СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ИСХОДА ВИРУСНОЙ ПНЕВМОНИИ ПРИ COVID-19 Российский патент 2022 года по МПК A61B6/03 G16H50/30 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к медицине, а именно к лучевой диагностике. Способ может быть использован для прогнозирования исхода вирусной пневмонии.

Уровень техники

В настоящее время известно использование количественной оценки состояния легких с помощью программного обеспечения, в том числе у пациентов с вирусной пневмонией при COVID-19. Количественная оценка функционирующего объема легких с помощью программного обеспечения и машинное обучение данного показателя позволило определить пороговое значение функционирующего объема легких <73% или <2,9 литров в прогнозировании неблагоприятного исхода вирусной пневмонии или поступления в отделение реанимации (Davide Colombi, Flavio C. Bodini, Marcello Petrini, Gabriele Maffi, Nicola Morelli, Gianluca Milanese, Mario Silva, Nicola Sverzellati, Emanuele Michieletti Well-aerated Lung on Admitting Chest CT to Predict Adverse Outcome in COVID-19 Pneumonia. Radiology. 2020 Apr 17: 201433. Published online 2020 Apr 17. doi: 10.1148/radiol.2020201433). Однако полученная модель логистической регрессии обладала лишь средними чувствительностью, специфичностью и прогностическими возможностями. Кроме того, при вычислении пораженного объема легких учитывается вовлечение лишь >27% легкого, что включает пациентов с не тяжелым состоянием, поскольку тяжелое состояние определяет степень поражения легких 75-100%. Данная логистическая модель не позволяет четко определить неблагоприятный исход заболевания, поскольку не различается пороговое значение предиктора для перевода в отделение реанимации и для неблагоприятного исхода. В отделении реанимации смертельный исход развивается не у всех пациентов, может достигать 57.9%. Кроме того, течение пневмонии может быть прогредиентным, стабильным и регредиентным, поэтому показатель функционирующего объема легких необходимо оценивать в динамике.

Решаемой в настоящем изобретении технической проблемой является повышение точности оценки состояния легких по данным компьютерной томографии путем оценки общего функционирующего объема легких и средней плотности «матового стекла» для прогнозирования исхода вирусной пневмонии.

Раскрытие сущности изобретения

Достигаемый технический результат заключается в повышении точности прогноза исхода вирусной пневмонии при COVID-19 по результатам динамического наблюдения за счет мониторинга набора трех диагностически значимых показателей на основании данных компьютерных томографий, полученных на 1-й и 5-й дни госпитализации: общий функционирующий объем легких в %, общий функционирующий объем легких в мл, отношение средних плотностей «матового стекла» (плотностей участков изображения – зон уплотнения по типу «матового стекла»), hnsf'U.

Разработанный способ дает возможность прогнозировать исход у пациентов с вирусной пневмонией, что повышает точность диагностики и влияет на тактику лечения.

Технический результат достигается благодаря следующей совокупности существенных признаков:

• оценивают уровень общего функционирующего объема легких (в процентах и миллилитрах), среднюю плотность «матового стекла» (в hnsf'U) по данным компьютерной томографии грудной клетки, выполненной в 1 и 5 сутки обращения;

• определяют отношение общих функционирующих объемов легких (%), отношение общих функционирующих объемов легких (мл), отношение средних плотностей «матового стекла» (hnsf'U), определенных на основании компьютерных томографий грудной клетки, выполненных в 1 и 5 сутки обращения;

• при значениях отношений общих функционирующих объемов легких (%) ≥1,82, отношений общих функционирующих объемов легких (мл) ≥1,89, отношений средних плотностей «матового стекла» (hnsf'U) ≥1,03 прогнозируют неблагоприятный исход вирусной пневмонии при COVID-19 (смерть). При значениях отношения общих функционирующих объемов легких (%) <1,82, отношения общих функционирующих объемов легких (мл) <1,89, отношений средних плотностей «матового стекла» (hnsf'U) <1,03 прогнозируют благоприятный исход вирусной пневмонии при COVID-19.

