热成像检测肺炎的验证

一、背景与意义

1. 历史背景

   每天有 16,000 名 5 岁以下儿童死亡。 尽管在肺炎的早期诊断和治疗方面取得了长足进步，但它仍占 5 岁以下儿童死亡人数的 15% 左右 (1)。 不幸的是，由于缺乏资源和培训，低收入和中等收入国家 (LMIC) 的护理提供者数量有限。 在这些 LMIC 中，胸部 X 光检查尤其困难 (14)。 具有讽刺意味的是，智能手机随处可见。 自 1960 年开发以来，前视红外 (FLIR) 相机取得了多项技术进步。 值得注意的是，它们现在更实惠、更紧凑，可以连接到智能手机。 FLIR 相机现在有可能帮助儿童肺炎的早期诊断和后续治疗。

   FLIR 成像于 1956 年在芝加哥大学的军事资助下首次开发。 从 1960 年代到 1970 年代，空军和德州仪器公司独立修改了 FLIR 技术，供军用飞机使用 (2)。 1964 年，Wendell Smith 首次记录了热成像在医学诊断中的应用。 史密斯需要 6 分钟来记录他正在研究的马匹的每张温度记录仪 (3)。 从那时起进行了多项兽医研究，现在热成像已被验证为评估动物肌肉骨骼损伤的一种方法 (4,5)。

2. 以前的临床研究支持拟议的研究

   有趣的是，很少有临床研究来验证热成像在人类疾病医学诊断中的应用。 1976 年、1981 年和 1991 年在俄罗斯进行了三项独立研究，研究了使用热成像诊断肺部疾病，但这些研究既不是对照研究也不是随机研究 (6-8)。 1970 年，波塔宁通过一系列病例证明，肺炎患者胸腔温度升高，肺栓塞患者胸腔温度降低 (12)。 使用热成像评估肺炎的最新且有影响力的研究是由 Wiecek 等人进行的病例系列研究。 (2001)，这表明肺炎患者在对治疗有积极反应时表现出热成像信号减少 (13)。 更多现代研究试图验证红外热成像在术中测量脑肿瘤大小 (9)、筛查儿童发烧 (10) 和预测烧伤后恢复时间 (11) 等方面的作用。 然而，还没有一项现代研究验证热成像在诊断肺炎方面的有效性。

3. 拟议研究背后的基本原理和对社会的潜在利益

肺炎是全球五岁以下儿童死亡率的主要原因之一。 由于缺乏设备和训练有素的工作人员，在资源有限的环境中很难获得支持肺炎诊断的成像。 使用热成像技术对肺炎进行易于获取的成像可以使从业者更早、更准确地诊断肺炎，从而降低发病率和死亡率。 在外围中心的 X 射线可用性已经有限的 LMICs 中，过度使用这些设施会导致消耗有限的医疗资源。 在肺炎诊断中验证热成像可能会节省成本，并避免抗菌剂和过度辐射的副作用。

二。具体目标：

1. 确定 FLIR ONE 热像仪是否可用于检测临床适用的温度谱差异。 住院患者的颞动脉温度计测得的温度可以从低于 96° 华氏度到超过 104° 华氏度不等。 FLIR ONE 相机和 irPNA 应用的基础是检测温度的不对称性。 研究人员希望证明这项技术有能力证明这种差异。
2. 验证使用 FLIR ONE 相机和 irPNRA 应用程序的热成像作为一种诊断肺炎的灵敏方式。 研究人员希望证明在使用这种方式诊断肺炎时几乎没有假阴性。

3. 验证使用 FLIR ONE 热像仪和 irPNRA 应用程序的热成像作为区分肺炎与其他肺部疾病（例如哮喘、肺栓塞和细支气管炎）的特定方式。 研究人员希望证明使用这种方式诊断肺炎时几乎没有假阳性。

