie z tych urządzeń może prowadzić do zużycia ograniczonych zasobów medycznych. Walidacja obrazowania termicznego w diagnostyce zapalenia płuc prawdopodobnie doprowadziłaby do oszczędności kosztów i uniknięcia skutków ubocznych środków przeciwdrobnoustrojowych i nadmiernego promieniowania.

II. CELE SZCZEGÓŁOWE:

1. Aby określić, czy kamera FLIR ONE może być używana do wykrywania różnic w spektrum temperatur, które ma zastosowanie kliniczne. Temperatura mierzona termometrem tętnicy skroniowej u hospitalizowanych pacjentów może wahać się od mniej niż 96° Fahrenheita do ponad 104° Fahrenheita. Podstawą działania kamery FLIR ONE oraz aplikacji irPNA jest wykrywanie asymetrii temperatur. Badacze mają nadzieję wykazać, że ta technologia jest w stanie wykazać tę różnicę.
2. Walidacja obrazowania termowizyjnego za pomocą kamery FLIR ONE i aplikacji irPNRA jako czułej metody diagnozowania zapalenia płuc. Badacze mają nadzieję wykazać, że istnieje niewiele wyników fałszywie ujemnych przy stosowaniu tej metody do diagnozowania zapalenia płuc.

3. Walidacja obrazowania termowizyjnego za pomocą kamery FLIR ONE i aplikacji irPNRA jako specyficznej metody różnicowania zapalenia płuc od innych procesów płucnych, takich jak astma, zatorowość płucna i zapalenie oskrzelików. Badacze mają nadzieję wykazać, że istnieje niewiele fałszywych alarmów podczas stosowania tej metody do diagnozowania zapalenia płuc.

   III. WYBÓR PRZEDMIOTU:

   1. Kryteria włączenia/wyłączenia

      Kryteriami włączenia są: 1) pacjenci w wieku od 28 dni do 17 lat, 2) z zaburzeniami oddychania i 3) poddani prześwietleniu klatki piersiowej. Badacze wykluczą pacjentów ze znaną przewlekłą chorobą płuc.

   2. Źródło próbek

   Badacze uzyskają zgodę pacjentów i rodziców na pediatrycznym oddziale intensywnej terapii (PICU), pediatrycznym oddziale ratunkowym (ED) i oddziałach pediatrycznych w Massachusetts General Hospital

   IV. REJESTRACJA PRZEDMIOTU:

   1. Metody rejestracji

      Przeszkolony personel badań klinicznych będzie obecny na OIOM-ie MGH PICU, oddziałach pediatrycznych i na ostrym dyżurze i będzie identyfikował potencjalnych pacjentów za pośrednictwem dostawców. Dodatkowo system elektronicznej dokumentacji medycznej EPIC będzie wykorzystywany przez wykwalifikowaną kadrę naukową (asystentów badawczych, koordynatorów, kierowników) do elektronicznej identyfikacji pacjentów, którzy mogą być potencjalnymi kandydatami do badania. Osoby, u których wykonano zdjęcie rentgenowskie klatki piersiowej, zostaną zaproszone do udziału w badaniu. To badanie nie będzie kolidować z opieką medyczną podmiotu.

      Jeśli pacjent wydaje się kwalifikować, dostawca pacjenta najpierw zwróci się do pacjenta i zapyta, czy jest chętny do kontaktu w sprawie badania naukowego. Jeśli potencjalny uczestnik odmówi, dalsze próby zapisania go nie będą podejmowane. Jeśli pacjent zgodzi się porozmawiać z kimś na temat badań, członek personelu badawczego zwróci się do niego w sprawie uczestnictwa.

      Rekrutacja nie będzie wiązać się z ograniczeniami dotyczącymi czynników społeczno-demograficznych, w tym cech etnicznych. Rekrutacja będzie pozbawiona jakichkolwiek procedur, które mogłyby zostać odebrane jako przymusowe.

   2. Procedury uzyskiwania świadomej zgody

      Podczas rejestracji w pokoju prywatnym badacz/osoba wyznaczona uzyska pisemną świadomą zgodę rodziców lub opiekunów uczestników na to badanie. Podczas tego spotkania badacze przypomną uczestnikom, że mają swobodę wyboru, czy chcą wziąć udział w badaniu, czy nie. Badacze użyją formularza zgody ogólnej dla rodziców/opiekunów pacjentów. Dzieci w wieku 14-17 lat mogą wyrazić zgodę, podpisując ogólny formularz zgody, jeśli to możliwe. W miarę możliwości badacze uzyskają ustną zgodę badanych.

   3. Przydział leczenia i randomizacja

   Zabiegi lub zmiany w planie opieki zdrowotnej nie będą dokonywane na podstawie tych badań.

