Исследователи установили набор параметров, которые можно определить с помощью ультразвука для количественного измерения различных физических характеристик легких. Исследователи также продемонстрировали, что эти параметры можно использовать для точной диагностики и оценки тяжести заболеваний легких в модели животных.

Статья « Количественное ультразвуковое исследование легких для определения стадии и мониторинга интерстициальных заболеваний легких » опубликована в открытом доступе в журнале Scientific Reports .

«Заболевания могут влиять на легкие по-разному», — говорит Мари Мюллер, соавтор статьи о работе и доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в Университете штата Северная Каролина. «Они могут изменять микроструктуру легких, эластичность легочной ткани, тип и количество жидкости в легких и так далее. Каждое из этих изменений можно измерить с помощью ультразвука. Нашей целью в этой работе было установить четкие параметры для этих характеристик легких и определить, какая комбинация параметров связана с различными заболеваниями легких».

«Если говорить точнее, мы говорим о числовых измерениях каждого параметра», — говорит Мюллер, который также является преподавателем Объединенного факультета биомедицинской инженерии в Университете штата Северная Каролина и Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл.

«Таким образом, если есть три параметра, связанных с заболеванием, у нас будет три числа — по одному для каждого параметра. Затем мы можем использовать математическую формулу , которая объединяет эти три числа, чтобы создать оценку биомаркера. Эта оценка не только сообщает нам, присутствует ли конкретная проблема со здоровьем, но и насколько серьезна эта проблема».

Исследователи начали с генерации параметров для измерения широкого спектра характеристик легких, таких как плотность альвеол или количество жидкости в легких. Исследователи также адаптировали существующие параметры ультразвука, используемые в других органах, для использования на легочной ткани. В общей сложности это привело к 60 параметрам.

Затем исследователи измерили все 60 параметров в легких крыс, которые были здоровы или имели различные стадии фиброза или отека. Фиброз — это рубцевание легочной ткани. Отек относится к накоплению жидкости в легких.

«Затем мы использовали статистические методы , чтобы определить, какие комбинации параметров одновременно связаны с определенным состоянием здоровья и достаточно чувствительны, чтобы измерить серьезность проблемы со здоровьем», — говорит Мюллер.

В ходе этого процесса исследователи обнаружили, что для оценки фиброза и отека необходимы всего пять параметров: три для фиброза и два для отека.

«Одной из проблем со многими диагностическими инструментами является то, что часто приходится идти на компромисс между чувствительностью и специфичностью», — говорит Мюллер. «Высокочувствительный тест может практически гарантировать, что вы обнаружите проблему, но это также обычно означает, что может быть много ложноположительных результатов. С другой стороны, высокоспецифичный тест почти никогда не даст вам ложноположительного результата, но он также может пропустить довольно много проблем со здоровьем, которые он должен обнаружить, или не сможет оценить тяжесть конкретного заболевания».

«Мы в восторге от этого нового диагностического инструмента, потому что он одновременно и высокочувствительный, и высокоспецифичный», — говорит Мюллер. «И мы можем иметь такое сочетание специфичности и чувствительности, потому что мы измеряем несколько параметров».

Один из способов, которым они смогли оценить чувствительность нового инструмента, — это использование методов лечения фиброза. Когда крысы с фиброзом получали лечение, новый диагностический инструмент смог измерить улучшения в легочной ткани крыс.

Исследователи разработали программное обеспечение для обработки данных, которое можно использовать совместно с существующим ультразвуковым оборудованием для определения чисел для каждого измеряемого параметра, а также для установления баллов биомаркеров отека и фиброза.

«Мы установили, что это хорошо работает на модели крысы», — говорит Мюллер. «Следующие шаги включают в себя компьютерное моделирование, тестирование in vitro и тестирование на моделях животных , чтобы установить, что эта методика может работать в случаях, когда ультразвук должен проникать через гораздо более толстую грудную стенку. Если все пройдет хорошо, мы продолжим клинические испытания».

«Кроме того, поскольку мы установили 60 параметров — а это очень много — мы надеемся, что этот метод можно будет использовать в будущем для выявления диагностических биомаркеров для ряда других заболеваний легких».