RU2742429C1 - Method for rapid assessment of changes in lung tissue with covid-19 without using computer tomography of thorax organs - Google Patents
Method for rapid assessment of changes in lung tissue with covid-19 without using computer tomography of thorax organs Download PDFInfo
- Publication number
- RU2742429C1 RU2742429C1 RU2020138199A RU2020138199A RU2742429C1 RU 2742429 C1 RU2742429 C1 RU 2742429C1 RU 2020138199 A RU2020138199 A RU 2020138199A RU 2020138199 A RU2020138199 A RU 2020138199A RU 2742429 C1 RU2742429 C1 RU 2742429C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- covid
- lung tissue
- cough
- subject
- patient
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 title claims abstract description 32
- 208000025721 COVID-19 Diseases 0.000 title claims abstract description 7
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 title abstract 2
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 title description 42
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 title description 3
- 206010011224 Cough Diseases 0.000 claims abstract description 18
- 241000713772 Human immunodeficiency virus 1 Species 0.000 claims abstract description 8
- 108010074051 C-Reactive Protein Proteins 0.000 claims abstract description 7
- 102100032752 C-reactive protein Human genes 0.000 claims abstract description 7
- 241001678559 COVID-19 virus Species 0.000 claims abstract description 7
- 239000000427 antigen Substances 0.000 claims abstract description 7
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 claims abstract description 7
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 claims abstract description 7
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000013145 classification model Methods 0.000 claims abstract description 7
- 210000003714 granulocyte Anatomy 0.000 claims abstract description 7
- 238000005534 hematocrit Methods 0.000 claims abstract description 7
- 210000004698 lymphocyte Anatomy 0.000 claims abstract description 7
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 claims abstract description 5
- 208000017667 Chronic Disease Diseases 0.000 claims abstract description 4
- 230000035935 pregnancy Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000013060 biological fluid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 claims abstract description 3
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims abstract description 3
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims abstract description 3
- 150000002826 nitrites Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 230000036387 respiratory rate Effects 0.000 claims abstract description 3
- 208000000059 Dyspnea Diseases 0.000 claims description 12
- 206010013975 Dyspnoeas Diseases 0.000 claims description 12
- 208000013220 shortness of breath Diseases 0.000 claims description 12
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 10
- 239000003154 D dimer Substances 0.000 claims description 9
- 108010052295 fibrin fragment D Proteins 0.000 claims description 9
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 6
- 208000029078 coronary artery disease Diseases 0.000 claims description 6
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 6
- 210000003924 normoblast Anatomy 0.000 claims description 6
- 238000007637 random forest analysis Methods 0.000 claims description 6
- OBHRVMZSZIDDEK-UHFFFAOYSA-N urobilinogen Chemical compound CCC1=C(C)C(=O)NC1CC1=C(C)C(CCC(O)=O)=C(CC2=C(C(C)=C(CC3C(=C(CC)C(=O)N3)C)N2)CCC(O)=O)N1 OBHRVMZSZIDDEK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000003902 lesion Effects 0.000 abstract description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 7
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 abstract description 2
- 210000004879 pulmonary tissue Anatomy 0.000 abstract 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 abstract 2
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract 1
- 208000031225 myocardial ischemia Diseases 0.000 abstract 1
- 230000005801 respiratory difficulty Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 206010035664 Pneumonia Diseases 0.000 description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 8
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 7
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 7
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 4
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 4
- 241000711573 Coronaviridae Species 0.000 description 3
- 241000725303 Human immunodeficiency virus Species 0.000 description 3
- 206010052251 Respiratory tract congestion Diseases 0.000 description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 231100000516 lung damage Toxicity 0.000 description 3
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 3
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 208000001528 Coronaviridae Infections Diseases 0.000 description 2
- 238000003339 best practice Methods 0.000 description 2
- 238000009534 blood test Methods 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 208000026425 severe pneumonia Diseases 0.000 description 2
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 208000037273 Pathologic Processes Diseases 0.000 description 1
- 206010036790 Productive cough Diseases 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 210000003651 basophil Anatomy 0.000 description 1
- 230000023555 blood coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000003066 decision tree Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 208000017574 dry cough Diseases 0.000 description 1
- 210000003979 eosinophil Anatomy 0.000 description 1
- 239000005337 ground glass Substances 0.000 description 1
- 230000002757 inflammatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 210000000265 leukocyte Anatomy 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 210000000440 neutrophil Anatomy 0.000 description 1
- 230000000771 oncological effect Effects 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000009054 pathological process Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002685 pulmonary effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 208000024794 sputum Diseases 0.000 description 1
- 210000003802 sputum Anatomy 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 230000000451 tissue damage Effects 0.000 description 1
- 231100000827 tissue damage Toxicity 0.000 description 1
- 230000003612 virological effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Hematology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
SUBSTANCE: invention relates to medicine, in particular to pulmonology and therapy, and can be used for the rapid assessment of the condition in patients with COVID-19, which makes it possible, inter alia, to determine the necessity of hospitalization of a patient in a hospital. The method for the rapid assessment of changes in lung tissue with COVID-19 involves determining a set of diagnostically significant indicators, for which purpose the level of biomarkers in the sample of biological fluids, blood and urine, obtained in the subject is measured; physical examination; collection of anamnesis, obtaining data on diagnostically significant indicators: severity of the patient’s condition, respiratory rate, respiratory or respiratory difficulties, body temperature, presence of a sense of insensitivity in the thorax, weakness and/or a sense of bone ache, cough, type of cough, sex, age of test, ischaemic heart disease, risk group: chronic disease, and/or pregnancy, and/or age 65 and over, as well as quantitative SARS-CoV-2 antibodies IgG and IgM, C-reactive protein, absolute number of lymphocytes, absolute number of granulocytes, absolute number of normablasts, ESR under Westergren, hematocrit, p24 HIV-1 antigen and/or antibody HIV-1/2, urobilinogens, nitrites; all the data obtained are processed using at least one classification model, which has been trained to determine the absence of lesions of pulmonary tissue, light, medium-heavy or severe pulmonary tissue.