   三、主题选择：

   1. 纳入/排除标准

      纳入标准为 1) 28 天至 17 岁的患者，2) 有呼吸窘迫的患者，以及 3) 接受胸部 X 光检查的患者。 研究人员将排除患有已知慢性肺病的患者。

   2. 样品来源

   研究人员将征得马萨诸塞州综合医院儿科重症监护病房 (PICU) 儿科急诊科 (ED) 和儿科病房患者和家长的同意

   四、主题注册：

   1. 报名方式

      训练有素的临床研究人员将出现在 MGH PICU、儿科病房和急诊室，并通过提供者确定潜在的受试者。 此外，合格的研究人员（研究助理、协调员、管理人员）将使用 EPIC 电子病历系统以电子方式识别可能成为研究潜在候选人的患者。 接受胸部 X 光检查的受试者将被要求参与研究。 本研究不会干扰受试者的医疗护理。

      如果患者似乎符合条件，患者的提供者将首先接近受试者并询问他们是否愿意就研究学习进行接触。 如果潜在受试者拒绝，则不会进一步尝试招收该受试者。 如果受试者同意与某人谈论研究，研究人员将与他或她联系以了解参与情况。

      招聘将不涉及对包括种族特征在内的社会人口因素的限制。 招聘将没有任何程序，这可能被解释为强制性的。

   2. 获得知情同意的程序

      在注册时，在一个私人房间里，调查员/指定人员将从参与者的父母或监护人那里获得对这项研究的书面知情同意。 在这次遭遇中，研究者会提醒参与者，他们可以自由选择是否参与研究。 研究人员将为患者的父母/监护人使用一般同意书。 14-17 岁的儿童可以在可能的情况下通过共同签署通用模板同意书来表示同意。 在可能的情况下，调查人员将口头征得受试者的同意。

   3. 治疗分配和随机化

   不会根据这项研究进行治疗或改变医疗保健计划。

   五、研究程序：

   1. 要测量的研究参数

      除了使用 FLIR ONE 相机获取热图像外，研究人员还将获取多个患者数据点。 其中包括：1）主诉，2）颞动脉温度，3）皮肤温度，4）环境温度，5）呼吸频率，6）血氧饱和度，7）胸片结果及相关数据，8）出院诊断，以及9) 处置。 不会获得额外的胸部 X 光片，研究人员将使用已经采购的 X 光片作为患者诊断和治疗方法和计划的一部分。

   2. 要使用的药物

      没有任何

   3. 使用的设备

      连接到加密 iPhone 的 FLIR ONE 相机。 研究人员还将使用 iPhone 上由研究团队成员 Jim Lewis 设计的 irPNRA 应用程序来帮助引导热成像。 iPhone 已根据合作伙伴规定进行加密，无法连接到电话网络或互联网。 iPhone 将始终保持“飞行模式”。 Biomed 已经调查并批准了这些设备。

   4. 程序/手术干预

      没有任何

   5. 要收集的数据以及何时收集数据

   研究人员将在受试者进行胸部 X 光检查后 4 小时内获得 FLIR ONE 热图像。 调查人员还将收集以下数据：1）主诉，2）颞动脉温度，3）皮肤温度，4）环境温度，5）呼吸频率，6）氧饱和度，7）胸部X光结果和相关数据, 8) 出院诊断, 和 9) 处置。 将在最接近胸部 X 光检查的时间获取生命体征。

   患者数据将在去识别化之前收集。 调查人员将使用患者姓名和医疗记录编号来访问他们在 EMR 中的图表。 然后将从图表中获得以下数据：1）主诉，2）颞动脉温度，3）皮肤温度，4）环境温度，5）呼吸频率，6）氧饱和度，7）胸部X光结果和相关资料，8）出院诊断，9）处置。 将获取 X 光片，将其上传到 LifeImage 应用程序，取消识别，然后使用适当的研究 ID 发送给我们研究团队的放射科医生。 然后患者信息将被取消识别并替换为研究 ID。

   六。生物统计分析：

   1. 要收集的特定数据变量

      研究人员将从患者图表中收集以下变量：1) 主诉，2) 颞动脉温度，3) 皮肤温度，4) 环境温度，5) 呼吸频率，6) 氧饱和度，7) 胸部 X 光检查结果及相关资料，8）出院诊断，9）处置。

