CC BY
1
ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ
DOI: 10.21045/1811-0185-2024-10-63-72 УДК: 616.24-007.63
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПАНДЕМИИ C□VI□-^Э НА РАСПРОСТРАНЁННОСТЬ ЭМФИЗЕМЫ ПО ДАННЫМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
Л.Н. Арзамасова 1 : , Ю.А. Васильев 1, А.В. Владзимирский 1, К.М. Арзамасов 1
1 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы «Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы», г. Москва, Россия. Арзамасова Л.Н. https://orcid.org/0009-0001-5695-3682;
http://orcid.org/0000-0002-5283-5961; http://orcid.org/0000-0002-2990-7736; http://orcid.org/0000-0001-7786-0349.
И Автор для корреспонденции: Арзамасова Л.Н.
Васильев Ю.А. Владзимирский А. Арзамасов К.М.
АННОТАЦИЯ
Болезни органов дыхания - это наиболее распространенный класс болезней в Российской Федерации, занимающий в структуре общей заболеваемости, по данным разных авторов до 25,0%. По мнению ряда авторов, доля пациентов с хронической обструктивной болезнью легких с эмфиземой в последнее время увеличивается. Одна из причин увеличения доли пациентов с эмфиземой - перенесенный COVID-19. Целью данного исследования является анализ изменения заболеваемости эмфиземы до, во время и после пандемии COVID-19.
Материалы и методы. В исследование вошли результаты компьютерной томографии (КТ) органов грудной клетки, обработанные программным обеспечением на основе технологии искусственного интеллекта, позволяющие оценить объем эмфизематозного поражения легочной ткани. Сформирована выборка пациентов по четырем периодам: «доковидный период» - 625 исследований, «ковидный период» - 6809, «постковидный 2023» - 101872 и «постковидный 2024» - 78539. Результаты. Доля исследований с эмфиземой в доковидный период составила 5,60%, в ковидный период увеличилась до 9,37%, в первый постковидный год (2023 г.) - 6,63%, во второй (2024 г.) - 7,67%. При попарном сравнении процента поражения получены статистически значимые различия в 2022, 2023 и 2024 годах, причем если группировать по категориям, значимая эмфизема (>6% поражения) выше в 2024 году (25,79% средний процент поражения в этой группе). Выводы. Наше исследование подтверждает значительное увеличение случаев эмфиземы в популяции в последние годы, что может быть связано с воздействием пандемии COVID-19. Доля пациентов с признаками эмфиземы в 2024 году составила 7,67%, что на 1% больше, чем было в 2023 году.
Ключевые слова: эмфизема, ХОБЛ, искусственный интеллект, компьютерная томография.
Для цитирования: Арзамасова Л.Н., Васильев Ю.А., Владзимирский А.В., Арзамасов К.М. Оценка влияния пандемии COVID-19 на распространённость эмфиземы по данным компьютерной томографии с применением технологии искусственного интеллекта. Менеджер здравоохранения. 2024; 10:63-72. DOI: 10.21045/1811-0185-2024-10-63-72
«КС
Введение
, мфизема является серьезным синдромом, вызванным преимущественно хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ). Для эмфиземы характерно разрушение стенок альвеол, необратимое увеличение воздушного пространства дистальнее терминальных бронхов, приводящее к ухудшению дыхательной функции. В течение последних десятилетий, до пандемии COVID-19, исследования популяционных групп
показали устойчивый рост случаев эмфиземы, что связано с увеличением заболеваемости ХОБЛ на фоне курения, профессиональных вредностей и загрязнения воздуха [1-4].
Согласно последнему популяционному исследованию, проведенному на данных 116216 компьютерных томограмм (КТ) за период с октября 2022 г. по июнь 2023 г., распространенность эмфиземы возросла и составила 6,9% [5]. Одной из причин существенного роста заболеваемости могла стать
© Арзамасова Л.Н, Васильев Ю.А, Владзимирский А.В., Арзамасов К.М, 2024 г.
№ 10 Manager /Менеджер
2024 Zdravoochranenia / здравоохранения
пандемия COVID-19. Пандемия COVID-19, начавшаяся в 2020 году, внесла значительные изменения в заболеваемость и смертность среди пациентов с хроническими заболеваниями легких, включая эмфизему и ХОБЛ. Пациенты с ХОБЛ и эмфиземой показали ухудшение исходов при инфицировании COVID-19, что было обусловлено хроническим воспалением легких и другими факторами [6]. Было показано, что пациенты с этими заболеваниями имеют повышенные уровни ангиотензинпрев-ращающего фермента 2 (АСЕ2), который служит рецептором для SARS-CoV-2, что может усиливать патогенность вируса [6].
После пандемии долгосрочные последствия COVID-19 включают увеличение случаев эмфиземы, выявленной при последующих компьютерных томографиях пациентов, перенесших COVID-19 [7]. Такие данные подчеркивают необходимость дальнейшего изучения влияния пандемии на хронические заболевания легких и разработку эффективных стратегий лечения и профилактики.
