La mia ferita è infetta?

La guarigione delle ferite si ottiene attraverso l’interazione di tre componenti chiave : un insieme di cellule precursori che possono proliferare e differenziarsi in fibroblasti e cheratinociti; neoangiogenesi per ripristinare il flusso sanguigno alla lesione e fornire nutrienti e cellule alla ferita; e un sistema immunitario competente in grado di generare una risposta infiammatoria controllata. Quando questi componenti falliscono, la guarigione della ferita si interrompe e ne risulta una ferita cronica che non guarisce. Le ferite croniche sono caratterizzate dall’arresto della progressione delle fasi di guarigione della ferita, in particolare nella fase infiammatoria.

Le infezioni sono un fattore scatenante comune per lo sviluppo di ferite croniche e complicano la guarigione di quelle ferite che sono già arrestate nella fase infiammatoria. Poiché la pelle e le ferite sono ambienti non sterili , è ampiamente accettato che le infezioni delle ferite si verificano in uno spettro che va dalla contaminazione , colonizzazione , infezione locale e diffusione dell’infezione all’infezione sistemica. Pertanto, una sfida comune per i medici è quella di distinguere tra ferite contaminate e colonizzate e ferite con infezioni locali subdole per fornire un trattamento tempestivo prima che l’infezione diventi un problema più significativo. Sfortunatamente, poiché la sola ispezione clinica ha dimostrato un’accuratezza inferiore al 60% nell’identificazione delle ferite infette, esiste un urgente bisogno di identificare strumenti diagnostici aggiuntivi che possano aiutare a ottenere risultati migliori.

Tradizionalmente, per escludere la presenza di infezioni viene utilizzata una valutazione microbiologica della ferita e delle aree perilesionali. Tuttavia, le colture, le tecniche molecolari e altri risultati diagnostici convenzionali richiedono tempo e talvolta sono inaccessibili e costosi. La termografia a infrarossi (IRT) si è dimostrata promettente come strumento per aiutare a diagnosticare infiammazioni e infezioni nelle ferite e nei disturbi della pelle, poiché i segnali termici IRT hanno mostrato un alto grado di correlazione con i cambiamenti infiammatori nella pelle e i processi di infezioni profonde.

Tuttavia, mentre i cambiamenti termici indicano l’infiammazione come indicatore di infezione, questi cambiamenti non possono essere utilizzati per diagnosticare la presenza di un processo infettivo. Un’altra tecnologia point-of-care che ha mostrato un grande potenziale per identificare sottili processi infettivi è l’uso della luce viola per suscitare la fluorescenza batterica (BF) nelle ferite. Quando nelle ferite sono presenti cariche batteriche <10 4 -10 5 batteri, il BF può essere utilizzato per identificare la loro presenza come segnale rosso per gli organismi produttori di porfirina o come segnale ciano per quei batteri che producono pigmenti pioverdinici, con una precisione di circa 70%. Tuttavia, va notato che BF può identificare solo i batteri presenti sulla superficie delle ferite, poiché questa tecnologia di imaging penetra solo <1,5 mm nei tessuti, quindi qualsiasi contaminazione batterica più profonda o infezioni dovute ad altri agenti, come i funghi. Pertanto, nonostante i risultati promettenti che queste tecnologie hanno dimostrato nella valutazione della presenza di infezioni della ferita, il loro utilizzo da solo presenta carenze significative e l’uso combinato di IRT e BF non è stato esplorato.

Swift Ray 1 (Swift Medical, Toronto, ON) è un nuovo dispositivo di imaging iperspettrale (HSI) point-of-care che consente l’acquisizione di immagini di livello medico tramite smartphone. L’HSI acquisisce un set di dati di immagini multidimensionali (una dimensione per modalità di imaging), chiamato ipercubo , che fornisce informazioni diagnostiche sulla fisiologia, morfologia e composizione dei tessuti. Il dispositivo Ray 1 è dotato di sensori a infrarossi a onda vicina e lunga, sorgenti di luce viola e LED nel campo visibile, che consentono l’acquisizione simultanea di immagini di luce visibile, IRT e BF come un ipercubo. Si integra anche nell’app Swift Skin and Wound (Swift Medical, Toronto, ON), consentendo la misurazione accurata dell’area della ferita, la quantificazione della temperatura e la quantificazione dell’area della fluorescenza. Partendo dall’ipotesi che, attraverso l’analisi dei dati HSI acquisiti con il dispositivo Ray 1, le ferite possano essere classificate come senza risposta infiammatoria associata, con risposta infiammatoria o infette , l’ obiettivo di questo studio è stato quello di analizzare una serie di immagini HSI di pazienti da determinare se ci sono differenze nelle immagini tra ferite infette e non infette.

