Инфицирована ли моя рана? Исследование по использованию гиперспектральной визуализации для оценки раневой инфекции (аннотация)Инфицирована ли моя рана? Исследование по использованию гиперспектральной визуализации для оценки раневой инфекции
Заживление ран происходит благодаря взаимодействию трех ключевых компонентов:
- пула клеток-предшественников, способных пролиферировать и дифференцироваться в фибробласты и кератиноциты;
- неоангиогенеза для восстановления кровотока в месте повреждения и обеспечения раны питательными веществами и клетками;
- а также компетентной иммунной системы, способной организовать контролируемый воспалительный ответ.
При нарушении этих компонентов заживление раны останавливается, и возникает хроническая незаживающая рана.
Хронические раны характеризуются остановкой развития фаз заживления раны, в частности воспалительной фазы. Инфекции являются частой причиной развития хронических ран и осложняют заживление тех ран, которые уже находятся в фазе воспаления. Поскольку кожа и раны являются нестерильной средой, общепризнано, что раневые инфекции развиваются по целому спектру: от контаминации, колонизации, местного инфицирования и распространения инфекции до системной инфекции.
Таким образом, общая задача клиницистов состоит в том, чтобы отличить контаминированные и колонизированные раны от ран с малозаметными местными инфекциями, чтобы предложить своевременное лечение до того, как инфекция станет более серьезной проблемой. К сожалению, поскольку точность выявления инфицированных ран только при клиническом осмотре составляет менее 60%, существует острая необходимость в поиске дополнительных диагностических средств, которые могли бы помочь достичь более высоких результатов.
Традиционно для исключения наличия инфекции используется микробиологическая оценка раны и околораневых пространств. Однако посевы, молекулярные методы и другие основные методы диагностики требуют времени, а иногда недоступны и дороги. Инфракрасная термография (ИФТ) показала свою перспективность в качестве инструмента для диагностики воспаления и инфекции в ранах и кожных заболеваниях, поскольку тепловые сигналы ИФТ демонстрируют высокую степень корреляции с воспалительными изменениями кожи и глубокими инфекционными процессами.
Тем не менее, хотя тепловые изменения свидетельствуют о воспалении как косвенном признаке инфекции, эти изменения не могут быть использованы для диагностики наличия инфекционного процесса. Другой технологией, продемонстрировавшей большой потенциал для выявления малозаметных инфекционных процессов, является использование ультрафиолетового света для выявления бактериальной флуоресценции (БФ) в ране.
При наличии в ране бактерий в количестве <104-105 БФ может быть использован для идентификации их присутствия либо как красный сигнал для порфирин-продуцирующих организмов, либо как голубой для бактерий, продуцирующих пиовердиновые пигменты, с точностью около 70%. Однако следует отметить, что БФ может идентифицировать только бактерии, присутствующие на поверхности раны, поскольку эта технология визуализации проникает в ткани только на глубину <1,5 мм, что не позволяет выявить более глубокое бактериальное заражение или инфекции, вызванные другими возбудителями, например грибками. Таким образом, несмотря на многообещающие результаты, продемонстрированные этими технологиями для оценки наличия раневой инфекции, их применение само по себе имеет существенные недостатки, а совместное использование ИФТ и БФ не изучалось.
Swift Ray 1 (производитель: Swift Medical) - это новое устройство для получения гиперспектральных изображений (ГСИ), позволяющее получать изображения медицинского качества с помощью смартфона. Гиперспектральная визуализация позволяет получать многомерные массивы данных (по одному измерению для каждой модальности визуализации), называемые гиперкубом, которые содержат диагностическую информацию о физиологии, морфологии и составе тканей.
Прибор Ray 1 оснащен датчиками ближнего и дальнего инфракрасного диапазона, источниками ультрафиолетового света и светодиодами видимого диапазона, что позволяет одновременно получать изображения в видимом свете, ИФТ и БФ в виде гиперкуба. Кроме того, он интегрируется в приложение Swift Skin and Wound, позволяя точно измерять площадь раны, определять температуру и площадь флуоресценции. В соответствии с гипотезой о том, что на основе анализа данных ГСИ, полученных с помощью прибора Ray 1, раны можно классифицировать как не имеющие сопутствующей воспалительной реакции, имеющие воспалительную реакцию или инфицированные, целью данного исследования было проанализировать серию изображений ГСИ пациентов, чтобы определить, есть ли различия в изображениях между инфицированными и неинфицированными ранами.
Методы: В многоцентровом проспективном исследовании 66 амбулаторных пациентов с ранами использовалась гиперспектральная визуализация для получения изображений видимого света, термографии и бактериальной флуоресценции. Раны оценивались и скринировались с помощью контрольного списка Международного института раневой инфекции (IWII) на предмет наличия инфекции. Анализ главных компонент изображений проводился с целью выявления ран, относящихся к категории инфицированных, воспаленных и неинфицированных.
Результаты: Модель позволила точно предсказать все три класса ран (инфицированные, воспаленные и неинфицированные) с точностью 74%. Наилучшие результаты были получены для инфицированных ран (чувствительность 100%, специфичность 91%) по сравнению с невоспаленными (чувствительность 94%, специфичность 70%) и воспаленными ранами (чувствительность 85%, специфичность 77%).
Выводы: Сочетание нескольких методов визуализации позволяет использовать модели для улучшения оценки состояния раны. Выявление инфекции подвержено субъективной интерпретации и вариабельности, зависящей от образования и навыков клиницистов. Использование гиперспектральной визуализации в пунктах оказания медицинской помощи может обеспечить более раннее выявление инфекции и проведение соответствующих мероприятий, что, возможно, позволит предотвратить задержку заживления ран и свести к минимуму неблагоприятные осложнения.
Устройство для получения гиперспектральных изображений Ray 1. Ray 1 - это карманная гиперспектральная камера, которая размещается над объективом камеры смартфона и подключается к приложению Skin and Wound компании Swift Medical по беспроводной связи. После подключения камера позволяет одновременно получать: изображения в видимом свете, которые можно использовать для клинического осмотра, измерения площади раны и автоматической идентификации типов тканей, присутствующих в ране; инфракрасные тепловые изображения для оценки сосудистого и воспалительного рисунка; изображения бактериальной флуоресценции для оценки бактериальной бионагрузки в ране.