Диагностика эмфиземы легких включает использование различных инструментальных методов, позволяющих оценить структурные и функциональные изменения в легких. Основные методы диагностики включают рентгенографию, компьютерную томографию (КТ). В период пандемии COVID-19 КТ стало основным методом определения объема поражения легких [8]. Компьютерная томография, обладая высокой разрешающей способностью, позволяет получить детализированные изображения структуры легких, что является критически важным для выявления и оценки степени эмфиземы [9,10]. Оценка эмфиземы по данным КТ является трудоемкой задачей и требует применения специализированных инструментов (программное обеспечение). Инновационным подходом к анализу данных КТ стало применение технологий искусственного интеллекта (ТИИ) [5,11-14]. Использование ТИИ позволяет избежать субъективных ошибок, которые могут возникнуть при визуальной оценке врачом-рентгенологом, а также ускорить процесс оценки объема поражения. Сочетание факторов большого объема проведенных КТ-исследований, наличие инструментария автоматизированной количественной оценки эмфиземы позволяет провести сравнительный анализ частоты встречаемости эмфиземы до, во время и после пандемии COVID-19.
Таким образом, целью данного исследования является анализ изменения заболеваемости эмфиземы до, во время и после пандемии COVID-19.
Методы
Для данного исследования были проанализированы КТ-исследования, выполненные в медицинских организациях, подведомственных Департаменту Здравоохранения города Москвы (ДЗМ) и загруженные в Единый радиологический информационный сервис (ЕРИС). Само исследование выполнено в рамках научного проекта «Эксперимент по использованию инновационных технологий в области компьютерного зрения для анализа медицинских изображений и их дальнейшего применения в системе здравоохранения города Москвы» (далее - Московский Эксперимент), который проводится с 2020 года при поддержке Правительства Москвы (mosmed.ai) [15].
Соответствие принципам этики: исследование проведено на базе одобренного Комитетом по этике и зарегистрированном в исследовании ClinicalTrials (NCT04489992).
Дизайн исследования представляет собой ретроспективное описательное эпидемиологическое исследование, охватывающее четыре периода:
1. Доковидный период. В этот период вошли исследования, выполненные в период до 2019 года. Случайным образом были отобраны исследования, проведенные в 2016 году. Всего 625 исследований, которые в ретроспективном режиме были направлены на ИИ-сервис и успешно обработаны им.
2. Ковидный период. Официальное окончание пандемии COVID-19 было объявлено Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) 5 мая 2023 года, когда ВОЗ заявила, что COVID-19 больше не представляет собой глобальную чрезвычайную ситуацию в области общественного здравоохранения[16]. Для оценки этого периода мы взяли результаты КТ-исследований, выполненных в период октябрь 2022 г. - декабрь 2022 г.
3. Постковидный период 2023. Период охватывает исследования, выполненные с июля 2023 г. по декабрь 2023 г.
4. Постковидный период 2024. Период охватывает исследования, выполненные с января 2024 г. по май 2024 г.
Далее по тексту данные периоды будут наименованы по годам.
Все исследования в соответствии с процедурами Московского Эксперимента [15] направлялись в ИИ-сервис для автоматизированного анализа. В качестве ИИ-сервиса выступало программное обеспечение «EmphysemalRA», в том числе в составе комплексного ИИ-сервиса «Chest-IRA» (ООО «Ин-теллиджент радиолоджи ассистанс лабораторис
Менеджер / Manager № 10
здравоохранения / ZdrevoochrBnenie 2024 *
Уплотнен и« легочной паренхимы Эифиэека Плевральный выпот
С права в в ерхней, средней, нижней Слева в верхней, нижней долях Образование 14x1 Змм (894ммЗ) Левое лёгкое ; 32 % »0 % не выявлено
Расширение аорты Восходящая 39 мм (норма) Н иск. грудная 34 ы и (дилатаци я > Брюшная 26 мм (¿шатания) Лёгочный ствол Диаметр 29 mi Л'А индекс 0 (расширен) |.763 (норма) Коронарный кальций Индекс Агатстона 167 Парахардиальный жир Объем 509 мл (повышен)
I Лимфатические Узлы Увеличенных внутригрудныхл'у неопределяется. Патологии ребер Справа: 6; Остеолороз Макс, деформация 23.0% (ТЫ2) Мин. платность 63 HU (ТТЛ2)
• V
* IRA LABS
Chest-IRA v6.0.1(H)7-2024 11:14
Рис. 1. Компьютерная томография органов грудной клетки, обработанная комплексным ИИ-сервисом «Chest-IRA». Оранжевые контуры -наличие признаков нарушений воздушности легочной ткани. Процент поражения правого лёгкого 40%, левого лёгкого - 32%, обоих лёгких - 34%
(АЙРА Лабс)»). Высокая диагностическая точность используемого ИИ-сервиса подтверждена в рамках Московского Эксперимента: площадь под характеристической кривой (АиС) составила 0,99 (95% ДИ 0,98-1,0), что демонстрирует высокую надежность автоматизированного анализа для эпидемиологических исследований. Сервис представляет результат в виде дополнительной графической серии с обозначением локализации выявленных эмфизематозных изменений и текстовой серии в формате DICOM SR с описанием выявленных изменений. Пример работы ИИ-сервиса представлен на рис. 1.
