СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ИСХОДА ВИРУСНОЙ ПНЕВМОНИИ ПРИ COVID19 Российский патент 2022 года по МПК A61B5/08 A61B5/145 A61B5/1455 A61B6/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к медицине, а именно к клинической, лабораторной и лучевой диагностике. Способ основан на оценке тяжести состояния пациентов с вирусной пневмонией при COVID-19 и может быть использован для прогнозирования исхода вирусной пневмонии.

Уровень техники

Пандемия новой коронавирусной инфекции в настоящее время охватила более 43 миллионов человек и сопровождалась 1,2 миллионами смертей. Возникает необходимость в комплексной оценке тяжести состояния пациентов для выработки тактики лечения и прогнозирования исхода болезни.

Известна восьми-балльная шкала определения тяжести заболевания при COVID-19, основанная на оценке исходов болезни (World Health Organisation. COVID-19 Therapeutic Trial Synopsis. [Av. at: https://www.who.int/blueprint/priority-diseases/key-action/COVID-19_Treatment_Trial_Design_Master_Protocol_synopsis_Final_18022020.pdf]. 2020).

Второй известной шкалой оценки является модифицированная шкала NEWS-2, используемая для оценки выраженности дистресс-синдрома (Royal College of Physicians. National Early Warning Score (NEWS) 2. [Av. at: https://www.rcplondon.ac.uk/projects/outputs/national-early-warning-score-news-2]. 2017). В основе шкал были использованы клинические проявления в виде частоты дыхательных движений, сатурации кислорода, состояния осознания, температуры тела, частоты сердечных сокращений, систолического артериального давления. Китайские ученые дополнили шкалу NEWS-2 возрастом пациента (The OpenSAFELY Collaborative, Williamson E, Walker AJ, Bhaskaran KJ, Bacon S, Bates C et al. OpenSAFELY: factors associated with COVID-19-related hospital death in the linked electronic health records of 17 million adult NHS patients. Epidemiology. 2020. [Av. at: http://medrxiv.org/lookup/doi/10.1101/2020.05.06.20092999.] DOI: 10.1101/2020.05.06.20092999).

Российские исследователи предложили оценивать состояние пациентов клинически, лабораторно и по данным компьютерной томографии. Использованы степень поражения легочной ткани на компьютерной томографии, влияющей на исход вирусной пневмонии; уровень С-реактивного белка и выраженность лихорадки для оценки степени воспалительного процесса; уровень Д-димера, маркер риска тромбообразования (Мареев В.Ю., Беграмбекова Ю.Л., Мареев Ю.В. Как оценивать результаты лечения больных с новой коронавирусной инфекцией (COVID-19)? Шкала Оценки Клинического Состояния (ШОКС–КОВИД). Кардиология. 2020; 60(11): 35–4). Несмотря на то, что в шкале ШОКС-КОВИД учитываются основные маркеры тяжести вирусной пневмонии (частота дыхательных движений, температура тела, сатурация, вентиляция, уровни СРБ, Д-димера, степень поражения легких на компьютерной томографии), использование данных предикторов основано на эмпирическом опыте, не обосновано статистически, используемая степень поражения легких вычислялась визуально, а не количественно с помощью программного обеспечения. В конечном итоге крайне тяжелая степень вирусной пневмонии в клиническом отношении была связана с необходимостью лечения пациента в реанимации с использованием искусственной вентиляции легких, а не с прогнозированием неблагоприятного исхода вирусной пневмонии при COVID-19.

Решаемой в настоящем изобретении технической проблемой является повышение точности оценки клинического состояния в период 7 – 67 сутки госпитализации для прогнозирования исхода вирусной пневмонии при COVID-19.

Раскрытие сущности изобретения

Достигаемый технический результат заключается в точном прогнозировании исхода вирусной пневмонии при Covid19 в период 7 – 67 сутки госпитализации за счет учета состояния комплекса диагностически значимых показателей: общий объем поражения легких, состояние вентиляции легких, уровень лактатдегидрогеназы, частота дыхательных движений, уровень оксигенации.

Разработанный способ дает возможность прогнозировать исход у пациентов с вирусной пневмонией при Covid19, что влияет на точность диагностики и выбор тактики лечения.

