Resumen
Antecedentes
La enfermedad de las vías respiratorias pequeñas es una característica de muchas afecciones respiratorias. Los métodos disponibles actualmente para diagnosticar pequeñas vías respiratorias carecen de sensibilidad y/o no pueden evaluar la heterogeneidad espacial. Se necesitan nuevas estrategias de diagnóstico para diagnosticar la enfermedad de las vías respiratorias pequeñas.
Métodos
Determinamos el desplazamiento regional de tejido pulmonar calculado a partir de imágenes pulmonares fluoroscópicas adquiridas en múltiples ángulos en puntos de tiempo secuenciales como un sustituto de la ventilación. Aplicamos esta técnica, que llamamos velocimetría de rayos X (XV), a pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y espirometría deteriorada y veteranos con bronquiolitis constrictiva relacionada con el despliegue (DR-CB) pero la espirometría para determinar los biomarcadores derivados de XV específicos para cada condición.
Resultados
Identificamos biomarcadores XV específicos de enfermedades y estadios para pacientes con EPOC que se correlacionaron con la obstrucción del flujo de aire en la espirometría. Además, identificamos un conjunto de biomarcadores derivados de XV que podrían distinguir a los veteranos con DR-CB de los controles a pesar de la espirometría normal en la mayoría de los pacientes de ambos grupos.
Conclusiones
XV puede proporcionar una estrategia segura y ampliamente disponible para diagnosticar la enfermedad de las vías respiratorias pequeñas al tiempo que preserva la información espacial. Se requieren estudios futuros para validar los biomarcadores descritos aquí en cohortes de pacientes más grandes.
Registro de prueba
No requerido para este estudio. Sin embargo, los participantes inscritos en VUMC se inscribieron en clínicos.
Introducción
La espirometría se usa para evaluar el volumen de aire exhalado a lo largo del tiempo y es el estándar para la evaluación de la función pulmonar (1). La prolongación del tiempo espiratorio en la espirometría es un marcador de obstrucción del flujo de aire y puede ser el resultado del estrechamiento luminal de las vías respiratorias en cualquier punto a lo largo del árbol bronquial, así como un retroceso reducido de la pérdida de elasticidad pulmonar. Sin embargo, debido a su gran número y al alto área de la sección transversal del agregado, las vías respiratorias pequeñas (<2 mm) contribuyen a una minoría de resistencia al flujo de aire y, por lo tanto, tienen poco efecto en el tiempo de exhalación (2). Hace más de 50 años, esta idea llevó a Mead a especular a las vías respiratorias pequeñas a formar una «zona tranquila» del pulmón donde la enfermedad significativa puede acumularse sin afectar la espirometría (3). Desde entonces, la hipótesis de Mead ha sido validada por estudios patológicos que muestran un estrechamiento significativo o pérdida de vías respiratorias pequeñas en el tejido pulmonar de pacientes con síntomas respiratorios, pero sin evidencia de obstrucción del flujo de aire en la espirometría ((4,5,6). Estas alteraciones subclínicas en el calibre de las vías respiratorias pequeñas se han relacionado con el aumento de los síntomas, la discapacidad relacionada con la respiración y otros resultados adversos (4, 7,8,9). Además de su insensibilidad para la enfermedad de las vías respiratorias pequeñas, la espirometría proporciona una medida sumativa de patología en todas las regiones de los pulmones, enmascarando potencialmente una importante heterogeneidad regional. El escaneo de tomografía computarizada clínica (CT) podría mostrar potencialmente la heterogeneidad de la enfermedad, pero las vías respiratorias pequeñas no pueden visualizarse directamente, aunque los escaneos inspiratorios-extravpiratorios emparejados, combinados con un análisis cuantitativo, pueden evaluar indirectamente la enfermedad de las vías respiratorias (10).
La velocidad de rayos X (XV) es una técnica basada en fluoroscopia que mide el movimiento del pulmón durante la respiración del volumen de marea (en reposo) como un sustituto de cuatro dimensiones espaciales de cuatro dimensiones (dimensiones espaciales x, y más del tiempo) sustituto de la ventilación (de ventilación (de ventilación (11). XV divide las regiones del pulmón en vóxeles, rastrea el movimiento relativo de las características del parénquima pulmonar y las estructuras asociadas en relación entre sí, y mide la expansión pulmonar del campo de desplazamiento resultante. La aplicación de XV en la detección de patología pulmonar in vivo (12,13,14,15,16,17) ha mostrado resultados alentadores. Además, su correlación con la medición de ventilación establecida en individuos sanos (11), así como aquellos con tumores malignos de cáncer no pulmonar (18), sugiere una vía prometedora para el uso de XV en la detección de patología pulmonar. Una mayor exploración de XV en enfermedades obstructivas de las vías respiratorias podría ser beneficiosa para nuestra comprensión de estas afecciones y un papel potencial para XV en su diagnóstico y monitoreo. Aquí evaluamos la precisión discriminativa de XV en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y bronquiolitis constrictiva relacionada con el despliegue (DR-CB).
Métodos
Aprobación del estudio
El protocolo del estudio fue aprobado por las Juntas de Revisión Institucional (IRB) en el Hospital Alfred (IRB#274/21), la Universidad Johns Hopkins (IRB#00195043), el Sistema de Salud de la Universidad de Miami (IRB#20210065) y el Centro Médico de la Universidad de Vanderbilt (IRB#200473). El consentimiento informado por escrito se obtuvo antes de la participación en cada centro. ClinicalTrials.gov El registro no fue necesario para este estudio. Sin embargo, los participantes inscritos en VUMC se inscribieron en clínicos.