Sfondo

I segni e sintomi clinici (CSS) dell’infezione sono una parte standard della cura delle ferite, tuttavia possono avere una bassa specificità e sensibilità , che può variare ulteriormente a causa della conoscenza, dell’esperienza e della formazione del medico. La fotografia delle ferite viene sempre più adottata per supportare la cura delle ferite. La termografia è stata studiata nella letteratura medica per decenni per valutare i segni di perfusione e infiammazione. La fluorescenza batterica è recentemente emersa come uno strumento prezioso per rilevare un’elevata carica batterica nelle ferite. La combinazione di queste modalità offre un potenziale strumento di rilevamento oggettivo per l’infezione della ferita.

Metodi:

Uno studio prospettico multicentrico su 66 pazienti ambulatoriali sottoposti a cura delle ferite ha utilizzato l’imaging iperspettrale per raccogliere immagini di luce visibile, termografia e fluorescenza batterica. Le ferite sono state valutate ed esaminate utilizzando la lista di controllo dell’International Wound Infection Institute (IWII) per la CSS di infezione. Sulle immagini è stata eseguita l’analisi delle componenti principali per identificare le ferite che si presentavano come infette, infiammate o non infette.

Risultati:

Il modello è stato in grado di prevedere con precisione tutte e tre le classi di ferite ( infette, infiammate e non infette ) con una precisione del 74%. Hanno ottenuto risultati migliori nelle ferite infette (sensibilità del 100% e specificità del 91%) rispetto alle ferite non infiammate (sensibilità del 94%, specificità del 70%) e infiammate (sensibilità dell’85%, specificità del 77%).

Figura Il dispositivo di imaging iperspettrale Ray 1. Il dispositivo di imaging Ray 1 è una fotocamera iperspettrale tascabile progettata per adattarsi all’obiettivo della fotocamera di uno smartphone e connettersi in modalità wireless all’app Skin and Wound di Swift Medical. Una volta connessa, la telecamera consente l’acquisizione simultanea di: immagini a luce visibile che possono essere utilizzate per l’ispezione clinica, la misurazione dell’area della ferita e l’identificazione automatizzata dei tipi di tessuto presenti nella ferita; immagini termiche all’infrarosso per la valutazione dei pattern vascolari e infiammatori; e immagini di fluorescenza batterica per la valutazione della carica biologica batterica nelle ferite, come nella vignetta presentata in fondo alla figura .

Discussione:

La combinazione di più modalità di imaging consente l’applicazione di modelli per migliorare la valutazione della ferita. Il rilevamento delle infezioni utilizzando segni e sintomi clinici (CSS) è vulnerabile all’interpretazione soggettiva e alla variabilità a seconda dell’istruzione e delle competenze dei medici.

Consentire ai medici di utilizzare l’imaging iperspettrale presso il punto di cura può consentire il rilevamento e l’intervento tempestivo delle infezioni, prevenendo eventualmente ritardi nella guarigione delle ferite e riducendo al minimo gli eventi avversi.

Commenti

È molto difficile per i medici identificare una ferita che si sta infettando. I segni e i sintomi clinici sono imprecisi e i metodi per identificare i batteri possono essere lunghi e inaccessibili, quindi la diagnosi può essere soggettiva e dipendere dall’esperienza del medico. Ma l’infezione può smettere di guarire o diffondersi nell’organismo se non trattata rapidamente, mettendo seriamente in pericolo la salute del paziente. Un team internazionale di scienziati e medici ritiene di avere la soluzione: un dispositivo che viene eseguito da un’app per smartphone o tablet, consentendo l’imaging avanzato di una ferita per identificare un’infezione.