Технический результат достигается благодаря следующей совокупности существенных признаков:

• оценивают общий объем поражения легких, состояние вентиляции легких, уровень лактатдегидрогеназы, частоту дыхательных движений, уровень оксигенации начиная с 7 суток госпитализации;

• оценивают значения показателей в баллах: общий объем поражения легких «до 25,5%» - 13 баллов, от «25,5 до 50,5%, включая 25,5%» - 14 баллов, «от 50,5 до 75,5%, включая 50,5%» - 16 баллов, «75,5% и более» - 17 баллов; вентиляции нет – 1 балл, оксигенотерапия – 2 балла, неинвазивная искусственная вентиляция легких – 3 балла, искусственная вентиляция легких – 4 балла; уровень лактатдегидрогеназы «до 344,5 ЕД/л» – 2 балла, «от 344,5 до 445,5 ЕД/л, включая 344,5 ЕД/л» – 3 балла, «445,5 ЕД/л и более» – 5 баллов; частота дыхательных движений «до 21,5 в минуту» – 2 балла, «21,5 и более в минуту» – 8 баллов, уровень оксигенации «SPO2 93,5 и более» – 3 балла, «SPO2 менее 93,5» – 7 баллов;

• Вычисляют сумму баллов.

• При итоговой балльной оценке тяжести состояния в 31 балл и менее прогнозируется благоприятный исход, в 32 балла и более – неблагоприятный (смерть).

У 13,1% (у 18 из 137) пациентов с вирусной пневмонией при Covid19 наблюдался неблагоприятный исход заболевания (смерть). Клинико-лабораторные, компьютерно-томографические исследования проводили, начиная с 7 суток поступления пациента в стационар. Данная балльная шкала, по данным тестирования, позволяет прогнозировать исход с 7 по 67 сутки госпитализации. До 7 суток прогноз не реализовывался. 67 сутки – максимальное время наблюдения за больными с благоприятным исходом, поэтому период 7 – 67 сутки – срок, в течение которого действует прогноз неблагоприятного исхода.

На первом этапе проведенных исследований была разработана балльная шкала оценки тяжести состояния пациентов с вирусной пневмонией. Проведено машинное обучение в программе «Orange 3.0» (университет Любляны, Словения) методом кластерного анализа показателя объема пораженных легких для разделения 696 исследований на 4 группы в диапазонах 7%-25%-50%-75%-96%. Полученные 4 группы использовали для машинного обучения упрощенным алгоритмом Байеса 38 клинико-лабораторных показателей, для прогнозирования двух вариантов исхода – благоприятного и неблагоприятного у 137 пациентов. После дискретизации получены пять показателей – пораженный объем легких, уровни вентиляции, лактатдегидрогеназы, частоты дыхательных движений, оксигенации.

По результатам ранжирования определено (табл. 1), что основной вклад в оценку степени тяжести состояния (60%) вносит показатель общего объема пораженных легких. Остальные вклады (40%) вносят показатели – вентиляции (9%), уровни лактатдегидрогеназы (9%), оксигенации (10%), частоты дыхательных движений (12%). Поэтому из 100 балльной оценки – 60 баллов использованы для общего объема пораженных легких и 40 баллов - для остальных показателей по 10 баллов на каждый.

Таблица 1. Балльная шкала оценки тяжести состояния на основании ранжирования

Показатели тяжести Количество Gain ratio Процент от итога Балльная оценка Общий объем пораженных легких (%) 4.0 0,92 59,74% 60 Вентиляция 4.0 0,14 9,09% 10 Лактатдегидрогеназа, ЕД/л 3.0 0,14 9,09% 10 Оксигенация, SPO2 2.0 0,16 10,39% 10 Частота дыхательных движений в минуту 2.0 0,18 11,69% 10 Итого 100% 100

Вклад каждого выделенного дискретизацией диапазона в общую итоговую балльную оценку определен на основании ранжирования клинико-лабораторных и компьютерно-томографических показателей после препроцессора (табл. 2).

Для оценки тяжести состояния баллы суммировали, получая итоговую балльную оценку.