3 cl, 5 tbl, 2 dwg
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
Изобретение относится к области медицины, а именно к пульмонологии и терапии, и может быть использовано для оперативной оценки тяжести состояния пациентов с COVID-19, позволяющей, в том числе, определить необходимость госпитализации пациента в стационар.The invention relates to the field of medicine, namely to pulmonology and therapy, and can be used for the rapid assessment of the severity of the condition of patients with COVID-19, allowing, among other things, to determine the need for hospitalization of a patient in a hospital.
Всемирная организация здравоохранения 11 марта 2020 года объявила пандемию по заболеванию COVID-19, вызываемому вирусом SARS-CoV-2. В условиях пандемии коронавирусной инфекции компьютерная томография органов грудной клетки (КТ ОГК) занимает важное место в диагностике заболевания. КТ-данные могут служить предикторами необходимости госпитализации в стационар и вероятности неблагоприятного исхода в отделениях реанимации и интенсивной терапии. В то же время, существенные недостатки процедуры КТ ОГК - низкая удельная ресурсоемкость, высокие экономические затраты, проблемы радиационной безопасности пациентов и медицинского персонала - требуют поиска новых подходов для определения тяжести течения пневмонии при COVID-19.On March 11, 2020, the World Health Organization announced a pandemic for the COVID-19 disease caused by the SARS-CoV-2 virus. In the context of a coronavirus pandemic, computed tomography of the chest organs (CT scan) takes an important place in the diagnosis of the disease. CT data can serve as predictors of the need for hospitalization and the likelihood of an unfavorable outcome in the intensive care unit. At the same time, the significant disadvantages of the CT WGC procedure - low specific resource intensity, high economic costs, problems of radiation safety of patients and medical personnel - require the search for new approaches to determine the severity of pneumonia in COVID-19.
Уровень техникиState of the art
Известен метод оценки изменений в легких при COVID-19 (Морозов С.П., Проценко Д.Н., Сметанина С.В. и др. Лучевая диагностика коронавирусной болезни (COVID-19): организация, методология, интерпретация результатов: препринт № ЦДТ - 2020 - II. Версия 2 от 17.04.2020 // Серия «Лучшие практики лучевой и инструментальной диагностики». - Вып. 65. - М.: ГБУЗ «НПКЦ ДиТ ДЗМ», 2020.). Согласно данной публикации основным методом для диагностики, подтверждения и оценки динамики COVID-19 (с учетом клинических и лабораторных данных) является компьютерная томография (КТ) органов грудной клетки в высоком разрешении. Вместе с тем их применение не показано для скрининга коронавирусной инфекции при отсутствии симптомов острого респираторного вирусного заболевания. Типичные проявления COVID-19 при КТ органов грудной клетки: многочисленные уплотнения легочной паренхимы по типу «матового стекла» преимущественно округлой формы, различной протяженности с/без консолидации; утолщение междолькового интерстиция по типу «булыжной мостовой»; периферической, мультилобарной локализации. В целом, по данным лучевых методов, выделяют нулевую, легкую, средне-тяжелую, тяжелую и критическую степени тяжести заболевания. Под нулевой степенью тяжести заболевания подразумевают либо нормальную картину легких, либо признаки любых иных патологических состояний (воспалительных, онкологических и т.д.). Оценка тяжести заболевания проводится исходя из процента вовлечения в патологический процесс паренхимы легкого (учитывается состояние легкого с наибольшим поражением). There is a known method for assessing changes in the lungs with COVID-19 (Morozov S.P., Protsenko D.N., Smetanina S.V. and others. Radiation diagnosis of coronavirus disease (COVID-19): organization, methodology, interpretation of results: preprint No. CDT - 2020 - II. Version 2 of 17.04.2020 // Series "The best practices of radiation and instrumental diagnostics." - Issue 65. - M .: GBUZ "NPKTS DT DZM", 2020.). According to this publication, the main method for diagnosing, confirming and assessing the dynamics of COVID-19 (taking into account clinical and laboratory data) is computed tomography (CT) of the chest in high resolution. At the same time, their use is not indicated for screening coronavirus infection in the absence of symptoms of an acute respiratory viral disease. Typical manifestations of COVID-19 on CT scan of the chest organs: numerous seals of the pulmonary parenchyma of the "ground glass" type, predominantly round in shape, of varying length with / without consolidation; thickening of the interlobular interstitium of the "cobblestone" type; peripheral, multilobar localization. In general, according to radiation methods, there are zero, mild, medium-severe, severe and critical degrees of severity of the disease. The zero severity of the disease means either a normal picture of the lungs, or signs of any other pathological conditions (inflammatory, oncological, etc.). The severity of the disease is assessed based on the percentage of involvement of the lung parenchyma in the pathological process (the state of the lung with the greatest damage is taken into account).
