Observační kohortová studie distribuce ventilace v pediatrii vyžadující mechanickou ventilaci pomocí elektrické impedanční tomografie (EIT)

A. Specifické cíle/cíle Specifický cíl 1: Zjistit regionální shodu a distribuci ventilace u kohorty dětí vyžadujících mechanickou ventilaci. Hypotéza - Abnormální distribuce ventilace bude objevena u všech pacientů.

Specifický cíl 2: Zjistit změny v regionální distribuci ventilace v průběhu terapie mechanické ventilace. Hypotéza – Distribuce regionální ventilace se výrazně změní, jak se bude pacientova plicní funkce zlepšovat a jak postupuje směrem k osvobození od mechanické ventilace.

Specifický cíl 3: Porovnat dříve vyvinuté EIT řízené ventilační algoritmy výzkumným týmem BCH s rozhodnutími lékařského týmu ohledně mechanické ventilace. Hypotéza – EIT řízené ventilační algoritmy identifikují změny k minimalizaci atelektázy a nadměrné distenze dříve než rozhodnutí klinického týmu.

B. Pozadí a význam Klinická rozhodnutí týkající se mechanického ventilátoru do značné míry závisí na klinickém úsudku, který je obvykle založen na občasném a subjektivním hodnocení relevantních fyziologických parametrů, které odrážejí pouze globální plicní funkce a bez ohledu na regionální distribuci ventilace. Až donedávna neexistoval způsob, jak určit regionální distribuci ventilace bez vystavení pacienta záření ve formě rentgenového snímku hrudníku (CXR) nebo počítačové tomografie (CT). CT a CXR poskytují regionálně specifické informace, ale pouze jako snímek v čase. Určit, jak různé oblasti plic reagují na terapeutické zásahy v průběhu času, je náročné. Náš výzkumný tým má však rozsáhlé výzkumné zkušenosti s neinvazivní lékařskou zobrazovací technologií bez radiace zvanou elektrická impendenční tomografie (EIT). EIT poskytuje regionální informace o změnách ve ventilaci. Tento další zdroj informací by mohl pomoci optimalizovat mechanickou ventilaci tím, že lékařům u lůžka poskytne nepřetržitou podporu při rozhodování, protože data EIT lze využít k upozornění, když je detekován regionální kolaps nebo nadměrné roztažení. Existuje však málo údajů popisujících změny v distribuci ventilace v čase nebo jak se mění stav pacienta.

Elektrická impedanční tomografie (EIT) Barber a Brown představili na počátku 80. let lékařské komunitě elektrickou impedanční tomografii. Odtud bylo prozkoumáno široké spektrum aplikací v medicíně od vyprazdňování žaludku, funkce mozku, zobrazování prsou až po funkci plic. Jsme přesvědčeni, že nejcennější přínos EIT je v monitorování regionálních plicních funkcí u kriticky nemocných pacientů. Raná zařízení EIT byla v klinickém prostředí náchylná na špatnou citlivost a rušení signálu. Po letech a obnoveném zájmu několika komerčních společností se zájmem o vzduchotechniku ​​se mnohé z těchto nedostatků podařilo vyřešit. Jako u každé nové modality je třeba metodicky prozkoumat EIT a jeho klinickou užitečnost a aplikaci; proto navrhujeme tento IRB protokol, aby nás posunul o krok blíže na této cestě k vývoji klinicky užitečného nástroje9.

Elektrická impedanční tomografie využívá změny elektrické impedance mezi prostorem naplněným vzduchem a prostorem naplněným tkání nebo tekutinou, aby bylo možné charakterizovat a kvantifikovat regionální distribuci objemu plic u lůžka. Tato technologie byla ověřena ve 12 studiích na zvířatech10 a lidech11. Technologie využívá sérii 16 elektrod umístěných přes hrudník pacienta. Když mezi elektrodami procházejí malé proudy, které jsou pro subjekt nedetekovatelné, měří se impedance mezi sériemi a mezi nimi. Prostřednictvím složitého dotazování a manipulace s těmito hodnotami impedance se vytváří dvourozměrný obraz, u kterého bylo prokázáno, že koreluje s klinickými a radiografickými změnami u pacientů.11 Schopnost odhadnout objem plic a regionální distribuci plynu neinvazivně a v reálném čase nám může poskytnout přehled o tom, jaký režim ventilace nebo nastavení je efektivnější při optimalizaci ventilace pozitivním tlakem.

