Validering av termisk avbildning för att upptäcka lunginflammation

I. BAKGRUND OCH BETYDNING

1. Historisk bakgrund

   Varje dag dör 16 000 barn under 5 år. Även om framsteg har gjorts i tidig diagnos och behandling av lunginflammation, står den fortfarande för cirka 15 % av dödsfallen för barn under 5 år (1). Tyvärr är vårdgivare i låg- och medelinkomstländer (LMIC) begränsade på grund av brist på resurser och utbildning. Bröströntgen är särskilt svår att få i dessa LMIC (14). Ironiskt nog är smartphones lättillgängliga. Sedan utvecklingen 1960 har framåtblickande infraröda (FLIR) kameror gjort flera tekniska framsteg. Särskilt de är nu mer prisvärda och kompakta, kopplade till smartphones. FLIR-kameror har nu potential att hjälpa till vid tidig diagnos och efterföljande behandling av barndomslunginflammation.

   FLIR imaging utvecklades först 1956 med militär finansiering vid University of Chicago. Från 1960-talet till 1970-talet modifierades FLIR-tekniken oberoende av både flygvapnet och Texas Instruments Inc. för användning av militära flygplan (2). Wendell Smith dokumenterade först användningen av termisk avbildning i medicinsk diagnos 1964. Smith behövde 6 minuter för att ta varje termograf av hästarna han studerade (3). Flera veterinärstudier har utförts sedan dess, och nu har termisk avbildning validerats som ett sätt att bedöma muskel- och skelettskador hos djur (4,5).

2. Tidigare kliniska studier som stöder den föreslagna forskningen

   Intressant nog har mycket få kliniska studier utförts för att validera användningen av termisk avbildning vid medicinsk diagnos av mänskliga sjukdomar. Användningen av termografi för att diagnostisera lungsjukdom studerades i Ryssland 1976, 1981 och 1991 i tre separata studier, men dessa studier var varken kontrollerade eller randomiserade (6-8). 1970 visade Potanin genom en fallserie att patienter med lunginflammation hade ökat överliggande brösttemperatur och patienter med lungemboli hade minskat överliggande brösttemperatur (12). Den senaste och mest effektfulla studien som utvärderade lunginflammation med termisk avbildning var en fallserie utförd av Wiecek et al. (2001), som visade att patienter med lunginflammation visade en minskning av termografisk signal då de svarade positivt på behandlingen (13). Mer moderna studier har försökt validera infraröd värmeavbildning vid mätning av storleken på hjärntumörer intraoperativt (9), screening för feber hos barn (10), och förutsäga längden på återhämtning efter brännskador (11), bland annat. Det har dock inte funnits en modern studie som validerar värmeavbildning vid diagnostisering av lunginflammation.

3. Bakgrund bakom föreslagen forskning och potentiell nytta för samhället

Lunginflammation är en av de främsta orsakerna till dödligheten under fem år världen över. Avbildning för att stödja diagnosen lunginflammation kan vara mycket svår att få i resursbegränsade miljöer på grund av brist på utrustning och utbildad personal. Lätttillgänglig avbildning av lunginflammation med termisk avbildningsteknik kan göra det möjligt för utövare att diagnostisera lunginflammation tidigare och mer exakt, vilket skulle leda till minskad sjuklighet och dödlighet. I LMICs där röntgentillgängligheten redan är begränsad i perifera centra, kan överdriven användning av dessa faciliteter leda till konsumtion av begränsade medicinska resurser. Validering av värmeavbildning vid diagnos av lunginflammation skulle sannolikt leda till kostnadsbesparingar och undvikande av biverkningar av antimikrobiella medel och överdriven strålning.