ИИ-сервис представляет следующие параметры: процент эмфиземы в обоих легких, процент эмфиземы в левом легком, процент эмфиземы в правом легком. Критерием включения КТ в исследование являлось обязательное наличие результатов работы ИИ-сервиса. Общее количество исследований - 187 845. Распределение по группам: «до-ковидный период» - 625 исследований, «ковидный период» - 6809, «постковидный 2023» - 101872 и «постковидный 2024» - 78539.
В анализ включены данные об общем проценте эмфиземы в обоих легких. В случае отсутствия эмфиземы ИИ-сервис возвращал 0% эмфиземы. В случае обнаружения признаков эмфиземы - процент поражения. Использовалась следующая градация эмфизематозных изменений: до 6% включительно -низкая выраженность и более 6% - значимая эмфизема [9]. Для каждого из параметров рассчитывали
показатели описательной статистики и выполняли визуализацию данных. Все показатели рассчитывались как для всех градаций процента наличия эмфиземы, так и с учетом градаций на классы. Дальнейшая статистическая обработка проводилась с использованием теста Краскела-Уоллиса и попарного теста Манна-Уитни. Статистически значимая разница принималась при р^а!ие меньше 0,05.
Патологическая пораженность эмфиземой рассчитывалась по формуле:
Патологическая пораженность =
число пациентов с выявленной эмфиземой
число обследованных
*1000.
Результаты
Результаты анализа КТ-исследований ИИ-сервисом с разбивкой по годам представлены в таблице 1.
В проведенном популяционном исследовании была установлена (для населения г. Москвы) патологическая пораженность эмфиземой легких: 76,7 человек на 1000 человек по состоянию на 2024 г. При этом клинически значимая эмфизема (>6%) была выявлена у 30,2 человек на 1000, а незначимая (<6%) - у 46,5 человек на 1000.
В 2016 году значения процентов эмфиземы были значительно ниже по сравнению с последующими годами. В 2022 году, во время пандемии наблюдается максимальный средний процент поражения
Таблица 1
Частота встречаемости эмфиземы легких по годам
Год 2016 2022 2023 2024
Количество исследований 625 6809 101872 78539
Количество исследований без эмфиземы, % 590 94,40% 6171 90,63% 95081 93,33% 72518 92,33%
Количество исследований с незначительной эмфиземой (<6%), % 24 3,84% 271 3,98% 4681 4,59% 3650 4,65%
Количество исследований с значительной эмфиземой (>6%), % 11 1,76% 367 5,39% 2110 2,07% 2371 3,02%
Средний % эмфиземы по двум лёгким 0,29±1,62 1,18±5,43 0,45±2,94 0,88±5,45
Медианный % эмфиземы по двум лёгким* 3,0 9,0 3,0 4,0
Максимальный % поражения обоих лёгких 17 77 82 86
Средний %, левое легкое 0,31±1,77 1,19±5,61 0,45±2,99 0,86±5,47
Максимальный %, левое легкое 19 100 83 89
Средний %, правое легкое 0,28±1,58 1,18±5,43 0,46±3,06 0,91±5,55
Максимальный %, правое легкое 16 71 82 87
*- исключая группу исследований с 0% эмфиземы.
лёгких. Для оценки наличия статистически значимых различий между процентами эмфиземы в обоих легких для различных лет (2016, 2022, 2023 и 2024) использовался непараметрический тест Краскела-Уоллиса. Результаты теста Краскела-Уоллиса (после исключения нулевых значений) показали: статистика теста 238,73, р-уа1ие <0,0001. Поскольку р-уа1ие значительно меньше уровня значимости 0,05, то отвергается гипотеза о том, что распределения процентов эмфиземы в обоих легких в различные годы (2016, 2022, 2023 и 2024) одинаковы, напротив, это указывает на наличие статистически значимых различий между процентами эмфиземы в различные годы. Так, динамика доли пациентов с эмфиземой сначала увеличилась в 2022 г., достигнув максимума 9,27% пациентов (см. таблица 1), далее в 2022 г. сократилась до 6,67% и снова увеличилась в 2024 г. (7,67%).
Для попарного сравнения по годам используем метод Манна-Уитни (таблица 2), который подходит для непараметрических данных. Проведем тест Манна-Уитни для каждой пары годов: 2016 vs 2022, 2016 vs 2023, 2016 vs 2024, 2022 vs 2023, 2022 vs 2024 и 2023 vs 2024.
Результаты в таблице 2 указывают на значительные различия в проценте поражения эмфиземой между 2022 годом и другими, при этом статистически значимой разницы между данными 2016 и 2023, 2024 годами не получено. Отмечается наличие статистически значимых расхождений по процентам поражения в 2023 и 2024 гг.
На рис. 2 представлены различия в проценте поражения эмфиземой в обоих легких для 2016, 2022, 2023 и 2024 годов.
Таблица 2
Результаты попарного сравнения процентов эмфизематозного поражения легких
в зависимости от периода
Попарное сравнение годов Статистика Манна-Уитни р-уо!ие
2016 vs 2022 7089 0,0003
2016 vs 2023 117273 0,8909
2016 vs 2024 92326,5 0,2003
2022 vs 2023 2865290 <0,0001
2022 vs 2024 2266426 <0,0001
2023 vs 2024 18264189 <0,0001
Примечание. Жирным шрифтом выделены пары годов, в которых отмечается статистически значимое различие по процентам поражения.
