COVID-19 tanısı koymak amacıyla çekilmiş düşük doz kontrastsız bilgisayarlı tomografi görüntülerinden tam otomatik akciğer damar ağacı bölütlemesi yapabilen ve pulmoner tromboemboli tanısı koyabilen yapay zeka uygulaması geliştirilmesi

Diğer Uluslararası Fon Programları, 2021 - 2022

Proje Türü: Diğer Uluslararası Fon Programları
Başlama Tarihi: Ağustos 2021
Bitiş Tarihi: Haziran 2022

Proje Özeti

İlk olarak Aralık 2019’da Vuhan’da ortaya çıkıp kısa sürede tüm dünyaya yayılan, yeni koronavirüs hastalığı (COVID-19), sıklıkla solunum sistemini tutar ve akciğer tutulumu COVID-19 ölümlerinin büyük bir çoğunluğunda görülür. COVID-19 şüpheli olgularda kesin tanıya ulaşmak için RT-PCR testi ve toraks bilgisayarlı tomografi (BT)’si birlikte kullanılır. COVID-19 tanısı amacıyla yapılan BT tetkikleri, intravenöz kontrast madde kullanılmadan, düşük radyasyon dozu ile çekilir.

Pulmoner tromboemboli (PTE), COVID-19 pnömonisi geçiren hastalarda görülme sıklığı %30’a kadar çıkabilen, hayatı tehdit edici riskleri bulunan kötü prognostik faktörlerden biri olup acil tanı ve tedavi gerektirir. Günlük pratikte yaşanan en önemli sorunlardan biri, PTE tanısında kullanılan laboratuvar tetkiki olan kan d-dimer düzeyinin, embolisi olsun veya olmasın, COVID-19 vakalarının büyük çoğunluğunda yükselmesidir. PTE tanısı amacıyla kullanılan diğer bir yöntem olan BT anjiografi ise, COVID-19 tanısında kullanılan BT protokolünün aksine, daha yüksek doz ve intravenöz kontrast madde ile çekilir. Bu da hastanın hem ikinci kez yüksek doz radyasyona maruz kalmasına, hem de nefrotoksik ve allerjen olan iyotlu kontrast madde almasına neden olur.

Bu çalışmanın birincil amacı, COVID-19 tanısı için çekilmiş kontrastsız düşük doz BT görüntülerinden, tam otomatik akciğer damar ağacı bölütlemesi yapabilen, kontrast madde kullanılmış gibi görüntü oluşturabilen ve pulmoner tromboemboli tanısı koyabilen yapay zeka uygulaması geliştirmektir. Geliştirilecek yapay zeka uygulaması, sadece COVID-19 ve PTE hastaları için değil, herhangi bir endikasyon ile çekilen tüm toraks BT tetkikleri için kullanılabilecek olup toraks radyolojisinde kontrast maddeye olan ihtiyacın büyük oranda ortadan kalktığı yeni bir dönem başlatacaktır.

Bu amaçla, çalışmaya Dokuz Eylül Üniversitesi Hastanesi Radyoloji Anabilim Dalında PTE tanısı alan ve 48 içerisinde çekilmiş kontrastlı BT anjiyografi ve kontrastsız düşük doz BT tetkikleri bulunan 100 hasta dahil edilecektir. BT Anjiyografi tetkikleri üzerinde PTE bulunan damar segmentleri, her kesit üzerinde manuel olarak radyolog tarafından etiketlenecektir. Yapay zeka algoritması etiketlenmiş BT anjiyografi görüntüleri ile eğitilecek ve kontrastsız BT tetkikleri ile test edilecek ve performansı ölçülecektir.

9. Araştırmanın önemi, bilime ve uygulamaya yaptığı katkı (güncel literatüre dayalı ve metin içinde kaynak göstererek açıklayınız):

İlk olarak Aralık 2019’da Vuhan’da ortaya çıkıp kısa sürede tüm dünyaya yayılan, SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus-2)’nin insanlarda sebep olduğu yeni koronavirüs hastalığı (COVID-19), asemptomatik seyredebilmekle beraber, hastalık spektrumu basit soğuk algınlığından ölüme dek değişkenlik göstermektedir [1]. Enfeksiyonun belirtileri sıklıkla solunum sisteminde görülmekte olup kardiyovasküler, gastrointestinal, genitoüriner ve santral sinir sisteminde de yaygın semptomlar bildirilmiştir [1].

Akciğer tutulumu COVID-19 ölümlerinin büyük bir çoğunluğunda izlenmektedir [2]. Otopsi serilerinde makroskopik olarak en sık görülen bulgular, akciğer ağırlığında artış ve pulmoner ödem, daha az oranda ise konsolidasyon odaklarıdır [3]. Hastaların bir kısmında ise mikroskobik olarak pulmoner trombus görülmüştür. Bütün otopsi serilerinde COVID-19’un mikroskobik majör bulgusu diffüz alveolar hasar olarak belirtilmiştir [3].