Participantes
Los participantes fueron reclutados de cuatro centros médicos académicos en los Estados Unidos y Australia (Tabla complementaria 1). En todos los centros, los criterios de inclusión para los participantes de control fueron: edad> 18, sin antecedentes de enfermedad pulmonar o síntomas pulmonares actuales, tomografía computarizada baja sin evidencia de enfermedad pulmonar crónica y antecedentes de tabaquismo <1 paquete. Los criterios de inclusión para los participantes de la EPOC incluyeron un diagnóstico de la relación EPOC y FEV1/FVC <0.7. Los criterios de inclusión para los participantes DR-CB fueron: edad> 18, despliegue militar previo en Irak o Afganistán, biopsia pulmonar quirúrgica previa que demuestra bronquiolitis constrictiva relacionada con el despliegue y tomografía computarizada previa del cofre.
Pruebas de función pulmonar (PFTS)
Todos los participantes se sometieron a PFT completos, incluida la espirometría, los volúmenes pulmonares, incluida la capacidad pulmonar total (TLC) y la capacidad de difusión de los pulmones para el monóxido de carbono (DLCO) dentro de los 6 meses de XV.
Escaneos de tomografía computarizada
Para anotar anotando anotando imágenes de fluoroscopia, se realizó una región conjunta con tomografía computarizada (TC) del cofre. En VUMC, los participantes de control se sometieron a una TC de detección de dosis bajas del pulmón. Para los participantes veteranos, se utilizaron escaneos CT de alta resolución (HRCT) del tórax obtenidos para fines clínicos para minimizar la exposición a la radiación a los participantes del estudio. El momento del escaneo CT en comparación con XV no influye significativamente en los resultados de XV.
Fluoroscopia
La velocidad de rayos X se realizó utilizando fluoroscopios clínicos (Canon MEC XAC en el Hospital Alfred; Philips Azurion en la Universidad Johns Hopkins; Siemens Artis Zeego en el Sistema de Salud de la Universidad de Miami; Siemens Artis Zee en el Centro Médico de la Universidad Vanderbilt). Después del posicionamiento supino, los participantes recibieron instrucciones de respirar normalmente. Las imágenes cinefluoroscópicas se tomaron durante un ciclo respiratorio completo (extracción final a través del comienzo de la próxima exhalación) visualizando directamente la excursión pulmonar en las imágenes de fluoroscopia en una habitación separada. Se tomaron cinco conjuntos de imágenes de diferentes ángulos (directo anterior (AP) y cuatro ángulos entre + 72 y-72 grados en relación con AP), integrados y se registraron conjuntamente con imágenes de tomografía computarizada para la anotación anatómica.
Velocidad de rayos X
La velocimetría de rayos X se realizó utilizando software de análisis de ventilación de pulmón XV patentado, totalmente automatizado (LVAS XV) de 4DMEDICAL (Los Ángeles, CA). XV LVAS reconstruye un campo de desplazamiento espacio-temporal del pulmón a lo largo de la fase inspiratoria de la respiración de mediciones bidimensionales (2D) de movimiento pulmonar capturado desde 5 puntos de vista/ángulos diferentes a una tasa de adquisición fija (15 cuadros/segundo). Usando fluoroscopia de rayos X desde estos 5 puntos de vista diferentes, la respiración inspiratoria se divide en 7 fases iguales de la respiración, y XV LVAS reconstruye un campo de movimiento tridimensional (3D) sobre estas 7 fases, lo que resulta en un campo de desplazamiento espacial y temporal 4D y temporalmente. Luego se calculan diferentes campos de interés a partir del campo de desplazamiento como un sustituto de la función pulmonar. Para este estudio, derivamos tres campos principales de interés: (1) expansión pulmonar que se calcula mediante diferenciación espacial del campo de desplazamiento; (2) la tasa de expansión pulmonar, calculada como la expansión entre fase por unidad de tiempo; y (3) oscilación del desplazamiento y/o el campo de flujo, que se define como el cambio en la dirección del campo sobre la fase inspiratoria de la respiración. A partir de estos campos de interés, los biomarcadores espacio-temporales se calculan a través de estadísticas agregadas espacial y temporalmente de las distribuciones de estos campos. Los ejemplos de las estadísticas agregadas espacial temporalmente que se han utilizado en este estudio incluyen: el rango promedio, intercartil, entropía, asimetría, curtosis y el porcentaje del campo que tiene valores pequeños o grandes, entre otros.
Hay 154 biomarcadores únicos utilizados para el estudio donde un biomarcador se define como un estadístico resumen/punto sobre un campo derivado de la medición del movimiento pulmonar a través de la velocidad de rayos X. Se exploraron diferentes combinaciones de estos 154 biomarcadores únicos para formar biomarcadores compuestos. Entre los 154 biomarcadores individuales, 11 se derivan del campo de expansión local, 99 del campo de flujo y 44 del campo de oscilación. Para todos los campos considerados en este estudio (expansión, flujo de aire, oscilación), 11 cantidades estadísticas resueltas espacialmente se calculan a partir de cada campo. Para la expansión, estos solo se calculan en el punto de fase final (inspiración completa). Para el flujo, las 11 estadísticas resueltas espacialmente se calculan en 9 intervalos de tiempo diferentes para formar 99 biomarcadores individuales. Para la oscilación, el campo ya se resuelve temporalmente ya que el campo se calcula considerando todos los puntos de fase en la respiración. Hay 4 variantes diferentes de oscilación que se han considerado en este estudio (oscilación del desplazamiento medido archivado, el campo de flujo derivado y el cuadrado de cada uno). Cuando el estudio analizó los biomarcadores compuestos n-dimensionales, estos dieron como resultado …
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