Менеджер / Мапедег № 10
здравоохранения / 2с1гт\/оосЬгвпвп'1в 2024 а
Рис. 2. Процент эмфизематозного поражения легких в зависимости от года
В 2022, 2023 и 2024 годах отмечаются отдельные «выбросы» — исследования с эмфизематозным поражением легких более 40%.
Разделение пациентов по группам с учетом категории поражения легких (значимой и незначимой эмфиземой) и по годам представлены в таблице 3.
Представленные в таблице 3 данные указывают, что среднее значение поражения при
незначительной эмфиземе находится на уровне 2—2,5% во всех годах. Среднее значение для значимой эмфиземы имеет значительные различия между годами, причем в 2024 году наблюдается самый высокий средний процент эмфиземы (25,79%). Полученные данные (см. таблицу 3) указывают на незначительные колебания доли пациентов с незначительной эмфиземой в 2016-2022 гг. (3,84-3,98%),
Таблица 3
Распределение исследований по группам
Год Категория Количество исследований Доля исследований, % (95% ДИ) Среднее, % Медиана % Максимальный %
Без патологии 590 0,00 0,00 0,00
2016 Незначимая эмфизема 24 3,84 (2,33-5,35) 2,42±1,64 2,00 6,00
Значимая эмфизема 11 1,76 (0,73-2,79) 11,18±3,28 11,00 17,00
Без патологии 6171 0,00 0,00 0,00
2022 Незначимая эмфизема 271 3,98 (3,52-4,44) 2,52±1,56 2,00 6,00
Значимая эмфизема 367 5,39 (4,85-5,93) 20,07±12,81 16,00 77,00
Без патологии 95081 0,00 0,00 0,00
2023 Незначимая эмфизема 4681 4,60 (4,47-4,72) 2,33±1,56 2,00 6,00
Значимая эмфизема 2110 2,07 (1,98-2,16) 16,78±11,36 13,00 82,00
Без патологии 72518 0,00 0,00 0,00
2024 Незначимая эмфизема 3650 4,65 (4,50-4,79) 2,27±1,55 2,00 6,00
Значимая эмфизема 2371 3,02 (2,90-3,14) 25,79±18,20 20,00 86,00
Таблица 4
Результаты теста Манна-Уитни для попарного сопоставления годов по процентам поражения эмфиземой. Жирным шрифтом выделены статистически значимые различия
Категория Сопоставление Разница в % поражения, % (95% ДИ) Статистика Манна-Уитни р-уо!ие
2016 vs 2022 -0.14 (-1,74, 1,46) 3070,5 0,6402
2016 vs 2023 -0,75 (-2,40, 0,89) 57369,5 0,8494
Незначимая 2016 vs 2024 -0,81 (-2,46, 0,85) 45807 0,6808
эмфизема 2022 vs 2023 -0,61 (-1,13, -0,10) 688100,5 0,0134
2022 vs 2024 -0,67 (-1,19, -0,15) 549682,5 0,0012
2023 vs 2024 -0,05 (-0,25, 0,14) 8766890 0,0297
2016 vs 2022 -3,63 (-5,43, -1,83) 1037,5 0,0060
2016 vs 2023 -0,31 (-1,43, 0,81) 8412,5 0,1144
Значимая 2016 vs 2024 -1,26 (-2,60, 0,09) 6369,5 0,0034
эмфизема 2022 vs 2023 3,32 (2,95, 3,68) 459262 <0,0001
2022 vs 2024 2,37 (1,93, 2,81) 377193,5 <0,0001
2023 vs 2024 -0,95 (-1,09, -0,80) 1795800 <0,0001
затем значимый рост до 4,60-4,65 (2023-2024 гг). При этом колебания доли пациентов с незначимой эмфиземой в 2023-2024 незначительные. Для пациентов со значимой эмфиземой дианамика доли пациентов повторяла кривую с рис. 2 (см. таблицу 3). Таким образом, показатель заболеваемости эмфиземой по группам статистически значимо различается между 2022, 2023 и 2024 г.
Далее рассмотрим динамику разницы поражения. Для группы «Значимая эмфизема»: статистика 277,97, р-уа1ие: <0,0001, что также указывает на наличие статистически значимых различий между годами для этой категории. Для попарного сравнения по годам в каждой категории (незначимая эмфизема и значимая эмфизема) используем тест Манна-Уитни (таблица 4).
Ранее в таблице 2 представлены значительные различия в проценте поражения и отсутствие статистически значимой разницы между процентами поражения в 2022 и остальными годами, а также 2023 и 2024 годами. Однако при разделении эмфиземы по значимости поражения была также получена статистически значимая разница для значимой эмфиземы в 2016 и 2024 гг. Также результаты (таблица 4) указывают на наличие статистически значимых различий в проценте эмфиземы между некоторыми парами годов в категориях «Незначимая эмфизема» и «Значимая эмфизема». Примечательно, между 2016 годом и другими годами
(за исключением 2024 г.) статистически значимых различий не выявлено.