COVID-19'a neden olan SARS-CoV-2 için kesin tanısal test, boğaz sürüntüsünden alınan gerçek zamanlı ters transkriptaz- polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR) testidir ve oldukça spesifiktir [1]. Ancak bu test özellikle hastalığın erken dönemlerinde düşük bir hassasiyete sahiptir (en düşük bildirilen duyarlılık oranı %60-70, en yüksek ise %95-97). RT-PCR testinin diğer bir dezavantajı ise, sonucunun çıkması için geçen sürenin kimi zaman 48 saate kadar uzayabilmesidir. Ayrıca yeterli sayıda test temin edilememesi, pandemi sürecinde yaşanan sorunlardan biridir.

Radyolojik yöntemler, COVID-19 için kesin tanı testi değildir, ancak tanı ve ayırıcı tanıya yardımcı olmaktadır [4]. Akciğer grafisi, COVID-19 tanısında kullanılan ilk tercih radyolojik görüntüleme yöntemi olmakla birlikte tanıda duyarlılığı oldukça düşüktür (%30-60) [5]. Grafinin normal olması, akciğerde pnömoni varlığını dışlamaz [5]. COVID-19 şüpheli olgularda kesin tanıya ulaşmak için RT-PCR testi ve toraks bilgisayarlı tomografi (BT)’si birlikte kullanılmaktadır [4]. BT, tanı sürecini hızlandırmakta ve hastalık yönetimini kolaylaştırmaktadır. Yapılan yayınlarda, bilgisayarlı tomografi tetkiklerinde tutulum gösteren akciğer parankim hacmi ile hastalık prognozu ve mortalite arasında direk ilişki olduğu gösterilmiştir [6].

COVID-19 tanısı amacıyla yapılan bilgisayarlı tomografileri tetkikleri, intravenöz kontrast madde kullanılmadan, düşük radyasyon dozu ile çekilir. British Society of Thoracic Imaging, Fleischner Society ve Radiological Society of North America gibi pek çok önemli topluluk ve güncel literatür, intravenöz kontast maddeye bağlı nefrotoksik etkilerden ve bilgisayarlı tomografinin yaygın kullanımından doğan artmış radyasyon maruziyetinden sakınmak amacıyla bu önerilerde bulunmaktadır.

Pulmoner tromboemboli, akciğer atar damarları içerisinde kan pıhtısı oluşması, dolayısıyla atar damarların tıkanması ile karakterize bir patolojidir. COVID-19 pnömonisi geçiren hastarda pulmoner tromboemboli görülme sıklığının %30 gibi yüksek oranlara kadar çıkabileceğini gösteren yayınlar vardır [7, 8, 10]. COVID-19 hastalarında daha sık karşılaşılan bu patolojinin hayatı tehtid edici riskleri bulunmaktadır [7-9]. Pulmoner tromboenboli varlığı, COVID-19 hastaları için kötü prognostik faktörlerden biri olup acil tanı ve tedavi gerektirmektedir [7-9]. Pulmoner tromboembolisi bulunan COVID-19 hastalarında yoğun bakıma yatış ihtiyacı daha fazladır [9]. Bununla birlikte, zamanında ve uygun tedavi ile emboliye bağlı oluşan akciğer kanaması veya nekroz gelişimi önlenebilir [7-10].

Günlük pratikte yaşanan en önemli sorunlardan biri, pulmoner tromboemboli tanısında kullanılan laboratuvar tetkiki olan kan d-dimer düzeyinin, embolisi olsun veya olmasın, COVID-19 vakalarının büyük çoğunluğunda yükselmesidir [7, 10]. Bu nedenle COVID-19 hastalarında d-dimer bakılması, pulmoner emboli tanısında yetersiz kalmaktadır. Bu grup hastalarda, pulmoner emboli tanısı amacıyla kullanılan diğer bir yöntem olan BT anjiyografi tetkikine baş vurulur [10] (Resim 1). BT anjiyografinin ise, COVID-19 tanısında kullanılan tomografi protokolünün aksine, daha yüksek doz ve intravenöz kontrast madde ile çekilmesi gerekmektedir [11]. Bu amaçla, hastanın damarından verilen ve böbrekler üzerinde toksik (nefrotoksik) olan 100 ml iyotlu kontrast madde kullanılır. Bu durum, hastanın hem ikinci kez tomografi çekilerek daha fazla radyasyona maruz kalmasına, hem de nefrotoksik olan iyotlu kontrast madde almasına neden olmaktadır. İyotlu kontrast madde kullanılması, özellikle diyabeti olan, böbrek fonksiyon bozukluğu olan ve ileri yaştaki hastalarda, geçici veya kalıcı böbrek yetmezliği ile sonuçlanabilir. Ayrıca BT tetkiklerinde kullanılan intravenöz kontrast maddeler, nefrotoksisite dışında cilt döküntüsü, bulantı, kusma, kaşıntı, terleme, baş ağrısı, hafif bronkospazm gibi hafif-orta şiddetli alerjik reaksiyonlara da yol açabilirler [12]. Dahası, tedavi edilmezse ölüm ile sonuçlanan hipotansiyon, bradikardi, şiddetli ödem, ciddi solunum sıkıntısı ve kardiyak arrest ile karakterize anaflaktik şoka neden olabilirler [12].