В Российской Федерации, согласно Временным методическим рекомендациям Российского общества рентгенологов и радиологов и Российской ассоциации специалистов по ультразвуковой диагностике в медицине (Синицын В.Е., Тюрин И.Е., Митьков В.В. Временные согласительные методические рекомендации Российского общества рентгенологов и радиологов (РОРР) и Российской ассоциации специалистов ультразвуковой диагностики в медицине (РАСУДМ) «Методы лучевой диагностики пневмонии при новой коронавирусной инфекции COVID-19» (версия 2). Вестник рентгенологии и радиологии. 2020; 101(2):72-89), в условиях большого потока пациентов для быстрой оценки изменений в легких, выявленных при КТ, рекомендована так называемая «эмпирическая» визуальная шкала. Она основана на визуальной оценке примерного объема уплотненной легочной ткани. Данная шкала имеет 5 градаций, начинается с 0, а далее ‒ деление по интервалам 25%. В Департаменте здравоохранения Москвы используют методические рекомендации, согласно которым следует проводить оценку изменений легочной ткани при COVID-19 по данным КТ ОГК, основанную на определении процента поражения легкого. Процент поражения оценивают отдельно по каждому легкому. Категорию изменений определяют по легкому с наибольшим поражением.In the Russian Federation, according to the Interim Guidelines of the Russian Society of Radiologists and Radiologists and the Russian Association of Specialists in Ultrasound Diagnostics in Medicine (Sinitsyn V.E., Tyurin I.E., Mitkov V.V. Temporary conciliatory guidelines of the Russian Society of Radiologists and Radiologists ( POPR) and the Russian Association of Specialists in Ultrasound Diagnostics in Medicine (RASUDM) "Methods of Radiological Diagnosis of Pneumonia in New Coronavirus Infection COVID-19" (version 2). Bulletin of Radiology and Radiology. 2020; 101 (2): 72-89), in conditions a large flow of patients for the rapid assessment of changes in the lungs detected by CT, the so-called "empirical" visual scale is recommended. It is based on a visual assessment of the approximate volume of compacted lung tissue. This scale has 5 gradations, it starts from 0, and then - division at intervals of 25%. The Moscow Department of Health uses guidelines according to which it is necessary to assess changes in lung tissue in COVID-19 according to CT scan of the OGK, based on determining the percentage of lung damage. The percentage of damage is assessed separately for each lung. The category of changes is determined by the lung with the greatest lesion.
Однако массовое применение КТ ОГК для оценки изменений паренхимы легких при COVID-19 имеет ряд ограничений и недостатков:However, the massive use of CT OGK to assess changes in the lung parenchyma in COVID-19 has a number of limitations and disadvantages:
• Риск создания искусственных эпидемических очагов (невозможность полноценной стерилизации аппарата КТ, воздуха в помещении между процедурами, необходимость нарушения режима самоизоляции для пациентов, не потребовавших госпитализации).• The risk of creating artificial epidemic foci (impossibility of full sterilization of the CT machine, air in the room between procedures, the need to violate the self-isolation regime for patients who did not require hospitalization).
• Нерациональная работа бригад скорой помощи (работа с пациентами амбулаторных КТ-центров - занятость бригады от 3 часов на 1 пациента).• Irrational work of ambulance teams (work with patients of outpatient CT centers - the team is busy from 3 hours per patient).
• Экономические затраты на проведение КТ.• Economic costs for CT scan.
• Проблемы, связанные с радиационной безопасностью пациентов и врачей (в особенности лиц молодого возраста).• Problems related to the radiation safety of patients and doctors (especially young people).