Обсуждение
Наше исследование основано на данных, полученных при проведении КТ во всех медицинских организациях, подведомственных Департаменту здравоохранения города Москвы, а количество исследований, исчисляемое десятками тысяч в 2023 и 2024, позволяет с полной уверенностью говорить о нём как о популяционном. В 2024 году была установлена патологическая пораженность клинически значимой эмфиземой на уровне 30,2 на 1000 человек, при этом клинически незначимая (поражение лёгких < 6%) встречается более чем на 50% чаще, чем значимое поражение - 46,5 на 1000. Необходимо отметить, что клинически незначимая эмфизема в отдаленном периоде перейдет в клинически значимую. Результаты нашего попу-ляционного исследования показывают значительное увеличение процента эмфиземы среди населения г. Москвы в последние годы, особенно после пандемии COVID-19. Эти результаты согласуются с ранее опубликованными данными, указывающими на ухудшение состояния легких у пациентов с хроническими заболеваниями дыхательной системы, включая эмфизему и ХОБЛ, во время и после пандемии. Отличительной особенностью настоящего исследования является ретроспективный анализ
Менеджер / Мападег № 10
здравоохранения / 2с1гв\/оосЬгвпеп'1в 2024 а
группы пациентов до ковидного периода. Малый по сравнению с остальными периодами объем выборки (625 исследований, обработанных ИИ-сервисом) обусловлен ограничением ИИ-сервиса при анализе ретроспективных данных. Обработка исследований в остальные периоды велась в проспективном режиме, т.е. в режиме реального времени, предоставляя врачу-рентгенологу результаты анализа.
Пандемия COVID-19 оказала значительное влияние на здоровье легких, как это было показано в нашем исследовании и подтверждено другими исследованиями. Вирус SARS-CoV-2 использует ангиотензинпревращающий фермент 2 (АСЕ2) для проникновения в клетки, что может усиливать воспалительный процесс у пациентов с уже существующими заболеваниями легких, такими как эмфизема и ХОБЛ. Исследования показали, что у пациентов с ХОБЛ и эмфиземой, инфицированных COVID-19, наблюдаются худшие исходы, включая повышенную смертность и длительные госпитализации [6,7,17]. Ряд зарубежных исследований демонстрирует, что пациенты с эмфиземой и COVID-19 имели худшие клинические исходы по сравнению с пациентами без эмфиземы [18-20].
Наши данные показали статистически значимые различия в процентах эмфиземы между временными периодами, однако это, отчасти, было обусловлено большим объемом выборки для анализа, при этом с клинической точки зрения увеличение процента эмфиземы до 2% внутри одной группы не имеет большого значения. Вместе с тем, одной из задач нашего исследования была оценка доли пациентов с эмфиземой. Максимальная доля пациентов с эмфизематозным поражением приходится на 2022, а с 2023 года доля пациентов с эмфиземой снижается, однако в 2024 году мы снова наблюдаем статистически значимое увеличение доли пациентов с эмфиземой по сравнению с 2023 годом, что может быть следствием перенесенного COVID-19 [21]. Обращает внимание и непрерывное статистически значимое увеличение пациентов с незначимой эмфиземой, так как при прогресси-ровании заболевания эмфизема станет значимой. Это вызывает озабоченность и указывает на необходимость дальнейшего изучения. Кроме того, пандемия могла повлиять на ухудшение состояния легких через ограничение доступа к медицинской помощи, ухудшение локального микроклимата (качества воздуха) из-за увеличенного использования дезинфицирующих средств и изменения в образе
жизни, такие как увеличение курения и снижение физической активности [22-24]. Эти факторы могли способствовать увеличению случаев эмфиземы в последние годы. Исследование, проведенное в Швеции, показало, что пандемия значительно повлияла на образ жизни и здоровье населения, что также могло отразиться на увеличении случаев эмфиземы [22].
Наши результаты подчеркивают необходимость дальнейших исследований для определения долгосрочных последствий пандемии COVID-19 для пациентов с хроническими заболеваниями легких. Необходимы мультидисциплинарные исследования, которые позволят понять патологические механизмы, которые влияют на развитие и прогрессирова-ние эмфиземы, и разработать эффективные стратегии лечения и профилактики.
Выводы
Таким образом, наше исследование подтверждает значительное увеличение случаев эмфиземы в популяции в последние годы, что может быть связано с воздействием пандемии COVID-19. Доля пациентов с признаками эмфиземы с 2016 года по 2024 год увеличилось на 2,07% и составила 7,67%, что на 1% больше, чем было 2023 году. Отмечающийся непрерывный рост пациентов с незначительной эмфиземой указывает на необходимость динамического наблюдения за ними, для оценки про-грессирования патологии и своевременного оказания необходимой медицинской помощи. Результаты исследования подчеркивают необходимость дальнейшего изучения для понимания патологических механизмов возникновения и прогрессирования эмфиземы и борьбы с последствиями пандемии.
Финансирование
Данная статья подготовлена авторским коллективом в рамках НИР «Научные методологии устойчивого развития технологий искусственного интеллекта в медицинской диагностике», (№ ЕГИСУ: № 123031500004-5) в соответствии с Приказом от 21.12.2022 г. № 1196 «Об утверждении государственных заданий, финансовое обеспечение которых осуществляется за счет средств бюджета города Москвы государственным бюджетным (автономным) учреждениям, подведомственным Департаменту здравоохранения города Москвы, на 2023 год и плановый период 2024 и 2025 годов» Департамента здравоохранения города Москвы.