A picture containing text, control panel

Description automatically generated

Resim 1: A, Kontrast madde kullanılmaksızın elde olunmuş Toraks BT tetkikinin hilus düzeyinden geçen kesitlerinde her iki tarafta pulmoner vasküler yapılar simetrik ve izodens olarak izlenmekte. B, Aynı hastanın aynı gün elde olunan Toraks BT anjiyografi tetkikinde, intravenöz kontrast madde sayesinde sağ pulmoner arter (siyah ok) ve alt lob dalı içerisinde (beyaz ok) dolum defekti oluşturan pulmoner tromboemboliye ait hipodens görünüm izlenmekte. Soda alt loba giden normal pulmoner artere ait kontrastlanma görülmekte (kesikli ok).

Bu çalışmanın birincil amacı, COVID-19 tanısı koymak amacıyla çekilmiş kontrastsız düşük doz bilgisayarlı tomografi görüntülerinden, tam otomatik akciğer damar ağacı bölütlemesi yapabilen ve pulmoner tromboemboli tanısı koyabilen yapay zeka uygulaması geliştirmek, bu sayede emboli tanısı koyabilmek için, nefrotoksik ve allerjen özellik taşıyan kontrast madde ile yapılan ve hastaların ikinci kez radyasyona maruz kalmasına neden olan BT anjiyografi tetkikine olan ihtiyacı ortadan kaldırmaktır.

Son yıllarda, akciğer damar ağacı bölütlemesi yapabilen çeşitli yapay zeka uygulamaları geliştirilmiştir. Bu amaçla geliştirilen uygulamaların büyük çoğunluğu, intravenöz kontrast madde verilerek çekilen BT incelemeleri ile geliştirilmiştir [13, 14, 22, 26]. Bu çalışmanın sonucunda geliştirilecek olan yapay zeka uygulamasının ise, mevcut uygulamalardan farklı olarak, kontrastsız bilgisayarlı tomografi görüntülerini kullanarak akciğer damar ağacı bölütlemesi yapması amaçlanmıştır. Geliştirilecek yapay zeka uygulaması, sadece COVID-19 ve pulmoner tromboemboli hastaları için değil, herhangi bir endikasyon ile çekilen tüm toraks BT tetkikleri için kullanılabilecek olup toraks radyolojisinde kontrast maddeye olan ihtiyacın büyük oranda ortadan kalktığı yeni bir dönem başlatacaktır.

Yapılan Toraks BT veya BT Anjiyografi tetkiklerinde, hastanın yaşına ve kilosuna, kontrast maddenin konsantrasyonuna göre değişken miktarlarda olmakla birlikte, yetişkin hastalarda yaklaşık 100 ml kontrast maddeye (yaklaşık 120-170 TL) ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışma sayesinde toraks BT tetkiklerinde kontrast maddeye olan ihtiyacın azalmasının diğer bir avantajı ise tetkik maliyetini düşürmesidir.

Ayrıca bu çalışmada, toraks BT’de kontrast maddeye olan ihtiyacın azalması dolayısıyla intavenöz kateterizasyona, yani girişimsel işleme olan ihtiyacın da ortadan kalkması hedeflenmiştir. İntravenöz kontrast maddeyi enjekte etmek için çoğu zaman BT ünitesinde görevlendirilmiş hemşire veya radyolog tarafından, genellikle hastanın kolundaki antekübital ven veya el sırtındaki ven düzeyinden damar yolu açılması gereklidir. Kataterize edilen damar yolundan yüksek hız ve basınçla enjekte edilmesi gereken kontrast madde, zaman zaman, özellikle yaşlı hastalarda, kemoterapi alanlarda, periferal venöz hastalıklı bireylerde, diyabet ve derin ven trombozu varlığında ekstravaze olabilmektedir. Böyle durumlarda hastanın farklı bir damarından tekrar kateterizasyonu gereklidir. Kontrast madde kullanımının azalmasıyla hem zaman ve iş gücü kaybını önlemek, hem de hasta konforunu artırmak amaçlanmıştır.