В качестве альтернативного метода для определения тяжести поражения легких при COVID-19 специалисты Национального медицинского исследовательского центра хирургии имени А.В. Вишневского разработали ультразвуковой метод определения площади поражении паренхимы легких (патент РФ 2729368, 06.08.2020 - прототип). Согласно данному методу осуществляют дифференцирование умеренных либо выраженных интерстициальных изменений, при выявлении в зонах исследования выраженных интерстициальных изменений определяют степень тяжести пневмонии при COVID -19, вызванной вирусом SARS-CoV-2, по формуле: S= 4n/N, где S - степень тяжести, характеризующаяся площадью поражения легочной ткани, n - число зон с выявленными изменениями, N - общее число зон, по которым было проведено уз-исследование. При получении значения степени тяжести 0 ≤ S< 1 делают вывод о площади поражении паренхимы легких до 25%. При получении значения 1 ≤ S< 2 делают вывод о площади поражении паренхимы легких от 25 до 50%. При получении значения 2 ≤ S< 3 делают вывод о площади поражении паренхимы легких от 50 до 75%. При получении значения S ≥ 3 делают вывод о площади поражении паренхимы легких от 75% и более. As an alternative method for determining the severity of lung damage in COVID-19, the specialists of the A.V. Vishnevsky developed an ultrasound method for determining the area of lesions of the lung parenchyma (RF patent 2729368, 06.08.2020 - prototype). According to this method, differentiation of moderate or pronounced interstitial changes is carried out, when pronounced interstitial changes are detected in the study areas, the severity of pneumonia in COVID-19 caused by the SARS-CoV-2 virus is determined by the formula: S = 4n / N, where S is the severity , characterized by the area of damage to the lung tissue, n is the number of zones with identified changes, N is the total number of zones for which the ultrasound study was carried out. When receiving the value of the
Однако известный метод не обеспечивает необходимую точность диагностики, так как не учитывает общую клиническую картину и часто требует применения других вариантов диагностической визуализации.However, the known method does not provide the necessary diagnostic accuracy, since it does not take into account the overall clinical picture and often requires the use of other diagnostic imaging options.
Решаемой технической проблемой являлась разработка экспресс-оценки изменений легочной ткани при COVID-19, не требующей использования лучевых методов диагностики, но обеспечивающих высокую точность диагностики.The technical problem to be solved was the development of an express assessment of changes in lung tissue in COVID-19, which does not require the use of radiation diagnostic methods, but provides high diagnostic accuracy.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Достигаемым техническим результатом при использовании разработанного способа является возможность оценки степени изменения легочной ткани при COVID-19 в экспресс режиме без использования инструментальных методов исследования.The technical result achieved when using the developed method is the ability to assess the degree of changes in lung tissue in COVID-19 in an express mode without using instrumental research methods.
Указанный результат достигается благодаря следующей совокупности существенных признаков:This result is achieved due to the following set of essential features:
определяют комплекс диагностически значимых показателей, для чего проводят измерение уровня биомаркеров в образце биологических жидкостей - крови и мочи, полученных у субъекта; физикальное обследование; сбор анамнеза;a set of diagnostically significant indicators is determined, for which the level of biomarkers is measured in a sample of biological fluids - blood and urine obtained from the subject; physical examination; collection of anamnesis;
получают данные о диагностически значимых показателях: тяжесть состояния пациента, частота дыхания, наличие отдышки или затруднённого дыхания, температура тела, наличие чувства заложенности в грудной клетке, наличие слабости и/или чувства ломоты, наличие кашля, тип кашля, пол обследуемого, возраст обследуемого, ишемическая болезнь сердца, отнесение обследуемого к группе риска: наличие хронических заболеваний, и/или наличие беременности, и/или возраст 65 лет и старше, а также количественные показатели наличия антител IgG и IgM к SARS-CoV-2 IgG, IgM, С-реактивного белка, абсолютное число лимфоцитов, абсолютное число гранулоцитов, абсолютное число нормобластов, СОЭ по Вестергрену, RDW, гематокрит, антиген р24 HIV-1 и/или антитело HIV-1/2, уробилиноген, нитриты; receive data on diagnostically significant indicators: the severity of the patient's condition, respiratory rate, shortness of breath or shortness of breath, body temperature, the presence of a feeling of congestion in the chest, the presence of weakness and / or a feeling of aches, the presence of a cough, type of cough, gender of the subject, age of the subject, coronary heart disease, assignment of the subject to a risk group: the presence of chronic diseases, and / or the presence of pregnancy, and / or age 65 years and older, as well as quantitative indicators of the presence of IgG and IgM antibodies to SARS-CoV-2 IgG, IgM, C- reactive protein, absolute lymphocyte count, absolute granulocyte count, absolute normoblast count, Westergren ESR, RDW, hematocrit, HIV-1 p24 antigen and / or HIV-1/2 antibody, urobilinogen, nitrites;
совокупность полученных данных обрабатывают с использованием по меньшей мере одной классификационной модели, обученной для определения: отсутствия поражения легочной ткани, легкой, средне-тяжелой или тяжелой степени поражения легочной ткани. the set of the obtained data is processed using at least one classification model trained to determine: the absence of damage to the lung tissue, mild, moderate or severe degree of damage to the lung tissue.
В качестве классификационных моделей целесообразно использовать метод «случайного леса» (random forest).It is advisable to use the "random forest" method as classification models.
В том случае если возможно исследовать характеристики свертывания крови, то дополнительно определяют D-димер, верхнюю референсную границу на D-димер (с учетом используемой тест-системы), глюкозу.If it is possible to study the characteristics of blood coagulation, then the D-dimer, the upper reference limit for the D-dimer (taking into account the test system used), and glucose are additionally determined.
