חוקרים הקימו חבילה של פרמטרים שניתן לקבוע באמצעות אולטרסאונד למדידה כמותית של מאפיינים פיזיים שונים של הריאה. החוקרים גם הוכיחו שניתן להשתמש בפרמטרים כדי לאבחן ולהעריך במדויק את חומרת מחלות הריאה במודל של בעלי חיים.
"מחלות יכולות להשפיע על הריאות בדרכים רבות ושונות", אומרת מארי מולר, מחברת בכירה של מאמר על העבודה ופרופסור חבר להנדסת מכונות וחלל באוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט. "הם יכולים לשנות את מבנה המיקרו של הריאה, את האלסטיות של רקמת הריאה, את סוג וכמות הנוזלים בריאות, וכן הלאה. כל אחד מהשינויים הללו ניתן למדוד באמצעות אולטרסאונד. המטרה שלנו עם העבודה הזו הייתה לבסס ברור פרמטרים עבור מאפייני ריאה אלו וקובעים איזה שילוב של פרמטרים קשור למחלות ריאה שונות.
"כדי להיות ברור, אנחנו מדברים על מדידות מספריות עבור כל פרמטר", אומר מולר, שנמצא גם בפקולטה במחלקה להנדסה ביו-רפואית משותפת במדינת NC ובאוניברסיטת צפון קרולינה בצ'פל היל. "לכן, אם יש שלושה פרמטרים הקשורים למחלה, יהיו לנו שלושה מספרים – אחד לכל פרמטר. לאחר מכן נוכל להשתמש בנוסחה מתמטית המשלבת את שלושת המספרים הללו כדי ליצור ציון של סמן ביולוגי. הציון הזה לא רק אומר לנו אם יש בעיה בריאותית ספציפית, אבל עד כמה הבעיה היא חמורה".
החוקרים החלו ביצירת פרמטרים למדידת מגוון רחב של מאפייני ריאות, כמו צפיפות המכתשים או כמות הנוזלים בריאות. החוקרים התאימו גם פרמטרים קיימים של אולטרסאונד המשמשים באיברים אחרים לשימוש על רקמת ריאה. בסך הכל, זה הביא לסך של 60 פרמטרים.
לאחר מכן מדדו החוקרים את כל 60 הפרמטרים בריאות של חולדות שהיו בריאות או עם שלבים שונים של פיברוזיס או בצקת. פיברוזיס היא הצטלקות של רקמת הריאה. בצקת מתייחסת להצטברות נוזלים בריאה.
לאחר מכן השתמשנו בשיטות סטטיסטיות כדי לזהות אילו שילובים של פרמטרים גם קשורים למצב בריאותי נתון וגם רגישים מספיק כדי למדוד את חומרת הבעיה הבריאותית".
מארי מולר, פרופסור חבר להנדסת מכונות וחלל, אוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט
בתהליך זה, החוקרים מצאו כי רק חמישה מהפרמטרים היו נחוצים להערכת פיברוזיס ובצקת: שלושה עבור פיברוזיס ושניים עבור בצקת.
"אחד האתגרים עם כלי אבחון רבים הוא שלעיתים קרובות יש פשרה בין רגישות לספציפיות", אומר מולר. "בדיקה רגישה מאוד עשויה למעשה להבטיח שאתה מזהה בעיה, אבל זה גם אומר בדרך כלל שיכולות להיות הרבה תוצאות חיוביות שגויות. מצד שני, בדיקה מאוד ספציפית כמעט אף פעם לא תיתן לך חיובי שגוי, אבל היא עשויה גם לפספס לא מעט בעיות בריאותיות שהוא אמור לזהות, או לא להיות מסוגל להעריך את חומרת מחלה ספציפית.
"אנחנו נרגשים לגבי כלי האבחון החדש הזה מכיוון שהוא גם רגיש מאוד וגם מאוד ספציפי", אומר מולר. "ואנחנו מסוגלים לקבל את השילוב הזה של ספציפיות ורגישות כי אנחנו מודדים פרמטרים מרובים."
אחת הדרכים שבהן הם הצליחו להעריך את רגישות הכלי החדש היא באמצעות טיפולי פיברוזיס. כאשר חולדות עם פיברוזיס קיבלו טיפול, הכלי האבחוני החדש הצליח למדוד שיפורים ברקמת הריאות של החולדות.
החוקרים פיתחו תוכנת עיבוד נתונים שיכולה לשמש בשילוב עם חומרת אולטרסאונד קיימת כדי לקבוע את המספרים עבור כל מדידת פרמטר, כמו גם לבסס את ציוני הסמנים הביולוגיים עבור בצקת ופיברוזיס.
"קבענו שזה עובד היטב במודל של חולדה", אומר מולר. "השלבים הבאים כוללים סימולציות חישוביות, בדיקות חוץ גופיות ובדיקות מודלים של בעלי חיים כדי לקבוע שהטכניקה הזו יכולה לעבוד במקרים שבהם האולטרסאונד צריך לחדור לדופן חזה עבה הרבה יותר. אם זה ילך כשורה, נמשיך בניסויים קליניים.
"כמו כן, מכיוון שקבענו 60 פרמטרים – וזה הרבה – אנו אופטימיים שניתן להשתמש בטכניקה הזו בעתיד כדי לזהות סמנים ביולוגיים אבחנתיים עבור מגוון מצבי ריאות אחרים."
המאמר, "אולטרסאונד כמותי לשלב ולניטור מחלות ריאה אינטרסטיציאליות", מתפרסם בגישה פתוחה בכתב העת דוחות מדעיים. מחברים מובילים משותפים של המאמר הם Azadeh Dashti ו-Roshan Roshankhah, שניהם Ph.D. בוגרי מדינת NC. מחברי המאמר המתכתבים כוללים את תומס איגן, חבר סגל הן בבית הספר לרפואה של UNC והן במחלקה להנדסה ביו-רפואית המשותפת במדינת NC וב-UNC; וג'ונתן מאמו מ-Weill Cornell Medicine. המאמר נכתב בשיתוף תרזה לי מ-Topcon Healthcare ו-Weill Cornell Medicine; ג'ון בלקוול מ-UNC; וסטפני מונטגומרי מקרן בריאות הכלבים של AKC.
עבודה זו נעשתה בתמיכת משרד ההגנה, במסגרת מענק W81XWH1810101; ומהמכונים הלאומיים לבריאות, במסגרת מענק R21HL154156.
מולר ואיגן הגישו בקשת פטנט זמנית על הערכת פיברוזיס ריאתי תוך שימוש בכמה מפרמטרי האולטרסאונד המתוארים בעבודה.