   V. PROCEDURY STUDIÓW:

   1. Parametry badania, które należy zmierzyć

      Oprócz uzyskiwania obrazów termicznych za pomocą kamery FLIR ONE, badacze uzyskają kilka punktów danych pacjenta. Obejmują one 1) główną skargę, 2) temperaturę tętnicy skroniowej, 3) temperaturę skóry, 4) temperaturę otoczenia, 5) częstość oddechów, 6) wysycenie tlenem, 7) wyniki prześwietlenia klatki piersiowej i odpowiednie dane, 8) rozpoznanie wypisu oraz 9) dyspozycja. Dodatkowe zdjęcia rentgenowskie klatki piersiowej nie zostaną wykonane, badacze wykorzystają już wykonane zdjęcia rentgenowskie w ramach diagnozy pacjenta oraz podejścia i planu leczenia.

   2. Leki, które należy stosować

      Nic

   3. Urządzenia, które mają być używane

      Kamera FLIR ONE podłączona do zaszyfrowanego iPhone'a. Śledczy wykorzystają również aplikację irPNRA na iPhone'a zaprojektowaną przez członka zespołu badawczego Jima Lewisa, aby pomóc w kierowaniu obrazowaniem termicznym. iPhone jest szyfrowany zgodnie z przepisami Partnerów i nie może łączyć się z siecią telefoniczną ani Internetem. iPhone przez cały czas pozostanie w „trybie samolotowym”. Biomed już zbadał i zatwierdził te urządzenia.

   4. Procedury/interwencje chirurgiczne

      Nic

   5. Dane, które mają być zbierane i kiedy dane mają być zbierane

   Badacze uzyskają obrazy termowizyjne FLIR ONE w ciągu 4 godzin od prześwietlenia klatki piersiowej badanej osoby. Badacze zbiorą również następujące dane: 1) główna skarga, 2) temperatura tętnicy skroniowej, 3) temperatura skóry, 4) temperatura otoczenia, 5) częstość oddechów, 6) wysycenie tlenem, 7) wyniki prześwietlenia klatki piersiowej i odpowiednie dane , 8) rozpoznanie wypisu i 9) usposobienie. Parametry życiowe zostaną pobrane w czasie najbliższym prześwietleniu klatki piersiowej.

   Dane pacjentów zostaną zebrane przed usunięciem elementów umożliwiających identyfikację. Badacze użyją nazwiska pacjenta i numeru dokumentacji medycznej, aby uzyskać dostęp do swojej karty w EMR. Następnie z karty zostaną pobrane następujące dane: 1) dolegliwości główne, 2) temperatura tętnicy skroniowej, 3) temperatura skóry, 4) temperatura otoczenia, 5) częstość oddechów, 6) wysycenie tlenem, 7) wyniki RTG klatki piersiowej oraz odpowiednie dane, 8) diagnoza wypisu, oraz 9) usposobienie. Zdjęcia rentgenowskie zostaną pobrane, przesłane do aplikacji LifeImage, pozbawione cech identyfikacyjnych, a następnie wysłane do radiologa z naszego zespołu badawczego wraz z odpowiednim identyfikatorem badania. Dane pacjenta zostaną następnie pozbawione elementów umożliwiających identyfikację i zastąpione identyfikatorem badania.

   VI. ANALIZA BIOSTATYSTYCZNA:

   1. Konkretne zmienne danych, które mają być zbierane

      Badacze zbiorą następujące zmienne z karty pacjenta: 1) główna skarga, 2) temperatura tętnicy skroniowej, 3) temperatura skóry, 4) temperatura otoczenia, 5) częstość oddechów, 6) wysycenie tlenem, 7) wyniki prześwietlenia klatki piersiowej i odpowiednie dane, 8) diagnoza wypisu i 9) usposobienie.

      Badacze zbiorą następujące dane identyfikacyjne z dokumentacji pacjenta przed usunięciem danych identyfikacyjnych: 1) imię i nazwisko, 2) data urodzenia, 3) wiek, 4) płeć i 5) MRN.

      Interpretacja zdjęć rentgenowskich będzie zaślepiona. Zdjęcia rentgenowskie zostaną przesłane do LifeImage, pozbawione cech identyfikacyjnych, a następnie wysłane do radiologa z naszego zespołu badawczego. Zdjęcia rentgenowskie pozbawione cech identyfikacyjnych zostaną następnie ocenione przez radiologa.

   2. Punkty końcowe badania

      Badacze ocenią asymetrię temperatury za pomocą kamery termowizyjnej FLIR ONE ze zdjęciami klatki piersiowej. Badacze porównają te wyniki z wynikami prześwietlenia klatki piersiowej wykonanego w ciągu ostatnich 12 godzin.

   3. Metody statystyczne

      Badacze porównają wyniki prześwietlenia klatki piersiowej z wynikami termowizyjnymi FLIR ONE. Badacze wykorzystają obliczenia czułości i specyficzności na podstawie pozytywnych i negatywnych wyników tych badań.

   4. Analiza mocy

   Stosując standard α = 0,05, wielkość próby = 31, obserwowany odsetek wyników fałszywie dodatnich (TI+|CXR-) = 0,38 i obserwowany odsetek wyników fałszywie ujemnych (TI-|CXR+) = 0,20, moc (β-1) zastosowanego testu do całej populacji wyliczono na 0,26. Aby osiągnąć moc 0,80 w warunkach napotkanych w tym badaniu, badacze potrzebowaliby 138 pacjentów.