Нами был проведен анализ взаимосвязи различных клинико-лабораторных параметров (исходно исследовалось 186 переменных) с объемом поражения легочной ткани по данным КТ ОГК 430780 пациентов. На основании данного анализа был определен комплекс показателей, обладающих наибольшей значимостью в прогнозировании изменений легочной ткани при COVID-19. Параметры с наибольшей значимостью были включены в качестве предиктивных признаков в обучающую модель, построенную с использованием алгоритмов машинного обучения (случайный лес и нейронная сеть). При валидации результатов, полученных с использованием классификационной модели (0-1 КТ против 2-4 КТ), доля правильных ответов (accuracy) составила 90%. We analyzed the relationship of various clinical and laboratory parameters (186 variables were initially investigated) with the volume of lung tissue lesions according to CT data of WGC in 430,780 patients. Based on this analysis, a set of indicators was determined that are most significant in predicting changes in lung tissue in COVID-19. The parameters with the greatest significance were included as predictive features in the training model built using machine learning algorithms (random forest and neural network). When validating the results obtained using the classification model (0-1 CT versus 2-4 CT), the percentage of correct answers (accuracy) was 90%.
Кроме того, благодаря разработанному методу минимизируется необходимость использования КТ ОГК для оценки категории изменений легочной ткани при COVID-19. Определение степени изменений в легочной ткани в экспресс режиме позволяет осуществить своевременную госпитализацию в стационар пациентов с высокой вероятностью тяжелого течения пневмонии за счет сокращения диагностического этапа амбулаторного КТ-центра/минимизации времени ожидания процедуры КТ ОГК при адекватном использовании ресурсов амбулаторного КТ-центра.In addition, thanks to the developed method, the need for the use of CT OGK to assess the category of lung tissue changes in COVID-19 is minimized. Determination of the degree of changes in the lung tissue in the express mode allows timely hospitalization of patients with a high probability of severe pneumonia due to the reduction of the diagnostic stage of the outpatient CT center / minimization of the waiting time for the CT scan with adequate use of the resources of the outpatient CT center.
Пациенту с подтвержденной COVID-19 инфекцией, проводят комплекс клинического обследования:A patient with a confirmed COVID-19 infection undergoes a complex of clinical examination:
1. сбор анамнеза;1. collecting anamnesis;
2. физикальное обследование;2. physical examination;
3. лабораторные исследования: 3.laboratory research:
3.1. клинический анализ крови с лейкоцитарной формулой; 3.1. clinical blood test with a leukocyte formula;
3.2. клинический анализ мочи.3.2. clinical analysis of urine.
Перечисленные показатели оценивают или в абсолютных значениях или в условных единицах (Таблица 1).The listed indicators are estimated either in absolute values or in arbitrary units (Table 1).
Таблица 1. Оценка показателей.Table 1. Assessment of indicators.
Лёгкая степень тяжести «1 усл ед»
Средняя степень тяжести «2 усл ед»
Тяжёлая степень тяжести «3 усл ед»No symptoms "0 conv units"
Light severity "1 conv unit"
Average severity "2 conv units"
Severe severity "3 conv units"
Наличие «1»Absence of "0"
Availability "1"
Наличие «1»Absence of "0"
Availability "1"
Наличие «1»Absence of "0"
Availability "1"
Кашель присутствует «1 усл ед»No cough "0 conv unit"
Cough is present "1 conv unit"
Кашель с мокротой «1 усл ед»Dry cough "0 conv unit"
Cough with sputum "1 conv unit"
женский «1 усл ед»male "0 conv unit"
female "1 conv unit"
Наличие «1 усл ед»Absence of "0 conv unit"
Availability of "1 conv unit"
Наличие хронических заболеваний «1 усл ед»
Наличие беременности «2 усл ед»
Возраст 65 лет старше «3 усл ед»No "0 conv unit"
The presence of chronic diseases "1 conv unit"
Pregnancy "2 conv units"
Age 65 years older than "3 conv units"
и/или
Антитела HIV-1/2P24 antigen HIV-1
and / or
Antibodies HIV-1/2
присутствуют «1 усл ед»absent "0 conv unit"
there are "1 conv unit"
0- отсутствуют
1- слабоположительный результат +
2- положительный ++NIT value:
0- absent
1- weakly positive result +
2- positive ++
* данные учитываются дополнительно, при этом повышается точность оценки. * data are taken into account additionally, while the accuracy of the estimate increases.
На базе разметки данных всех пациентов была построена модель на основе алгоритмов машинного обучения («случайный лес», нейронная сеть) и валидирована. Based on the markup of the data of all patients, a model was built based on machine learning algorithms ("random forest", a neural network) and validated.
Случайный лес (random forest) - алгоритм машинного обучения, заключающийся в использовании ансамбля деревьев решений. Все деревья строятся независимо по следующей схеме:A random forest is a machine learning algorithm that uses an ensemble of decision trees. All trees are built independently according to the following scheme:
• Выбирают подвыборку обучающей выборки - по ней строят дерево (для каждого дерева - своя подвыборка).• A subsample of the training sample is selected - a tree is built from it (for each tree - its own subsample).