Rozhodli jsme se pro partnerství se společností Draeger Medical (Lubeck, Německo) prostřednictvím CTA, abychom prozkoumali použití jejich komerčně dostupného produktu v Evropě (bez schválení FDA), prostřednictvím evropské směrnice 93/42/EEC (zdravotnické prostředky) a splňuje EN ISO 9001 a požadavky EN ISO 13485. Boston Children's Hospital má rozsáhlé zkušenosti s jejich prototypovým systémem, který vedl ke konečnému produktu s názvem PulmoVista 500. PulmoVista 500 používá 16 elektrod k měření napětí používaných pro rekonstrukci obrazu. Matematické simulace založené na tomto uspořádání elektrod ukazují prostorové rozlišení 15 % průměru hrudníku; rozlišení se však směrem ke středu těla snižuje na 20 %. Zatímco CT skenery obvykle poskytují snímky s rozlišením 512 x 512 nebo více pixelů, EIT snímky z PulmoVista 500 se skládají pouze z 32 x 32 pixelů, což je 256krát méně pixelů ve srovnání s CT snímky9. Náš tým však hodlá v budoucnu používat EIT u lůžka a v prostředí JIP k vedení ventilační terapie spíše než jako diagnostický nástroj s vysokým rozlišením, jako je CT nebo MRI. Naším záměrem není nahradit CT nebo MRI zobrazení plic, ale vyvinout nástroj u lůžka pro vedení ventilace v budoucnu, který lze používat nepřetržitě as velmi malým rizikem. Charakterizace kohorty kriticky nemocných mechanicky ventilovaných dětí, jak je navržena v tomto protokolu, představuje důležitý krok ke klinické užitečnosti EIT.

C. Předběžné studie Současné strategie zajištění plicní ochranné ventilace spoléhají na vyhýbání se stavům spojeným s poškozením plic. Roste zájem o vývoj individualizovaných léčebných plánů mechanické ventilace. Bylo prokázáno, že použití EIT je přesná metoda monitorování regionálních změn objemu plic u zvířat a lidí.10, 13, 14 Zatímco radiologické snímky a snímky EIT poskytují informace o regionální distribuci vzduchu v plicích, charakteristiky snímků poskytované těmito modalitami jsou zcela odlišné. Radiologické snímky plic poskytují informace o obsahu vzduchu a odrážejí, v závislosti na okamžiku pořízení snímků, endinspirační, end-exspirační stav nebo stav plic někde mezi tím. Obrazy EIT odrážejí funkci plic, nikoli plíce samotné, což znamená, že EIT zobrazuje ventilované oblasti plic spíše než morfologické nebo anatomické struktury plic.9 Nicméně regionální informace obsažené v EIT a CT snímcích spolu úzce souvisí, když patologické stavy, jako je pleurální výpotek nebo atelektáza, vedou k neprovzdušněným a neventilovaným oblastem plic. Zatímco snímky CT zobrazují oblasti plic se zachyceným vzduchem (např. pneumotorax) černě kvůli velkému obsahu vzduchu, EIT také zobrazuje tyto oblasti černě, protože nejsou větrané.15, 16 Naopak CT snímek může indikovat oblast konsolidované plicní tkáně v bílé barvě kvůli vysokému obsahu tekutiny, zatímco tato oblast může být na snímku EIT zobrazena v černé nebo tmavě modré barvě, pokud tato oblast není ventilována nebo je pouze částečně ventilována. .17 EIT bylo prokázáno na zvířecích modelech a zprávách o lidských případech jako přesný determinant pneumotorace.15, 18, 19 V poslední době byly parametry odvozené od EIT používány řadou výzkumníků k rozlišení atelektatických, přehnaných a adekvátně rekrutovaných plic v různých oblastech plic.10, 20-28 Navzdory schopnosti EIT monitorovat regionální chování plic nebylo prokázáno, že by použití indexů odvozených od EIT zlepšilo výsledky u zvířat nebo lidí s akutním poškozením plic až do loňského roku, kdy Dr. Wolf, Arnold a kolegové vyvinuli strategii řízené mechanické ventilace EIT, která byla slibná na zvířecím modelu.29 Prostřednictvím tohoto translačního modelu byli schopni prokázat, že řízená ventilace EIT je lepší než národní a standardizovaný ventilační protokol nazvaný Acute Respiratory Distress Syndrome Network ( ARDSNet) Protokol ventilátoru.30-33 Cílem této studie je zmapovat regionální distribuci u dětských pacientů, kteří vyžadují léčbu mechanickou ventilací.

D. Design a metody (1) Design studie V prospektivní observační studii budeme objektivně měřit regionální compliance a distribuci ventilace pomocí EIT u pacientů, kteří vyžadují mechanickou ventilaci.