С
#мс
№ 10 Мападег /Менеджер
2024 2с1гв\/оосЬгвпвп1в / здравоохранения
Funding
This paper was prepared by a group of authors as a part of the research and development effort titled "Evidence-based methodologies for sustainable development of artificial intelligence in medical imaging" (USIS No. 123031500004-5) in accordance with the Order No. 1196 dated
December 21, 2022 «On approval of state assignments funded by means of allocations from the budget of the city of Moscow to the state budgetary (autonomous) institutions subordinate to the Moscow Health Care Department, for 2023 and the planned period of 2024 and 2025» issued by the Moscow Health Care Department.
1. AgustH A. et al. Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease 2023 Report: GOLD Executive Summary // European Respiratory Journal. 2023. Vol. 61, № 4. P. 2300239.
2. Кураева В.М., Фейгинова С.И., Подчернина А.М. Анализ показателей заболеваемости по классу болезней органов дыхания взрослого населения города Москвы и Российской Федерации. Здоровье мегаполиса. 2022. Т. 3. № 1. С. 6-15.
3. Погорелов А.Р., Рябинина Л.И., Захарова О.М. География бронхолегочной заболеваемости населения в регионах России: мониторинг 2010-2019 годов. ИнтерКарто. ИнтерГИС. 2022. Т. 28. № 2. С. 298-310.
4. Tashkin D. Smoking Cessation in Chronic Obstructive Pulmonary Disease // Semin Respir Crit Care Med. 2015. Vol. 36, № 04. P. 491-507.
5. Васильев Ю.А., Гончарова И.В., Владзимирский А.В., Арзамасов К.М., Пестренин Л.Д. Популяционное исследование эмфизематозных изменений легких у населения г. Москвы методом автоматизированного анализа результатов лучевых исследований. Менеджер здравоохранения. 2023; 9:23-36.
6. Puebla Neira D.A. et al. Outcomes of Patients with COPD Hospitalized for Coronavirus Disease 2019 // Chronic Obstructive Pulmonary Diseases: Journal of the COPD Foundation. 2021. Vol. 8, № 4. P. 517-527.
7. Celik E. et al. Quantitative determination of pulmonary emphysema in follow-up LD-CTs of patients with COVID-19 infection // PLoS One. 2022. Vol. 17, № 2. P. e0263261.
8. Ojha V. et al. CT in coronavirus disease 2019 (COVID-19): a systematic review of chest CT findings in 4410 adult patients // Eur Radiol. 2020. Vol. 30, № 11. P. 6129-6138.
9. Lynch D.A. et al. CT-Definable Subtypes of Chronic Obstructive Pulmonary Disease: A Statement of the Fleischner Society // Radiology. 2015. Vol. 277, № 1. P. 192-205.
10. Barr Copdg.C.W.G.R.G. et al. A Combined Pulmonary-Radiology Workshop for Visual Evaluation of COPD: Study Design, Chest CT Findings and Concordance with Quantitative Evaluation // COPD: Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease. 2012. Vol. 9, № 2. P. 151-159.
11. Griva N.A., Gavrilov P.V., Sokolovich E.G. AI-based Quantification of Lung Emphysema and its Correlation with Lung Function Test Results (Literature Review) // Radiology - Practice. 2021. № 6. P. 43-54.
12. Yeom J.-A. et al. Emphysema Quantification Using Ultra-Low-Dose Chest CT: Efficacy of Deep Learning-Based Image Reconstruction // Medicina (B Aires). 2022. Vol. 58, № 7. P. 939.
13. Fischer A.M. et al. Comparison of Artificial Intelligence-Based Fully Automatic Chest CT Emphysema Quantification to Pulmonary Function Testing // American Journal of Roentgenology. 2020. Vol. 214, № 5. P. 1065-1071.
14. Ferri F. et al. Pulmonary emphysema quantification at low dose chest CT using Deep Learning image reconstruction // Eur J Radiol. 2022. Vol. 152. P. 110338.
15. Компьютерное зрение в лучевой диагностике: первый этап Московского эксперимента: Монография Монография / Под ред. Ю.А. Васильева, А.В. Владзимирского. Москва: Издательские решения, 2022. 388 p.
16. Lenharo M. WHO declares end to COVID-19's emergency phase // Nature. 2023.
17. Sethi S.M. et al. Subcutaneous emphysema and pneumomediastinum in patients with COVID-19 disease; case series from a tertiary care hospital in Pakistan // Epidemiol Infect. 2021. Vol. 149. P. e37.
18. Higham A. et al. COVID-19 and COPD: a narrative review of the basic science and clinical outcomes // European Respiratory Review. 2020. Vol. 29, № 158. P. 200199.
19. Jamora R.D.G. et al. Clinical Outcomes of COVID-19 Infection among Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease: Findings from the Philippine CORONA Study // Clin Pract. 2023. Vol. 13, № 6. P. 1383-1392.
20. Gerayeli F. V. et al. COPD and the risk of poor outcomes in COVID-19: A systematic review and metaanalysis // EClinicalMedicine. 2021. Vol. 33. P. 100789.