• Для построения каждого расщепления в дереве просматривают случайные признаки (для каждого нового расщепления - свои случайные признаки).• To construct each split in the tree, look through random features (for each new split - its own random features).
• Выбирают наилучший признак и расщепление по нему (по заранее заданному критерию). Дерево строится до исчерпания выборки (пока в листьях не останутся представители только одного класса).• The best trait and splitting according to it (according to a predetermined criterion) are selected. The tree is built until the sample is exhausted (until the leaves contain only representatives of one class).
Обучение нейросетей происходит в два этапа:Neural networks are trained in two stages:
• Прямое распространение ошибки;• Forward propagation of the error;
• Обратное распространение ошибки.• Backpropagation of the error.
Во время прямого распространения ошибки делается предсказание ответа. При обратном распространении ошибка между фактическим ответом и предсказанным минимизируется.During forward propagation of the error, a prediction of the response is made. Backpropagation minimizes the error between the actual response and the predicted response.
Параметры обследования используют для расчета классификационной модели, в результате чего определяют следующие показатели оценки тяжести пневмонии, ассоциированной с COVID-19:The survey parameters are used to calculate the classification model, resulting in the following indicators for assessing the severity of pneumonia associated with COVID-19:
• Вероятность легкой степени тяжести (КТ 0-1) - пациент не требует госпитализации и может проходить лечение на дому.• Probability of mild severity (CT 0-1) - the patient does not require hospitalization and can be treated at home.
• Вероятность средне-тяжелой и тяжелой пневмонии (КТ 3-4)- пациент должен быть незамедлительно госпитализирован в стационар для проведения интенсивной терапии. • Likelihood of moderate to severe pneumonia (CT 3-4) - the patient should be immediately admitted to a hospital for intensive care.
При этом КТ2 не относится ни к легкой, ни к средне-тяжелой форме. Пациенты с КТ2 могут лечиться дома, а также могут быть госпитализированы в ходе динамического наблюдения. At the same time, CT2 does not apply to either mild or moderate to severe form. Patients with CT2 can be treated at home, and can also be hospitalized during follow-up.
Основная задача разработанного способа состояла в идентифицировании пациентов с КТ 0-1 (не требующих проведения КТ) и пациентов с КТ 3-4 (требующих срочной госпитализации без предварительного исследования в КТ центре).The main objective of the developed method was to identify patients with CT 0-1 (not requiring CT) and patients with CT 3-4 (requiring urgent hospitalization without preliminary examination at the CT center).
• Предполагаемая степень КТ: установление точной степени тяжести КТ0/КТ1/КТ2/КТ3/КТ4• Estimated degree of CT: establishing the exact severity of CT0 / CT1 / CT2 / CT3 / CT4
Каждая степень обозначает оценку вовлеченности легочной ткани (Морозов С.П., Проценко Д.Н., Сметанина С.В. и др. Лучевая диагностика коронавирусной болезни (COVID-19): организация, методология, интерпретация результатов: препринт № ЦДТ - 2020 - II. Версия 2 от 17.04.2020 // Серия «Лучшие практики лучевой и инструментальной диагностики». - Вып. 65. - М.: ГБУЗ «НПКЦ ДиТ ДЗМ», 2020.):Each degree denotes an assessment of the involvement of lung tissue (Morozov S.P., Protsenko D.N., Smetanina S.V. et al. Radiation diagnostics of coronavirus disease (COVID-19): organization, methodology, interpretation of results: preprint No. CDT - 2020 - II. Version 2 of 04/17/2020 // Series "Best practices of radiation and instrumental diagnostics." - Issue 65. - M .: GBUZ "NPKTs DiT DZM", 2020.):
< 5% - КТ0<5% - CT0
5-25% - КТ15-25% - KT1
26-49% - КТ226-49% - KT2
50-75% КТ350-75% KT3
>75% КТ4> 75% CT4
Нами был использован ROC-анализ для оценки качества моделей (фиг 1, а и b, - ROC-кривые на тестовых выборках для бинарной задачи (а, b)). На графиках (фиг 1: а и b) продемонстрированы модели с наилучшей прогностической силой для КТ3-4 и КТ0-1, в данном случае random forest и нейронная сеть.We used ROC analysis to assess the quality of the models (Fig. 1, a and b, - ROC curves on test samples for the binary problem (a, b)). The graphs (Fig. 1: a and b) show the models with the best predictive power for KT3-4 and KT0-1, in this case a random forest and a neural network.
Таблица 2 демонстрирует, в каком проценте случаев каждый из прогнозных классов (0,1,2,3+) был распознан как реальный класс по данным КТ ОГК. Так, КТ0 в 60% случаев было распознано как КТ0, в 24,6% как КТ1, в 5,9% как КТ2 и в 3,4% как КТ3+.Table 2 demonstrates in what percentage of cases each of the predictive classes (0,1,2,3+) was recognized as a real class according to the CT data of the OGK. Thus, KT0 in 60% of cases was recognized as KT0, in 24.6% as KT1, in 5.9% as KT2 and in 3.4% as KT3 +.