Интенсивность риска смерти у пациентов с вирусной пневмонией при COVID-19 отличается существенной неравномерностью, имея три пика (таблица 1). Первый пик интенсивности риска смерти достигает максимума к 15 суткам (с 5 по 20 сутки – 14 смертей), второй пик – к 36 суткам (2 смерти), третий пик - к 56 суткам (1 смерть). Поэтому возникает необходимость прогноза исхода вирусной пневмонии при COVID-19 уже в первые 5 суток госпитализации, после которых появляются первые неблагоприятные исходы заболевания.

Таблица 1. Таблица времен жизни

У 12,5% (у 18 из 144) пациентов с вирусной пневмонией при COVID-19 наблюдался неблагоприятный исход заболевания (смерть). Клинико-лабораторные исследования проводили в первый день поступления в стационар. По данным анамнеза, это соответствовало 9,8±5,8 суткам (M±SD) с момента появления первых симптомов заболевания (минимум-максимум 1-39 сутки). Средний возраст пациентов - 57,0±12,6 лет (M±SD) (минимум-максимум 27 лет - 91 год). Распределение по полу – 60% мужчин (n=86) и 40% женщин (n=58).

Комплекс диагностически значимых показателей был получен по результатам проведенных исследований с использованием машинного обучения в программе «Orange 3.0» (университет Любляны, Словения) методом упрощенного алгоритма Байеса показателей, оценивающих состояние легких по компьютерной томографии грудной клетки, для прогнозирования двух вариантов исхода – благоприятного и неблагоприятного. В анализ были включены отношения основных показателей, полученных по данным компьютерной томографии, проведенной на 1 и 5 сутки обращения. После дискретизации получены три показателя – отношения функционирующих объемов легких (в % и мл), отношения средних плотностей «матового стекла» (hnsf'U). В итоге упрощенного алгоритма Байеса получена номограмма прогнозирования вероятности неблагоприятного исхода (смерти) по 3 коэффициентам показателей КТ в динамике (фиг.1).

Наибольший вклад в прогнозирование (коэффициент Gain ratio) исхода вносят коэффициенты отношения общих функционирующих объемов легких (%) (38%), отношения общих функционирующих объемов легких (мл) (41%), меньший – отношения средних плотностей «матового стекла» (hnsf'U) (21%).

Для прогнозирования вероятности неблагоприятного исхода (смерти) вирусной пневмонии необходимо, чтобы значения показателей были в следующих диапазонах: отношения общих функционирующих объемов легких (%) ≥1,82, отношения общих функционирующих объемов легких (мл) ≥1,89, отношения средних плотностей «матового стекла» (hnsf'U) ≥1,03. (фиг.1). Диапазоны для прогнозирования благоприятного исхода должны быть противоположными: отношения общих функционирующих объемов легких (%) <1,82, отношения общих функционирующих объемов легких (мл) <1,89, отношения средних плотностей «матового стекла» (hnsf'U) <1,03. Достоверный прогноз (р<0,05) возможен только при сочетании указанных диапазонов всех трех показателей.

Анализ матрицы классификации 144 пациентов с вирусной пневмонией при COVID-19 показал 92% (n=133) достоверность прогнозирования исхода. Разработанный алгоритм упрощенного Байеса обладает высокой способностью прогнозировать исход вирусной пневмонии при COVID-19 и распознавать отсутствие болезни при отличном (AUС=0,94) прогностическом качестве модели, что отражает их высокую чувствительность (92%) и высокую специфичность (98%). При прогнозировании исхода с помощью теста необходимость в повторном уточняющем прогноз исследовании составляет всего 1% (прогностическая ценность положительного результата – 99%). При отрицательном результате теста вероятность того, что у пациента будет действительно спрогнозирован неверный исход, составила 18% (прогностическая ценность отрицательного результата – 82%). Таким образом, разработанный способ позволяет добиться высокой точности (94%) прогнозирования исхода вирусной пневмонии.