"La cura delle ferite è una delle minacce più costose e trascurate per i pazienti e per il nostro sistema sanitario nel suo complesso", ha affermato Robert Fraser della Western University e Swift Medical Inc., autore corrispondente dello studio pubblicato su Frontiers in Medicine . "I medici hanno bisogno di strumenti e dati migliori per curare meglio i loro pazienti che soffrono inutilmente."

Fare luce sugli infortuni

Gli scienziati hanno sviluppato un dispositivo chiamato Swift Ray in grado di connettersi a uno smartphone e al software Swift Skin and Wound . Questo può scattare fotografie di livello medico, immagini di termografia a infrarossi (che misurano il calore corporeo) e immagini di fluorescenza batterica (che rivelano i batteri utilizzando la luce viola).

Nessuna di queste immagini sarebbe sufficiente da sola per identificare un’infezione. L’ispezione clinica ha una bassa precisione, così come la termografia che misura i cambiamenti di calore causati da infiammazioni e infezioni. La fluorescenza batterica può osservare solo la superficie di una ferita, che è naturalmente contaminata da batteri, quindi sono necessari metodi aggiuntivi per distinguere tra contaminazione e ferita infetta.

"La ricerca ha dimostrato che l’imaging batterico aiuta a guidare il lavoro dei medici per rimuovere i tessuti non vitali, ma non può identificare da solo l’infezione", ha spiegato il dottor José Ramírez-García Luna del Centro Sanitario dell’Università McGill, primo autore dello studio. . "La termografia fornisce informazioni sui cambiamenti infiammatori e circolatori che si verificano sotto la pelle."

Gli scienziati hanno cercato di combinare queste modalità per creare un metodo che non richiedesse molteplici dispositivi costosi, superasse i punti deboli di ciascun metodo di imaging e potesse fornire una misura oggettiva della guarigione delle ferite.

Per testare il loro dispositivo, hanno reclutato 66 pazienti feriti. Le loro ferite non mostravano segni di ulteriore diffusione dell’infezione, non contenevano corpi estranei e non erano state precedentemente trattate con antibiotici o fattori di crescita. Le ferite dei pazienti sono state scoperte, pulite e asciugate prima dell’imaging e quindi curate come al solito.

Un’immagine di salute

Le immagini sono state esaminate da un investigatore che non era presente al processo di cura della ferita. Sono stati identificati quattro modelli.

Le ferite che non erano più calde della pelle sana e non presentavano fluorescenza batterica erano considerate "non infiammate ", mentre le ferite che erano leggermente più calde della pelle sana e presentavano una fluorescenza batterica assente o lieve erano considerate "infiammate". Gli ultimi due modelli (ferite sostanzialmente più calde, con o senza fluorescenza batterica) furono designati come "infette ", perché tutti i medici che avevano esaminato queste ferite le avevano considerate infette .

Delle 66 ferite, 20 erano considerate non infiammate, 26 infiammate e 20 infette.

I ricercatori hanno eseguito un’analisi delle componenti principali e utilizzato un algoritmo per vedere se un modello di apprendimento automatico potesse identificare con precisione queste diverse categorie di ferite. Hanno scoperto che il modello poteva identificarli tutti e tre molto bene, con una precisione complessiva del 74%. Nel distinguere tra ferite infette e non infette , il modello ha identificato correttamente il 100% delle ferite infette e il 91% delle ferite non infette.

Un nuovo strumento nella valigetta

I ricercatori hanno notato che le immagini dovrebbero sempre essere considerate nel loro contesto medico . Ad esempio, una ferita sufficientemente fredda da essere classificata come non infiammata potrebbe avere un apporto di sangue limitato, compromettendo la guarigione.

Ma poiché Swift Ray combinato con il software Swift Skin and Wound consente ai medici di combinare più modalità di identificazione delle infezioni, aumenta gli strumenti disponibili senza richiedere l’uso di più dispositivi costosi. In futuro, potrebbe consentire di garantire una diagnosi rapida e accurata per ogni paziente ferito e consentire valutazioni di telemedicina più efficaci.

"Si trattava di uno studio pilota e sono previsti studi di follow-up", ha avvertito Fraser. "In futuro, le popolazioni di pazienti con più tipi di ferite dovranno essere validate tra le popolazioni."