Пример 1. Пациент А, 47 лет. Диагноз: COVID-19-ассоциированная пневмония. КТ 3 (U07.2) Example 1. Patient A, 47 years old. Diagnosis: COVID-19-associated pneumonia. CT 3 (U07.2)
Таблица 3.Table 3.
Согласно данным, представленным в таблице 3 с вероятностью 99,5% у пациента имеет место степень поражения не ниже КТ2. Классификаторы КТ02-КТ3-4 и по всем степеням КТ указывают на наибольшую вероятность поражения не ниже КТ3.According to the data presented in Table 3, with a probability of 99.5%, the patient has a degree of damage not lower than CT2. The classifiers KT02-KT3-4 and for all grades of CT indicate the highest probability of damage not lower than KT3.
Для подтверждения полученного с помощью разработанного нами метода вывода, пациенту проведена КТ ОГК. Заключение по данным КТ ОГК: COVID-19-ассоциированная пневмония. КТ 3. Таким образом, заключения, сделанные на основании разработанного метода и стандартного - совпали.To confirm the conclusion obtained with the help of our developed method, the patient underwent CT scan. Conclusion according to CT data of the OGK: COVID-19-associated pneumonia. CT 3. Thus, the conclusions made on the basis of the developed method and the standard - coincided.
Пример 2. Пациент В, 67 лет. Диагноз: COVID-19-ассоциированная пневмония. КТ 2 (U07.2)Example 2. Patient B, 67 years old. Diagnosis: COVID-19-associated pneumonia. CT 2 (U07.2)
Таблица 4Table 4
Согласно данным, представленным в таблице 4 с вероятностью 74% у пациента имеет место степень поражения не ниже КТ2. Классификаторы КТ02-КТ3-4 и по всем степеням КТ указывают на наибольшую вероятность поражения легких, соответствующую КТ2.According to the data presented in Table 4, with a probability of 74%, the patient has a degree of lesion not lower than CT2. Classifiers KT02-KT3-4 and for all grades of CT indicate the highest likelihood of lung damage corresponding to CT2.
Для подтверждения полученного с помощью разработанного нами метода вывода, пациенту проведена КТ ОГК. Заключение по данным КТ ОГК: COVID-19-ассоциированная пневмония. КТ 2. Таким образом, заключения сделанные на основании разработанного метода и стандартного - совпали.To confirm the conclusion obtained with the help of our developed method, the patient underwent CT scan. Conclusion according to CT data of the OGK: COVID-19-associated pneumonia. CT 2. Thus, the conclusions made on the basis of the developed method and the standard - coincided.
Пример 3. Пациент С., 41 год. Диагноз: COVID-19-ассоциированная пневмония. КТ 1 (U07.1)Example 3. Patient S., 41 years old. Diagnosis: COVID-19-associated pneumonia. CT 1 (U07.1)
Таблица 5Table 5
Согласно данным, представленным в таблице 5 с вероятностью 97% у пациента имеет место степень поражения не выше КТ1. Классификаторы КТ02-КТ3-4 и по всем степеням КТ указывают на наибольшую вероятность поражения легочной ткани, соответствующую КТ1.According to the data presented in Table 5, with a 97% probability, the patient has a degree of damage not higher than CT1. Classifiers KT02-KT3-4 and for all grades of CT indicate the highest likelihood of lung tissue damage corresponding to CT1.
Для подтверждения полученного с помощью разработанного нами метода вывода, пациенту проведена КТ ОГК. Заключение по данным КТ ОГК: COVID-19-ассоциированная пневмония. КТ 1. Таким образом, заключения сделанные на основании разработанного метода и стандартного - совпали.To confirm the conclusion obtained with the help of our developed method, the patient underwent CT scan. Conclusion according to CT data of the OGK: COVID-19-associated pneumonia.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020138199A RU2742429C1 (en) | 2020-11-21 | 2020-11-21 | Method for rapid assessment of changes in lung tissue with covid-19 without using computer tomography of thorax organs |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020138199A RU2742429C1 (en) | 2020-11-21 | 2020-11-21 | Method for rapid assessment of changes in lung tissue with covid-19 without using computer tomography of thorax organs |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2742429C1 true RU2742429C1 (en) | 2021-02-05 |
Family
ID=74554719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020138199A RU2742429C1 (en) | 2020-11-21 | 2020-11-21 | Method for rapid assessment of changes in lung tissue with covid-19 without using computer tomography of thorax organs |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2742429C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2747097C1 (en) * | 2021-02-14 | 2021-04-26 | Максим Юрьевич Шкурников | Method for assessing risk of severe form of covid-19 |
| RU2779454C1 (en) * | 2022-05-12 | 2022-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method for prediction of severity of covid-19 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2014315356B2 (en) * | 2013-09-06 | 2018-11-22 | Covidien Lp | System and method for lung visualization using ultrasound |
| RU2729368C1 (en) * | 2020-06-10 | 2020-08-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр хирургии имени А.В. Вишневского» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ хирургии им. А.В.Вишневского" Минздрава России) | Method for assessing the severity of pneumonia with covid-19 using an ultrasonic examination method |