      在对患者记录进行去标识化之前，调查人员将从患者记录中收集以下标识符：1) 姓名，2) DOB，3) 年龄，4) 性别，和 5) MRN。

      X 射线的解读将采用盲法。 X 光片将上传到 LifeImage，取消识别，然后发送给我们研究团队的放射科医生。 然后，放射科医师将对去识别化的 X 射线图像进行评估。

   2. 研究终点

      研究人员将使用 FLIR ONE 热像仪和拍摄的胸部图像评估温度不对称性。 调查人员会将这些结果与过去 12 小时内拍摄的胸部 X 光片的结果进行比较。

   3. 统计方法

      研究人员会将胸部 X 光结果与 FLIR ONE 热成像结果进行比较。 研究人员将根据这些研究的阳性和阴性结果使用敏感性和特异性计算。

   4. 功率分析

   使用标准 α = 0.05、样本量 = 31、观察到的假阳性 (TI+|CXR-) 率 =0.38 和观察到的假阴性 (TI-|CXR+) 率 = 0.20，应用检验的功效 (β-1)对总人口的计算结果为 0.26。 为了在本研究中遇到的条件下达到 0.80 的功效，研究人员将需要 138 名患者。

   七。风险和不适：

   1. 手术/非手术程序的并发症

      没有任何

   2. 药物副作用和毒素

      没有任何

   3. 设备并发症和故障

      FLIR ONE 设备是一款附在 iPhone 上的热像仪。 设备的并发症不会影响患者。 如果出现故障，调查人员将修理或更换它。

   4. 社会心理（非医疗）风险

      通过在研究文件上使用研究 ID 来识别受试者，可以最大限度地降低泄露机密的风险。 将研究对象与研究 ID 相关联的列表将保存在安全位置，仅限直接参与研究的工作人员访问。

   5. 辐射风险

   没有已知的辐射风险。 如上所述，将仅使用作为患者诊断和治疗计划的一部分获得的 X 射线。 不会拍摄额外的 X 光片。

   八。潜在好处：

   1. 对参与个人的潜在好处

      参与者不会从参与研究中获得任何直接利益。

   2. 对社会的潜在好处

   在世界范围内，肺炎是导致 5 岁以下儿童死亡的主要原因之一。 在发达国家和资源匮乏的环境中，通过培养血液或其他标本来检测细菌病原体非常耗时，缺乏敏感性，在美国困难重重，在发展中国家则不可能。 在美国，无法确定哪些儿童感染了细菌会导致过度使用抗生素并增加感染多重耐药微生物的风险。 在发展中国家，后果是延迟及时开始抗生素治疗和过度转诊儿童住院，使转诊设施不堪重负。 无论环境如何，都迫切需要即时诊断来确定哪些儿童可能患有细菌性肺炎，并且会从抗生素治疗中获益。

   此外，利用热成像辅助诊断肺炎可能会避免将胸部 X 光片作为主要诊断工具，并减少患者不必要的辐射暴露。 在 PICU 和病房中，一些患者需要每天甚至更频繁地进行胸部 X 光检查的情况并不少见。 如果研究人员能够验证热成像作为检测肺炎的工具，则研究人员有可能最大限度地减少这些患者的辐射暴露。

   九。监测和质量保证：

   1. 源数据的独立监控

      鉴于本研究规模相对较小且缺乏研究药物，因此不会设立数据和安全监测委员会来评估参与者的数据和安全性。 首席研究员以及合作伙伴 IRB 应在整个研究期间对研究方案进行监督和审查。

   2. 安全监控

      不会有官方的安全监控。 研究人员预计参与这项研究的风险很小。

   3. 结果监测

      将没有结果监测。 不会根据这项研究进行治疗或改变医疗保健计划。

   4. 不良事件报告指南

   首席调查员将在收到通知后 24 小时内审查所有关于安全或其他问题的报告，并根据合作伙伴 IRB 政策“报告包括不良事件在内的意外问题”将这些报告传达给 IRB。 研究人员不需要为这项研究提供 DSMB。