II. SPECIFIKA MÅL:

1. För att avgöra om FLIR ONE-kameran kan användas för att upptäcka skillnader i ett temperaturspektrum som är kliniskt tillämpbart. Temperaturen mätt med en temporal artärtermometer på sjukhuspatienter kan variera från mindre än 96 ° Fahrenheit till över 104 ° Fahrenheit. Grunden för FLIR ONE-kameran och irPNA-applikationen är att detektera asymmetri i temperaturer. Utredarna hoppas kunna visa att denna teknik har förmågan att visa denna skillnad.
2. För att validera värmeavbildning med FLIR ONE-kameran och irPNRA-applikationen som en känslig modalitet för att diagnostisera lunginflammation. Utredarna hoppas kunna visa att det finns få falska negativa effekter när de använder denna metod för att diagnostisera lunginflammation.

3. Att validera värmeavbildning med FLIR ONE-kameran och irPNRA-applikationen som en specifik modalitet för att skilja lunginflammation från andra lungprocesser, såsom astma, lungemboli och bronkiolit. Utredarna hoppas kunna visa att det finns få falska positiva resultat när man använder denna metod för att diagnostisera lunginflammation.

   III. ÄMNESVAL:

   1. Kriterier för inkludering/uteslutning

      Inklusionskriterier är 1) patienter i åldern 28 dagar till 17 år, 2) som har andningsbesvär och 3) som får en lungröntgen. Utredarna kommer att utesluta patienter med känd kronisk lungsjukdom.

   2. Provkälla

   Utredarna kommer att inhämta samtycke från patienter och föräldrar på Pediatric Intensive Care Unit, (PICU) Pediatric Emergency Department (ED) och Pediatric Wards på Massachusetts General Hospital

   IV. ÄMNESANMÄLAN:

   1. Metoder för registrering

      Utbildad klinisk forskningspersonal kommer att finnas på MGH PICU, pediatriska avdelningar och ED och identifiera potentiella ämnen genom leverantörer. Dessutom kommer det elektroniska journalsystemet EPIC att användas av kvalificerad forskarpersonal (forskarassistenter, koordinatorer, chefer) för att elektroniskt identifiera patienter som kan vara potentiella kandidater för studien. Försökspersoner som får en lungröntgen kommer att kontaktas för deltagande i studien. Denna studie kommer inte att störa försökspersonens medicinska vård.

      Om en patient verkar vara berättigad, kommer patientens vårdgivare först att närma sig ämnet och fråga om de är villiga att bli kontaktade om en forskningsstudie. Om det potentiella ämnet avslår kommer inga ytterligare försök att göras för att registrera ämnet. Om försökspersonen går med på att prata med någon om forskning kommer en studiepersonal att kontakta honom eller henne om deltagande.

      Rekrytering kommer inte att innebära begränsningar av sociodemografiska faktorer inklusive etniska egenskaper. Rekryteringen kommer att sakna alla förfaranden som kan tolkas som tvång.

   2. Rutiner för att erhålla informerat samtycke

      Vid registrering, i ett privat rum, kommer utredaren/utredaren att få skriftligt informerat samtycke från deltagarnas förälder eller vårdnadshavare för denna studie. Under detta möte kommer utredarna att påminna deltagarna om att de är fria att välja att delta i forskningen eller inte. Utredarna kommer att använda ett formulär för allmänt samtycke för patienters föräldrar/vårdnadshavare. Barn 14-17 kan ge samtycke genom att medunderteckna samtyckesformuläret för den allmänna mallen när de kan. Utredarna kommer att erhålla samtycke från försökspersonerna muntligt, när det är möjligt.

   3. Behandlingsuppdrag och randomisering

   Behandlingar eller ändringar i hälsovårdsplanen kommer inte att göras baserat på denna forskning.

   V. STUDIEPROCEDURER:

   1. Studieparametrar som ska mätas

      Förutom att ta värmebilder med FLIR ONE-kameran kommer utredarna att få flera patientdatapunkter. Dessa inkluderar 1) huvudbesvär, 2) temporal artärtemperatur, 3) kutan temperatur, 4) omgivningstemperatur, 5) andningsfrekvens, 6) syremättnad, 7) röntgenresultat från thorax och relevanta data, 8) utskrivningsdiagnos och 9) disposition. Ytterligare röntgenbilder av thorax kommer inte att erhållas, utredarna kommer att använda röntgenbilder som redan tagits fram som en del av patientdiagnostik och behandlingsmetod och plan.