-
2020
- 2020-11-21 RU RU2020138199A patent/RU2742429C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2014315356B2 (en) * | 2013-09-06 | 2018-11-22 | Covidien Lp | System and method for lung visualization using ultrasound |
| RU2729368C1 (en) * | 2020-06-10 | 2020-08-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр хирургии имени А.В. Вишневского» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ хирургии им. А.В.Вишневского" Минздрава России) | Method for assessing the severity of pneumonia with covid-19 using an ultrasonic examination method |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Morozov et al. et al. Radiation diagnosis of coronavirus disease (COVID-19): organization, methodology, interpretation of results: preprint CDT - 2020 - II. Version 2 dated 04/17/2020. Sinitsyn V.E. and others. Interim conciliatory guidelines of the Russian Society of Radiologists and Radiologists (PORR) and the Russian Association of Specialists in Ultrasound Diagnostics in Medicine (RASUDM) "Methods of Radiological Diagnosis of Pneumonia in New Coronavirus Infection COVID-19" (version 2). Bulletin of radiology and radiology. 2020; 101 (2): 72-89. * |
| Морозов С.П. и др. и др. Лучевая диагностика коронавирусной болезни (COVID-19): организация, методология, интерпретация результатов: препринт ЦДТ - 2020 - II. Версия 2 от 17.04.2020. Синицын В.Е. и др. Временные согласительные методические рекомендации Российского общества рентгенологов и радиологов (РОРР) и Российской ассоциации специалистов ультразвуковой диагностики в медицине (РАСУДМ) "Методы лучевой диагностики пневмонии при новой коронавирусной инфекции COVID-19" (версия 2). Вестник рентгенологии и радиологии. 2020; 101(2): 72-89. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2747097C1 (en) * | 2021-02-14 | 2021-04-26 | Максим Юрьевич Шкурников | Method for assessing risk of severe form of covid-19 |
| RU2779454C1 (en) * | 2022-05-12 | 2022-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method for prediction of severity of covid-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mamalakis et al. | DenResCov-19: A deep transfer learning network for robust automatic classification of COVID-19, pneumonia, and tuberculosis from X-rays | |
| US20050033121A1 (en) | Diagnostic information systems | |
| Ihdayhid et al. | Coronary artery stenosis and high-risk plaque assessed with an unsupervised fully automated deep learning technique | |
| Mousseaux et al. | Association between coronary artery calcifications and 6-month mortality in hospitalized patients with COVID-19 | |
| JP7124265B2 (en) | Biomarker detection method, disease determination method, biomarker detection device, and biomarker detection program | |
| Devie et al. | COVID-19: a qualitative chest CT model to identify severe form of the disease | |
| Mackie et al. | Quantitative bone imaging biomarkers and joint space analysis of the articular Fossa in temporomandibular joint osteoarthritis using artificial intelligence models | |
| CN114550910A (en) | Artificial intelligence-based ejection fraction retention type heart failure diagnosis and typing system | |
| Churchill et al. | The role of lung ultrasound for detecting atelectasis, consolidation, and/or pneumonia in the adult cardiac surgery population: A scoping review of the literature | |
| RU2742429C1 (en) | Method for rapid assessment of changes in lung tissue with covid-19 without using computer tomography of thorax organs | |
| Susanto et al. | How well do AI-enabled decision support systems perform in clinical settings? | |
| CN111986806A (en) | Clinical-biological index-based prediction model for acute post-myocardial infarction infection risk | |
| CN101632604A (en) | Method and device for calculating a parameter affecting the prostate of a patient | |
| Sakamoto et al. | Artificial intelligence in clinics: enhancing cardiology practice | |
| JP2010029659A5 (en) | ||
| Xia et al. | A transformer-based deep learning model for identifying the occurrence of acute hematogenous osteomyelitis and predicting blood culture results | |
| Karegowda et al. | Knowledge based fuzzy inference system for diagnosis of diffuse goiter | |
| RU2234090C1 (en) | Diagnostic test for development of nephrogenous hypertension and method for its prognostication in children with chronic pyelonephritis | |
| Hamsavath et al. | Enhanced Automatic Identification of Kidney Cyst, Stone and Tumor using Deep Learning | |
| RU2782796C1 (en) | METHOD FOR ASSESSING THE RISK OF DEVELOPING A SEVERE COURSE OF CoVID-19 | |
| RU2240045C2 (en) | Method for predicting nephrogenous hypertension development in children suffering from glomerulonephritis | |
| RANGASAMY et al. | DEEP LEARNING-BASED FINE-GRAINED AUTOMATED PNEUMONIA DETECTION MODEL | |
| KR102827281B1 (en) | Method and system for machine learning for expecting fracture risk based on spine radiographic image and method and system for expecting fracture risk using the same | |
| Al-khulaidi et al. | Detection of Covid-19 and chest pneumonia based on X-ray images using Deep-Transfer Learning | |
| RU2306865C2 (en) | Method for predicting the development of post-surgical pneumonia |