(3) Popis studijních léčeb nebo expozic/prediktů Po schválení a informovaném souhlasu pacienti, kteří splňují kritéria pro zařazení a žádné z kritérií pro vyloučení, (1) přejdou na přesně stejné nastavení na ventilátoru Draeger V500 schváleném FDA. (2) Bude provedeno klinické hodnocení odpovědným respiračním terapeutem a sestrou, aby se zajistilo, že přechodná nastavení jsou vhodná a odpovídají standardu praxe. (3) Zařízení PulmoVista 500 EIT bude nastaveno a bezpečnostně zkontrolováno podle poskytnutého školícího a provozního manuálu. (4) Dodaný elektrodový systém bude umístěn kolem pacientova hrudníku jako na obrázku 2. (5) Systém EIT bude připojen k poli elektrod a ventilátoru V500. (6) Jakmile je kvalita signálu určena jako vhodná, bude proveden záznam a bezpečně uložen. (7) Pás a zařízení EIT budou odstraněny a vráceny do skladu a ventilátor V500 zůstane na pacientovi po dobu trvání ventilátorového kurzu. Časový závazek počátečního nastavení a monitorování je přibližně 1 hodina. (8) Opakované záznamy se budou provádět každé ráno po dobu prvních 5 dnů, poté každý druhý den, pokud je vyžadována > 5 dnů mechanické ventilace, a do 2 hodin po velkých zákrocích, jako je poloha na břiše, zvýšení nebo snížení PEEP nebo MAP o 2 cmH2O nebo více, náborové manévry, intubace (v případě neinvazivní ventilace) a před a po extubaci. Následné monitorovací události budou trvat přibližně 30 minut. Bez souhlasu sestry u lůžka a respiračního terapeuta nebude provedeno žádné nastavení ani sledování.

Úprava léčebných expozic

Přechod pacienta na ventilátor Draeger V500 nenastane v následujících situacích:

1. Pacienti, kteří jsou výzkumem ve spolupráci s lékařským týmem považováni za příliš nestabilní na to, aby mohli přejít na V500, a přesto jsou dostatečně stabilní, aby mohli použít pás EIT, budou studováni bez ventilátoru Draeger V500. Místo toho bude proveden ruční záznam nastavení a měření ventilátoru.
2. Zařazení pacienti, kteří dostávají neinvazivní ventilaci. (5) Metody sběru dat, hodnocení, zásahy a harmonogram (jaká hodnocení se prováděla, jak často) Údaje budou shromažďovány z několika zdrojů. Počáteční hodnocení bude provedeno do 48 hodin od zahájení mechanické ventilace. Budou zaznamenány vitální funkce, nejnovější krevní plyny, zpráva CXR, nastavení ventilátoru, plicní mechanik a snímky EIT. Vitální funkce budou shromažďovány z T3. Krevní plyn bude zachycen z Powerchart. Plicní mechanika a snímky EIT budou získány ze systému PulmoVista 500. PulmoVista získá nastavení ventilátoru a plicní mechaniku prostřednictvím připojení k ventilátoru Draeger V500. Manuální vývojový diagram (papír) zjištění bude zaznamenán a porovnán s elektronickými soubory. Po ověření bude manuál správně zlikvidován.

Systém Pulmovista 500 sleduje nejen regionální distribuci ventilace, ale také klinicky užitečné a aktuálně zaznamenávané informace, jako je dynamická poddajnost, odpor a nastavení ventilátoru. I když výzkumný tým nebude v tuto chvíli řídit ventilaci z obrázků/dat EIT, mohou být užitečné údaje o trendech denně shrnuté. Rodiče nebudou vyloučeni z prohlížení obrázků, pokud si to přejí. Žádná data však nebudou sdílena, pokud si to tým nevyžádá. Snímky nebo data EIT nebudou použity pro rutinní klinickou péči nebo intervence, pokud nevzniknou bezpečnostní obavy, o kterých bude tým okamžitě informován a požádán o klinické posouzení. Viz část Rizika/přínos online protokolu CHeRP.

(6) Časová osa studia (podle potřeby)

1. Počáteční nastavení a záznam budou provedeny co nejdříve po zahájení mechanické ventilace. Předpokládá se, že celkové nastavení a nahrávání zabere 1 hodinu.
2. Rutinní následné záznamy budou prováděny každé ráno po dobu prvních 5 dnů mechanické ventilace; pak každý druhý den až do osvobození.
3. Intervenční záznamy budou provedeny do 2 hodin po změnách 2 cmH2O nebo více v PEEP nebo MAP, polohování na břiše, intubaci, extubaci nebo režimech ventilace (včetně ECMO nebo HFV).