   2. Läkemedel som ska användas

      Ingen

   3. Enheter som ska användas

      FLIR ONE-kamera, kopplad till en krypterad iPhone. Utredarna kommer också att använda irPNRA-applikationen på iPhone designad av forskarteammedlemmen Jim Lewis för att hjälpa till att styra värmeavbildningen. iPhone är krypterad av Partners regler och kan inte ansluta till ett telefonnätverk eller Internet. iPhone kommer alltid att vara i 'flygplansläge'. Biomed har redan undersökt och godkänt dessa enheter.

   4. Ingrepp/kirurgiska ingrepp

      Ingen

   5. Data som ska samlas in och när uppgifterna ska samlas in

   Utredarna kommer att ta FLIR ONE värmebilder inom 4 timmar efter försökspersonens lungröntgen. Utredarna kommer också att samla in följande data: 1) huvudbesvär, 2) temporal artärtemperatur, 3) kutan temperatur, 4) omgivningstemperatur, 5) andningsfrekvens, 6) syremättnad, 7) röntgenresultat från bröstet och relevanta data , 8) utskrivningsdiagnos och 9) disposition. Vitalerna kommer att erhållas vid den tidpunkt som ligger närmast lungröntgen.

   Patientdata kommer att samlas in innan de avidentifieras. Utredarna kommer att använda patientens namn och journalnummer för att komma åt deras diagram i EMR. Därefter kommer följande data att erhållas från diagrammet: 1) huvudbesvär, 2) temporal artärtemperatur, 3) kutan temperatur, 4) omgivningstemperatur, 5) andningsfrekvens, 6) syremättnad, 7) röntgenresultat av thorax och relevanta data, 8) utskrivningsdiagnos och 9) disposition. Röntgenbilderna kommer att tas, laddas upp till LifeImage-applikationen, avidentifieras och sedan skickas till radiologen i vårt forskarteam med lämpligt studie-ID. Patientinformationen kommer sedan att avidentifieras och ersättas med ett studie-ID.

   VI. BIOSTATISTISK ANALYS:

   1. Specifika datavariabler som ska samlas in

      Utredarna kommer att samla in följande variabler från patientdiagrammet: 1) huvudbesvär, 2) temporal artärtemperatur, 3) kutan temperatur, 4) omgivningstemperatur, 5) andningsfrekvens, 6) syremättnad, 7) röntgenresultat från thorax. och relevanta data, 8) utskrivningsdiagnos och 9) disposition.

      Utredarna kommer att samla in följande identifierare från patientjournalen innan de avidentifieras: 1) namn, 2) DOB, 3) ålder, 4) kön och 5) MRN.

      Tolkning av röntgenstrålar kommer att bli blind. Röntgenbilderna laddas upp till LifeImage, avidentifieras och skickas sedan till radiologen i vårt forskarteam. De avidentifierade röntgenbilderna kommer sedan att utvärderas av radiologen.

   2. Studera slutpunkter

      Utredarna kommer att bedöma temperaturasymmetri med FLIR ONE värmekamera med bilder tagna av bröstet. Utredarna kommer att jämföra dessa resultat med resultaten av en lungröntgen som tagits under de senaste 12 timmarna.

   3. Statistiska metoder

      Utredarna kommer att jämföra röntgenresultat från thorax med FLIR ONE-termiska avbildningsresultat. Utredarna kommer att använda sensitivitets- och specificitetsberäkningar baserat på de positiva och negativa resultaten från dessa studier.

   4. Effektanalys

   Genom att använda standarden α = 0,05, provstorlek = 31, observerad falsk positiv (TI+|CXR-) frekvens =0,38 och den observerade falska negativa (TI-|CXR+) frekvensen = 0,20, effekten (β-1) för det använda testet till den totala befolkningen beräknades till 0,26. För att uppnå en styrka på 0,80 med de tillstånd som påträffades i denna studie skulle utredarna kräva 138 patienter.