На втором этапе в программе «Statistica 10» методом дискриминантного анализа классифицировали 137 пациентов на благоприятный и неблагоприятный исход на основании показателя шкалы оценки состояния. Полученная математико-статистическая модель позволила спрогнозировать неблагоприятный исход вирусной пневмонии (р<0,05).

Прогностическое качество модели (AUС=0,97) и точность диагностики исхода вирусной пневмонии отражают их высокую чувствительность 95%, специфичность 98%. Правильность диагностики характеризуется достоверностью 95%, для благоприятного исхода – 97%, неблагоприятного – 83%. Таким образом, разработанный способ позволяет добиться высокой точности (95%) в прогнозировании исхода вирусной пневмонии при Covid19.

Осуществление изобретения

Начиная с 7 суток госпитализации, определяют уровень общего объема пораженных легких, вентиляции, лактатдегидрогеназы, частоту дыхательных движений, оксигенации, полученные значения оценивают в баллах:

общий объем поражения легких «до 25,5%» - 13 баллов, от «25,5 до 50,5%, включая 25,5%» - 14 баллов, «от 50,5 до 75,5%, включая 50,5%» - 16 баллов, «75,5% и более» - 17 баллов;

вентиляции нет – 1 балл, оксигенотерапия – 2 балла, неинвазивная искусственная вентиляция легких – 3 балла, искусственная вентиляция легких – 4 балла;

уровень лактатдегидрогеназы «до 344,5 ЕД/л» – 2 балла, «от 344,5 до 445,5 ЕД/л, включая 344,5 ЕД/л» – 3 балла, «445,5 ЕД/л и более» – 5 баллов;

частота дыхательных движений «до 21,5 в минуту» – 2 балла, «21,5 и более в минуту» – 8 баллов,

уровень оксигенации «SPO2 93,5 и более» – 3 балла, «SPO2 менее 93,5» – 7 баллов.

Полученные баллы суммируют.

При получении 31 балла и менее прогнозируют благоприятный исход, при получении 32 балла и более – неблагоприятный.

Клинический пример 1. Пациентка О., 88 лет. Клинический, основной диагноз: Коронавирусная инфекция, вызванная вирусом при COVID-19, вирус идентифицирован (подтвержден лабораторным тестированием независимо от тяжести клинических признаков или симптомов).

На 8 сутки госпитализации: общий объем пораженных легких по данным компьютерной томографии - 77% (17 баллов), вентиляция – неинвазивная искусственная вентиляция легких (3 балла), лактатдегидрогеназа – 423 ЕД/л (3 балла), частота дыхательных движений 24 в минуту (8 баллов), оксигенация (сатурация крови) – 78% (7 баллов). Сумма баллов – 38 баллов превосходит 31 балл, поэтому был получен прогноз - неблагоприятный исход (смерть).

На 10 сутки – больная умерла от осложнений основного заболевания: внебольничной двусторонней полисегментарной вирусной пневмонии, дыхательной недостаточности III ст., белково-энергетической недостаточности (гипопротеинемия, гипоальбуминемия), прогрессирующей полиорганной недостаточности (сердечно–сосудистой, дыхательной, почечной, печеночной). ИВЛ. Реанимационные мероприятия.

Прогнозируемый исход неблагоприятный (смерть) по балльной шкале тяжести состояния соответствует данным истории болезни.

Клинический пример 2. Пациентка К., 86 лет. Клинический, основной диагноз: Коронавирусная инфекция, вызванная вирусом при COVID-19, вирус идентифицирован (подтвержден лабораторным тестированием независимо от тяжести клинических признаков или симптомов).

На 7 сутки госпитализации: общий объем пораженных легких по данным компьютерной томографии - 96% (17 баллов), вентиляция – оксигенотерапия (2 балла), лактатдегидрогеназа – 333 ЕД/л (2 балла), частота дыхательных движений 22 в минуту (8 баллов), оксигенация (сатурация крови) – 92% (7 баллов). Сумма баллов – 36 баллов превосходит 31 балл, поэтому спрогнозирован неблагоприятный исход (смерть).