21. Zuo Z. et al. Trends in respiratory diseases before and after the COVID-19 pandemic in China from 2010 to 2021 // BMC Public Health. 2023. Vol. 23, № 1. P. 217.
22. Molarius A, Persson C. Living conditions, lifestyle habits and health among adults before and after the COVID-19 pandemic outbreak in Sweden - results from a cross-sectional population-based study // BMC Public Health. 2022. Vol. 22, № 1. P. 171.
23. Dinh-Xuan A.-T, Hua-Huy T, Günther S. Physical activity, COVID-19, and respiratory comorbidities: The good, the bad, and the ugly // J Sport Health Sci. 2023. Vol. 12, № 2. P. 216-218.
24. Khattab A., ElShebiney S. Post-coronavirus disease 2019 frequent use of disinfectants and sanitizers affect lung tissue: experimental study // Journal of The Arab Society for Medical Research. 2023. Vol. 18, № 2. P. 168.
ORIGINAL ARTICLE
ASSESSMENT OF THE IMPACT OF THE COVID-19 PANDEMIC ON THE PREVALENCE OF EMPHYSEMA BASED ON COMPUTED TOMOGRAPHY DATA USING ARTIFICIAL INTELLIGENCE
L.N. Arzamasova1 ■ , Y.A. Vasilev1, A.V. Vladzymyrskyy1, K.M. Arzamasov1
1 Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies of the Moscow Health Care Department, Moscow, Russia.
H Corresponding author: Arzamasova L.N.
ABSTRACT
Respiratory diseases represent the most prevalent class of diseases in the Russian Federation, accounting for up to 25.0% of the total morbidity structure according to various authors. Several authors suggest that the proportion of patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) with emphysema has increased in recent years. One of the reasons for the rising prevalence of emphysema is the aftermath of COVID-19. The aim of this study is to analyze the changes in the incidence of emphysema before, during, and after the COVID-19 pandemic.
Materials and methods. The study included the results of chest computed tomography (CT) scans processed using artificial intelligence-based software, enabling the assessment of the volume of emphysematous lung tissue damage. Patient samples were divided into four periods: the «pre-COVID period» (625 studies), the «COVID period» (6,809 studies), the «post-COVID2023» period (101,872 studies), and the «post-COVID2024» period (78,539 studies).
Results. The proportion of studies indicating emphysema in the pre-COVID period was 5.60%, increasing to 9.37% during the COVID period, and then decreasing to 6.63% in the first post-COVID year (2023), with a subsequent increase to 7.67% in the second post-COVID year (2024). Statistically significant differences in the percentage of emphysema were found in 2022, 2023, and 2024 when analyzed pairwise. Notably, when categorized by the severity of the disease, significant emphysema (>6% lung involvement) was more prevalent in 2024, with an average percentage of 25.79% in this group.
Conclusion. Our study confirms a significant increase in cases of emphysema in the population in recent years, which may be associated with the impact of the COVID-19 pandemic. The proportion of patients with signs of emphysema in 2024 was 7.67%, which is 1% higher than in 2023.
Keywords: emphysema, COPD, artificial intelligence, computed tomography.
For citation: Arzamasova L.N, Vasilev Y.A, Vladzymyrskyy A. V., Arzamasov K.M. Assessment of the Impact of the COVID-19 Pandemic on the Prevalence of Emphysema Based on Computed Tomography Data Using Artificial Intelligence. Manager Zdravoohranenia. 2024; 10:63-72. DOI: 10.21045/1811-0185-2024-10-63-72
REFERENCES
1. AgustH A. et al. Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease 2023 Report: GOLD Executive Summary // European Respiratory Journal. 2023. Vol. 61, № 4. P. 2300239.
2. Kuraeva V.M., Feiginova S.¡., Podchernina A.M. Analysis of incidence and prevalence of the respiratory system diseases of the adult population of Moscow and the Russian Federation // City Healthcare. 2022. Vol. 3, № 1. P. 6-15.
3. Pogorelov A.R. Medico-Geographical Assessment of the Prevalence of Respiratory Diseases in Northern and Southern Areas of the Russian Far East: Comparison of Kamchatka and Primorsky Regions // PUBLIC HEALTH AND LIFE ENVIRONMENT. 2023. P. 30-39.
4. Tashkin D. Smoking Cessation in Chronic Obstructive Pulmonary Disease // Semin Respir Crit Care Med. 2015. Vol. 36, № 04. P. 491-507.
5. Vasilev Y.A. et al. Study of emphysematous changes in the population of Moscow using automated evaluation of radiological examinations. // Manager Zdravookhranenia. 2023. P. 23-36.
6. Puebla Neira D.A. et al. Outcomes of Patients with COPD Hospitalized for Coronavirus Disease 2019 // Chronic Obstructive Pulmonary Diseases: Journal of the COPD Foundation. 2021. Vol. 8, № 4. P. 517-527.
7. Celik E. et al. Quantitative determination of pulmonary emphysema in follow-up LD-CTs of patients with COVID-19 infection // PLoS One. 2022. Vol. 17, № 2. P. e0263261.