Осуществление изобретения

В 1-й и 5-й день госпитализации проводят компьютерную томографию, определяя общий функционирующий объем легких в %, общий функционирующий объем легких в мл, среднюю плотность «матового стекла».

На основании полученных данных вычисляют отношения общих функционирующих объемов легких, %, отношения общих функционирующих объемов легких, мл, отношения средних плотностей «матового стекла», hnsf'U.

При выявлении значений отношений общих функционирующих объемов легких в процентах ≥1,82, отношений общих функционирующих объемов легких в миллилитрах ≥1,89, отношений средних плотностей «матового стекла» ≥1,03 прогнозируют неблагоприятный исход вирусной пневмонии при COVID-19.

Клинический пример 1. Пациент И., 48 лет. Клинический, основной диагноз: Коронавирусная инфекция, вирус идентифицирован (подтвержден лабораторным тестированием независимо от тяжести клинических признаков или симптомов). На 1 и 5 сутки госпитализации результаты компьютерной томографии грудной клетки: общий функционирующий объем легких (28% и 3%), общий функционирующий объем легких (418 мл и 49 мл), средняя плотность «матового стекла» (-1158 hnsf'U и -1091 hnsf'U). Вычислены коэффициенты отношения данных показателей (таблица 1).

Таблица 1.

Коэффициенты отношения показателей 1сутки / 5 суткам Исход Благопр. Неблаг. Отношение общего функционирующего объема легких (%) 28 / 3 = 9.33 <1,82 ≥1,82 Отношение общего функционирующего объема легких (мл) 418 / 49 = 8,53 <1,89 ≥1,89 Отношение средней плотности «матового стекла» (hnsf'U) -1158/-1091 = 1,06 <1,03 ≥1,03

На 9 сутки – больной умер от осложнений основного заболевания: двусторонней полисегментарной пневмонии смешанного генеза (вирусная и бактериальная), ОРДС, сепсиса, септического шока, прогрессирующей полиорганной недостаточности (сердечно–сосудистой, дыхательной, почечной, печеночной). ИВЛ. Реанимационные мероприятия.

Прогнозируемый исход неблагоприятный (смерть) по отношениям общего функционирующего объема легких (в % и мл), средней плотности «матового стекла», полученным на 1 и 5 сутки госпитализации, соответствует данным истории болезни.

Клинический пример 2. Пациент С., 60 лет.

Клинический, основной диагноз: Коронавирусная инфекция, вирус идентифицирован (подтвержден лабораторным тестированием независимо от тяжести клинических признаков или симптомов). На 1 и 5 сутки госпитализации результаты компьютерной томографии грудной клетки: общий функционирующий объем легких (38% и 23%), общий функционирующий объем легких (2202 мл и 758 мл), средняя плотность «матового стекла» (-1249 hnsf'U и -1178 hnsf'U). Вычислены коэффициенты отношения данных показателей (таблица 2).

Таблица 2.

Коэффициенты отношения показателей 1 сутки / 5 суткам Исход Благопр. Неблаг. Отношение общего функционирующего объема легких (%) 38 / 23 = 1,65 <1,82 ≥1,82 Отношение общего функционирующего объема легких (мл) 2202 / 758 = 2,91 <1,89 ≥1,89 Отношение средней плотности «матового стекла» (hnsf'U) -1249/-1178 = 1,06 <1,03 ≥1,03

На 36 сутки больной умер от осложнений основного заболевания: двусторонней полисегментарной пневмонии, отека легких. ИВЛ. Реанимационные мероприятия.

Прогнозируемый исход неблагоприятный (смерть) по отношениям общего функционирующего объема легких (в % и мл), средней плотности «матового стекла», полученным на 1 и 5 сутки госпитализации, соответствует данным истории болезни.