На 20 сутки – больная умерла от осложнений основного заболевания: двусторонней полисегментарной вирусной пневмонии, дыхательной недостаточности II ст., прогрессирующей полиорганной недостаточности (сердечно–сосудистой, дыхательной, почечной). ИВЛ. Реанимационные мероприятия.

Прогнозируемый исход неблагоприятный (смерть) по балльной шкале тяжести состояния соответствует данным истории болезни.

Клинический пример 3. Пациент В., 44 года. Клинический, основной диагноз: Коронавирусная инфекция, вызванная вирусом при COVID-19, вирус идентифицирован (подтвержден лабораторным тестированием независимо от тяжести клинических признаков или симптомов).

На 7 сутки госпитализации: общий объем пораженных легких по данным компьютерной томографии - 13% (13 баллов), вентиляция – нет (1 балл), лактатдегидрогеназа – 305 ЕД/л (2 балла), частота дыхательных движений 18 в минуту (2 балла), оксигенация (сатурация крови) – 96% (3 балла). Сумма баллов – 21 балл меньше 31 балла, поэтому прогнозируется благоприятный исход.

Пациент выписан на 8 сутки с благоприятным исходом (улучшением), что соответствует данным истории болезни.

Изобретение относится к области медицины, а именно к клинической, лабораторной и лучевой диагностике. Для прогнозирования исхода вирусной пневмонии при Covid19, оценивают в баллах общий объем поражения легких, состояние вентиляции легких, уровень лактатдегидрогеназы, частоту дыхательных движений, уровень оксигенации, начиная с 7 суток госпитализации. При этом общий объем поражения легких «до 25,5%» - оценивают в 13 баллов, от «25,5 до 50,5%, включая 25,5%» - 14 баллов, «от 50,5 до 75,5%, включая 50,5%» - 16 баллов, «75,5% и более» - 17 баллов; вентиляции нет – 1 балл, оксигенотерапия – 2 балла, неинвазивная искусственная вентиляция легких – 3 балла, искусственная вентиляция легких – 4 балла; уровень лактатдегидрогеназы «до 344,5 ЕД/л» – 2 балла, «от 344,5 до 445,5 ЕД/л, включая 344,5 ЕД/л» – 3 балла, «445,5 ЕД/л и более» – 5 баллов; частоту дыхательных движений «до 21,5 в минуту» – 2 балла, «21,5 и более в минуту» – 8 баллов, уровень оксигенации «SPO2 93,5 и более» – 3 балла, «SPO2 менее 93,5» – 7 баллов. Полученные баллы суммируют. При сумме баллов 31 и менее прогнозируют благоприятный исход, при сумме баллов 32 и более – неблагоприятный (смерть). Способ позволяет прогнозировать исход вирусной пневмонии при Covid19 в период 7–67 суток госпитализации. 2 табл., 3 пр.

Способ прогнозирования исхода вирусной пневмонии при Covid19, включающий определение комплекса показателей: общий объем поражения легких, состояние вентиляции легких, уровень лактатдегидрогеназы, частота дыхательных движений, уровень оксигенации, полученные значения оценивают в баллах:

общий объем поражения легких «до 25,5%» - 13 баллов, от «25,5 до 50,5%, включая 25,5%» - 14 баллов, «от 50,5 до 75,5%, включая 50,5%» - 16 баллов, «75,5% и более» - 17 баллов;

вентиляции нет – 1 балл, оксигенотерапия – 2 балла, неинвазивная искусственная вентиляция легких – 3 балла, искусственная вентиляция легких – 4 балла;

уровень лактатдегидрогеназы «до 344,5 ЕД/л» – 2 балла, «от 344,5 до 445,5 ЕД/л, включая 344,5 ЕД/л» – 3 балла, «445,5 ЕД/л и более» – 5 баллов;

частота дыхательных движений «до 21,5 в минуту» – 2 балла, «21,5 и более в минуту» – 8 баллов,

уровень оксигенации «SPO2 93,5 и более» – 3 балла, «SPO2 менее 93,5» – 7 баллов;

полученные баллы суммируют,

при получении «31 балл и менее» прогнозируют благоприятный исход, при получении «32 балла и более» – неблагоприятный.