8. Ojha V. et al. CT in coronavirus disease 2019 (COVID-19): a systematic review of chest CT findings in 4410 adult patients // Eur Radiol. 2020. Vol. 30, № 11. P. 6129-6138.
9. Lynch D.A. et al. CT-Definable Subtypes of Chronic Obstructive Pulmonary Disease: A Statement of the Fleischner Society // Radiology. 2015. Vol. 277, № 1. P. 192-205.
10. Barr Copdg.C.W.G.R.G. et al. A Combined Pulmonary-Radiology Workshop for Visual Evaluation of COPD: Study Design, Chest CT Findings and Concordance with Quantitative Evaluation // COPD: Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease. 2012. Vol. 9, № 2. P. 151-159.
11. Griva N.A., Gavrilov P.V, Sokolovich E.G. AI-based Quantification of Lung Emphysema and its Correlation with Lung Function Test Results (Literature Review) // Radiology - Practice. 2021. № 6. P. 43-54.
12. Yeom J.-A. et al. Emphysema Quantification Using Ultra-Low-Dose Chest CT: Efficacy of Deep Learning-Based Image Reconstruction // Medicina (B Aires). 2022. Vol. 58, № 7. P. 939.
8l
•КС
№ 10
2024
Manager
Zdravoochranenia
/Менеджер
здравоохранения
13. Fischer A.M. et al. Comparison of Artificial Intelligence-Based Fully Automatic Chest CT Emphysema Quantification to Pulmonary Function Testing // American Journal of Roentgenology. 2020. Vol. 214, № 5. P. 1065-1071.
14. Ferri F. et al. Pulmonary emphysema quantification at low dose chest CT using Deep Learning image reconstruction // Eur J Radiol. 2022. Vol. 152. P. 110338.
15. Vasilev Ju.A, Vladzimirskyy A.V. Computer vision in radiology: the first stage of the Moscow experiment: Monograph. Moscow: Izdatel'skie resheniya; 2022.
16. Lenharo M. WHO declares end to COVID-19's emergency phase // Nature. 2023.
17. SethiS.M. et al. Subcutaneous emphysema and pneumomediastinum in patients with COVID-19 disease; case series from a tertiary care hospital in Pakistan // Epidemiol Infect. 2021. Vol. 149. P. e37.
18. Higham A. et al. COVID-19 and COPD: a narrative review of the basic science and clinical outcomes // European Respiratory Review. 2020. Vol. 29, № 158. P. 200199.
19. Jamora R.D.G. et al. Clinical Outcomes of COVID-19 Infection among Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease: Findings from the Philippine CORONA Study // Clin Pract. 2023. Vol. 13, № 6. P. 1383-1392.
20. Gerayeli F.V. et al. COPD and the risk of poor outcomes in COVID-19: A systematic review and metaanalysis // EClinicalMedicine. 2021. Vol. 33. P. 100789.
21. Zuo Z. et al. Trends in respiratory diseases before and after the COVID-19 pandemic in China from 2010 to 2021 // BMC Public Health. 2023. Vol. 23, № 1. P. 217.
22. Molarius A., Persson C. Living conditions, lifestyle habits and health among adults before and after the COVID-19 pandemic outbreak in Sweden - results from a cross-sectional population-based study // BMC Public Health. 2022. Vol. 22, № 1. P. 171.
23. Dinh-Xuan A.-T, Hua-Huy T, Günther S. Physical activity, COVID-19, and respiratory comorbidities: The good, the bad, and the ugly // J Sport Health Sci. 2023. Vol. 12, № 2. P. 216-218.
24. Khattab A., ElShebiney S. Post-coronavirus disease 2019 frequent use of disinfectants and sanitizers affect lung tissue: experimental study // Journal of The Arab Society for Medical Research. 2023. Vol. 18, № 2. P. 168.
к#
ZKO
зЯо зЯо
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / ABOUT THE AUTHORS
Арзамасова Лидия Николаевна - аналитик отдела координации научной деятельности ГБУЗ города Москвы «Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы», г. Москва, Россия.
Lidia N. Arzamasova - analytics Specialist, the Research Coordination Department of Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies of the Moscow Health Care Department, Moscow, Russia. E-mail: [email protected]
Васильев Юрий Александрович - канд. мед. наук, директор ГБУЗ города Москвы «Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы», г. Москва, Россия.
Yuriy A. Vasilev - Cand. of Sc. (Med.), Director of Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies of the Moscow Health Care Department, Moscow, Russia. E-mail: [email protected]
Владзимирский Антон Вячеславович - д-р мед. наук, профессор, заместитель директора по научной работе ГБУЗ города Москвы «Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы», г. Москва, Россия.
Anton V. Vladzymyrskyy - Dr. of Sc. (Med.), Professor, Deputy Director for Scientific Work of Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies of the Moscow Health Care Department, Moscow, Russia. E-mail: [email protected]
Арзамасов Кирилл Михайлович - канд. мед. наук, руководитель отдела медицинской информатики, радиомики и радиогеномики ГБУЗ города Москвы «Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы», г. Москва, Россия.
Kirill M. Arzamasov - Cand. of Sc. (Med.), Head of the Department of Medical Informatics, Radiomics and Radiogenomics, Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies of the Moscow Health Care Department, Moscow, Russia. E-mail: [email protected]