   VII. RISKER OCH OBEHAG:

   1. Komplikationer av kirurgiska/icke-kirurgiska ingrepp

      Ingen

   2. Läkemedelsbiverkningar och gifter

      Ingen

   3. Enhetskomplikationer och felfunktioner

      FLIR ONE-enheten är en värmekamera som fästs på en iPhone. Komplikationer av enheten kommer inte att påverka patienten. Om det inte fungerar kommer utredarna att fixa eller byta ut det.

   4. Psykosociala (icke-medicinska) risker

      Risken för förlust av konfidentialitet kommer att minimeras genom att använda studie-ID på studiedokumentationen för att identifiera försökspersoner. Listan som länkar studieobjekten till studie-ID:n kommer att förvaras på en säker plats, med åtkomst begränsad endast till personal som är direkt involverad i forskningsstudien.

   5. Strålningsrisker

   Det finns inga kända strålningsrisker. Som nämnts ovan kommer endast röntgenbilder erhållna som en del av patientdiagnostiken och behandlingsplanerna att användas. Inga ytterligare röntgenbilder kommer att tas.

   VIII. POTENTIELLA FÖRDELAR:

   1. Potentiella fördelar för deltagande individer

      Deltagarna kommer inte att få någon direkt nytta av sitt deltagande i studien.

   2. Potentiella fördelar för samhället

   Över hela världen är lunginflammation en av de främsta orsakerna till dödlighet hos barn under de första 5 levnadsåren. I både utvecklade länder och miljöer med dåliga resurser är upptäckt av bakteriella patogener genom att odla blod eller andra prover tidskrävande, saknar känslighet och sträcker sig från svårt i USA till omöjligt i utvecklingsvärlden. I USA leder oförmågan att avgöra vilka barn som har en bakterieinfektion till överdriven användning av antibiotika och ökad risk för infektion med multi-läkemedelsresistenta organismer. I utvecklingsvärlden är konsekvenserna förseningar i att i tid inleda antibiotikabehandling och överdriven remiss av barn för sjukhusvistelse som överväldigar remissinrättningarna. Oavsett miljö finns det ett akut behov av diagnostik för att fastställa vilka barn som sannolikt har bakteriell lunginflammation och som kommer att dra nytta av administrering av antibiotika.

   Dessutom kan hjälp med diagnos av lunginflammation med termisk avbildning undvika lungröntgen som det primära diagnostiska verktyget och minska onödig exponering av patienter för strålning. På PICU och avdelningarna är det inte ovanligt att vissa patienter behöver dagliga eller ännu oftare lungröntgen. Om utredarna kan validera termisk avbildning som ett verktyg för att upptäcka lunginflammation, kan utredarna potentiellt minimera strålningsexponeringen för dessa patienter.

   IX. ÖVERVAKNING OCH KVALITETSSÄKRING:

   1. Oberoende övervakning av källdata

      Med tanke på den relativt lilla storleken på denna studie och avsaknaden av ett undersökningsämne, kommer det inte att finnas en data- och säkerhetsövervakningskommitté i syfte att utvärdera deltagarnas data och säkerhet. Huvudutredaren, såväl som Partners IRB, ska tillhandahålla tillsyn och granskning av studieprotokollet under hela studiens varaktighet.

   2. Säkerhetsövervakning

      Det kommer inte att finnas någon officiell säkerhetsövervakning. Utredarna räknar med att riskerna med att delta i denna forskningsstudie är minimala.

   3. Resultatövervakning

      Det kommer inte att finnas någon resultatövervakning. Behandlingar eller ändringar i hälsovårdsplanen kommer inte att göras baserat på denna forskning.

   4. Riktlinjer för rapportering av biverkningar

   Huvudutredaren kommer att granska alla rapporter om säkerhet eller andra problem inom 24 timmar efter att de blivit underrättade och kommunicera dessa till IRB enligt Partners IRB-policy "Rapportering av oförutsedda problem inklusive negativa händelser". Utredarna kommer inte att kräva en DSMB för denna studie.