Клинический пример 3. Пациент М., 58 лет.

Клинический, основной диагноз: Коронавирусная инфекция, вирус идентифицирован (подтвержден лабораторным тестированием независимо от тяжести клинических признаков или симптомов). На 1 и 5 сутки госпитализации результаты компьютерной томографии грудной клетки: общий функционирующий объем легких (29% и 7%), общий функционирующий объем легких (588 мл и 150 мл), средняя плотность «матового стекла» (-1233 hnsf'U и -1085 hnsf'U). Вычислены коэффициенты отношения данных показателей (таблица 3).

Таблица 3.

Коэффициенты отношения показателей 1сутки / 5 суткам Исход Благопр. Неблаг. Отношение общего функционирующего объема легких (%) 29 / 7 = 4,14 <1,82 ≥1,82 Отношение общего функционирующего объема легких (мл) 588 / 150 = 3,92 <1,89 ≥1,89 Отношение средней плотности «матового стекла» (hnsf'U) -1233/-1085 = 1,13 <1,03 ≥1,03

На 6 сутки больной умер от осложнений основного заболевания: двусторонней полисегментарной пневмонии. ИВЛ. Реанимационные мероприятия.

Прогнозируемый исход неблагоприятный (смерть) по отношениям общего функционирующего объема легких (в % и мл), средней плотности «матового стекла», полученным на 1 и 5 сутки госпитализации, соответствует данным истории болезни.

Изобретение относится к медицине, а именно к лучевой диагностике, и может быть использовано для прогнозирования исхода вирусной пневмонии при COVID-19. Методом компьютерной томографии получают изображения легких пациента на 1-е и 5-е сутки госпитализации. Определяют общий функционирующий объем легких в %, общий функционирующий объем легких в мл и среднюю плотность зон уплотнения по типу «матового стекла» (HU). Вычисляют коэффициенты отношения показателей на 1-е и 5-е сутки госпитализации: К1= (общий функционирующий объем легких (%) на 1-е сутки)/(общий функционирующий объем легких (%) на 5-е сутки), К2= (общий функционирующий объем легких (мл) на 1-е сутки)/(общий функционирующий объем легких (мл) на 5-е сутки), К3= (средняя плотность зон уплотнения по типу «матового стекла» (HU) на 1-е сутки)/(средняя плотность зон уплотнения по типу «матового стекла» (HU) на 5-е сутки). При К1≥1,82, К2≥1,89, К3≥1,03 прогнозируют неблагоприятный исход вирусной пневмонии при COVID-19. Способ обеспечивает возможность прогнозирования исхода вирусной пневмонии при COVID-19 за счёт определения прогностических коэффициентов. 1 ил., 4 табл., 3 пр.

Способ прогнозирования исхода вирусной пневмонии при COVID-19, заключающийся в том, что методом компьютерной томографии получают изображения легких пациента на 1-е и 5-е сутки госпитализации, на которых определяют общий функционирующий объем легких в %, общий функционирующий объем легких в мл и среднюю плотность зон уплотнения по типу «матового стекла» (HU), вычисляют коэффициенты отношения показателей на 1-е и 5-е сутки госпитализации:

К1= (общий функционирующий объем легких (%) на 1-е сутки)/(общий функционирующий объем легких (%) на 5-е сутки),

К2= (общий функционирующий объем легких (мл) на 1-е сутки)/(общий функционирующий объем легких (мл) на 5-е сутки),

К3= (средняя плотность зон уплотнения по типу «матового стекла» (HU) на 1-е сутки)/(средняя плотность зон уплотнения по типу «матового стекла» (HU) на 5-е сутки);

и при К1 ≥1,82, К2 ≥1,89, К3 ≥1,03 прогнозируют неблагоприятный исход вирусной пневмонии при COVID-19.