   VII. RYZYKO I DYSKOMFORT:

   1. Powikłania zabiegów chirurgicznych/niechirurgicznych

      Nic

   2. Skutki uboczne leków i toksyny

      Nic

   3. Komplikacje i awarie urządzeń

      Urządzenie FLIR ONE to kamera termowizyjna, którą podłącza się do iPhone'a. Komplikacje urządzenia nie będą miały wpływu na pacjenta. Jeśli działa nieprawidłowo, badacze naprawią go lub wymienią.

   4. Zagrożenia psychospołeczne (niemedyczne).

      Ryzyko utraty poufności zostanie zminimalizowane dzięki zastosowaniu identyfikatorów badań w dokumentacji badań w celu identyfikacji uczestników. Lista łącząca uczestników badania z identyfikatorami badania będzie przechowywana w bezpiecznym miejscu, z dostępem ograniczonym tylko do personelu bezpośrednio zaangażowanego w badanie naukowe.

   5. Zagrożenia promieniowaniem

   Nie są znane zagrożenia związane z promieniowaniem. Jak wspomniano powyżej, wykorzystywane będą wyłącznie zdjęcia rentgenowskie uzyskane w ramach planów diagnostyki i leczenia pacjenta. Żadne dodatkowe zdjęcia rentgenowskie nie będą wykonywane.

   VIII. EWENTUALNE ZYSKI:

   1. Potencjalne korzyści dla osób uczestniczących

      Uczestnicy nie odniosą żadnych bezpośrednich korzyści z udziału w badaniu.

   2. Potencjalne korzyści dla społeczeństwa

   Na całym świecie zapalenie płuc jest jedną z głównych przyczyn śmiertelności dzieci w pierwszych 5 latach życia. Zarówno w krajach rozwiniętych, jak iw środowiskach ubogich w zasoby, wykrywanie patogenów bakteryjnych poprzez hodowanie krwi lub innych próbek jest czasochłonne, brakuje mu czułości i waha się od trudnych w USA do niemożliwych w krajach rozwijających się. W USA brak możliwości ustalenia, które dzieci mają infekcję bakteryjną, skutkuje nadmiernym stosowaniem antybiotyków i zwiększonym ryzykiem infekcji organizmami wielolekoopornymi. W krajach rozwijających się konsekwencją są opóźnienia we właściwym rozpoczęciu antybiotykoterapii oraz nadmierna liczba kierowanych dzieci na hospitalizację, która przeciąża placówki kierunkowe. Bez względu na otoczenie, istnieje pilna potrzeba diagnostyki w miejscu opieki, aby określić, które dzieci prawdopodobnie mają bakteryjne zapalenie płuc i odniosą korzyść z podania antybiotyków.

   Co więcej, wspomaganie diagnozy zapalenia płuc za pomocą obrazowania termicznego może uniknąć prześwietlenia klatki piersiowej jako podstawowego narzędzia diagnostycznego i zmniejszyć niepotrzebne narażenie pacjentów na promieniowanie. Na OIT i oddziałach nierzadko zdarza się, że niektórzy pacjenci wymagają codziennych lub nawet częstszych prześwietleń klatki piersiowej. Jeśli badacze będą w stanie zweryfikować obrazowanie termiczne jako narzędzie do wykrywania zapalenia płuc, mogliby potencjalnie zminimalizować narażenie tych pacjentów na promieniowanie.

   IX. MONITORING I ZAPEWNIANIE JAKOŚCI:

   1. Niezależny monitoring danych źródłowych

      Biorąc pod uwagę stosunkowo niewielki rozmiar tego badania i brak agenta badawczego, nie zostanie powołany komitet monitorujący dane i bezpieczeństwo w celu oceny danych i bezpieczeństwa uczestników. Główny badacz oraz partnerzy IRB zapewniają nadzór i przegląd protokołu badania przez cały czas trwania badania.

   2. Monitorowanie bezpieczeństwa

      Nie będzie oficjalnego monitoringu bezpieczeństwa. Badacze przewidują, że ryzyko związane z udziałem w tym badaniu będzie minimalne.

   3. Monitorowanie wyników

      Nie będzie monitorowania wyników. Zabiegi lub zmiany w planie opieki zdrowotnej nie będą dokonywane na podstawie tych badań.

   4. Wytyczne dotyczące zgłaszania zdarzeń niepożądanych

   Główny badacz dokona przeglądu wszystkich zgłoszeń dotyczących bezpieczeństwa lub innych problemów w ciągu 24 godzin od otrzymania powiadomienia i przekaże je IRB zgodnie z polityką Partnerów IRB „Zgłaszanie nieoczekiwanych problemów, w tym zdarzeń niepożądanych”. Badacze nie będą potrzebować DSMB do tego badania.