Неинвазивное обнаружение пневмонии в контексте Covid-19 с использованием газовой хроматографии - спектрометрии ионной подвижности (GC-IMS)

Анализ летучих органических соединений (ЛОС) в выдыхаемом воздухе вызывает все больший интерес в диагностике инфекции легких. С помощью газовой хроматографии и масс-спектрометрии (ГХ-МС) можно обнаружить более 2000 ЛОС; Выявленные образцы ЛОС могут предоставить информацию о хронической обструктивной болезни легких, астме, раке легких и интерстициальном заболевании легких. К сожалению, ГХ-МС, хотя и обладает высокой чувствительностью, не может проводиться у постели больного, и в лучшем случае требуется несколько часов для подготовки образцов, проведения анализа и последующей интерпретации результатов.

По сравнению с другими методами анализа выдыхаемого воздуха спектрометрия ионной подвижности (IMS) обеспечивает в десять раз более высокую скорость обнаружения ЛОС. Объединяя спектрометр ионной подвижности с колонкой для ГХ, GC-IMS обеспечивает мгновенное двукратное разделение ЛОС с визуализацией в виде трехмерной хроматограммы. Общее время анализа составляет около 300 секунд, а оборудование миниатюризировано, чтобы его можно было проводить у постели больного.

Аппарат BreathSpec ранее использовался для изучения радиационного поражения у пациентов, проходящих лучевую терапию в Эдинбургском онкологическом центре (REC ref 16-SS-0059, в рамках проекта H2020 TOXI-triage, http://www.toxi-triage. ЕС/) и пневмония у пациентов, поступающих в отделение неотложной помощи Королевского лазарета Эдинбурга (REC ref 18-LO-1029). В этой работе была разработана методология искусственного интеллекта, которая позволяет быстро анализировать огромное количество данных, собранных из этих образцов дыхания, для выявления признаков, которые могут указывать на конкретный патологический процесс, такой как пневмония или лучевое поражение.

Проект TOXI-triage показал, что BreathSpec GC-IMS может быстро сортировать людей для выявления тех, кто подвергся воздействию определенных летучих жидкостей в ситуации массового поражения (http://www.toxi-triage.eu/).

Пилотное исследование оценивало инфекции грудной клетки в отделении неотложной медицинской помощи Королевской университетской больницы Ливерпуля. Окончательная диагностическая модель позволила четко различать бактериальные инфекции органов грудной клетки и инфекции органов грудной клетки, вызванные другими агентами, с площадью под кривой характеристики оператора-приемника (AUC-ROC) 0,73 (95% ДИ 0,61-0,86). Обобщенными характеристиками теста были чувствительность 62% (95% ДИ 41-80%) и специфичность 80% (95% ДИ 64-91%) [8].

Это было расширено в рамках исследования Breathspec Study, финансируемого ЕС H2020, целью которого было дифференцировать образцы дыхания от пациентов с бактериальной или вирусной инфекцией верхних или нижних дыхательных путей. Было набрано более 1220 пациентов, из которых 191 пациент был определен как определенно бактериальная инфекция, а 671 классифицирован как определенно небактериальная инфекция. Вирусология проводилась у всех пациентов, у 259 пациентов была подтверждена вирусная инфекция. Обработка данных все еще продолжается, чтобы определить, насколько хорошо их можно различить с помощью этой методологии. В этом исследовании в Эдинбурге приняли участие более 100 пациентов. С тех пор искусственный интеллект был включен в наши аналитические процессы, что позволяет проводить более быстрый и точный анализ.

Наша цель состоит в том, чтобы эта технология позволила идентифицировать сигнатуру пневмонии Covid-19 или в течение 10 минут в неинвазивно собранных образцах выдыхаемого воздуха, чтобы можно было разделить пациентов на категории высокого и низкого риска для Covid-19. Это позволит использовать ограниченные ресурсы и сложные протоколы, связанные с пациентами с высоким риском, включая средства индивидуальной защиты (СИЗ), когорты и выделенный медицинский и сестринский персонал.

Группа здоровых добровольцев была добавлена ​​в июле 2020 г. - 40 участников.