E. Kritéria nežádoucích příhod a postupy hlášení Následující komplikace budou monitorovány během procesu imaginace, který zahrnuje časové osy studie 1-3 výše, a hlavní komplikace budou okamžitě hlášeny IRB. Mezi méně závažné události patří: podráždění kůže, které přetrvává déle než 1 hodinu po sejmutí pásu, zvýšení dechové frekvence o > 20 %, dočasná hypoventilace určená zvýšením ETCO2 o 10 mmHg, dočasné zvýšení FIO2 > 0,3 a dočasné hypoxie stanovená desaturací (<88 %) po dobu delší než 1 minuta. Menší události, které se vyskytnou více než 3krát, budou hlášeny IRB s plánem opatření, jak se jim vyhnout.

Hlavní události, které zastaví studii a budou okamžitě hlášeny IRB, jsou:

• Desaturace < 80 % (průběžně monitorováno pulzní oxymetrií) po dobu delší než 1 minuta.
• Bradykardie < 60 BPM
• Bylo zjištěno, že snížení poddajnosti plic souvisí s pásem. Všechny nežádoucí příhody budou týdně přezkoumávány celým výzkumným týmem a bude vypracována podrobná kazuistika. Pokud se větší nebo menší události vyskytnou více než 3krát, studie nebude pokračovat, dokud výzkumný tým a IRB nebudou mít pocit, že je bezpečné pokračovat.

F. Metody správy dat Po zadání bude každému pacientovi přiděleno jedinečné číslo, které nebude propojeno s jeho zdravotním záznamem pro účely sledování pacienta. Toto číslo bude zadáno do soukromé výzkumné databáze BCH chráněné heslem (RedCap), která je přístupná pouze pracovníkům studie BCH.

Během období sběru dat bude u lůžka uložena tabulka pro každý datový bod, který se má zadat ručně. Tato tabulka bude zničena, jakmile budou ověřena elektrická a manuální data.

G. Způsob kontroly kvality Kvalitu přenosu dat zajistí druhý zkoušející, který potvrdí manuální a elektronická data. Software RedCap a SPSS pomohou analyzovat data a zajistit integritu dat vytvořením upozornění na nevyplněná pole a také na neočekávané nebo možná chybně zadané výsledky.

H. Analýza dat Plán EIT data: Zobrazovacím systémem plic je Dräger PulmoVista 500 (Dräger Medical, Lübeck, Německo). Šestnáct koplanárních elektrod bude umístěno ekvidistantně kolem hrudníku na úrovni parasternálního šestého mezižeberního prostoru. Referenční elektroda bude umístěna na pravé straně břicha v blízkosti pasu. Elektrody č. 1 a č. 16 jsou symetricky umístěny vlevo a vpravo od hrudní kosti, takže elektrody č. 8 a č. 9 obkročují páteř. Tato konfigurace vede k příčným obrazům v radiologické konvenci, kaudálním až kraniálním, podobně jako skenování koček. Rekonstrukce plicního obrazu bude provedena podle Grazského konsenzu pro elektrickou impedanční tomografii (GREIT)34 za použití softwaru Electrical Impedance and Diffuse Optical Reconstruction Software.35 Data jednotlivých subjektů budou filtrována a snímky budou rekonstruovány pomocí výše zmíněné softwarové platformy s otevřeným zdrojovým kódem. Každý rekonstruovaný snímek plic bude poté rozdělen do oblastí zájmu a změny impedance pro každou oblast budou přepsány. Postup se bude opakovat pro každý z jednotlivých předmětů EIT nahrávky. Kromě toho použijeme pouze pozorovacím způsobem algoritmus, který vyvinula současná výzkumná skupina, aby bylo možné identifikovat, kdy změny v mechanice plic pravděpodobně odrážejí nadměrné roztažení nebo kolaps plic.20 Tyto diskrétní body a nastavení mechanického ventilátoru, na kterém byly shromážděny, budou přepsány a porovnány se standardem péče na jednotkovou praxi. Změny impedance ukazují, jak jsou plíce otevřené nebo zavřené. Tento přístup byl již dříve podrobně popsán naší výzkumnou skupinou.20 I. Statistická moc a úvahy o vzorku Věkové kategorie

1- < 6 měsíců 6 měsíců - < 1 rok 1-7 let 8-14 let > 14 let Toto je pilotní observační studie mechanicky ventilovaných dětí na našich dětských JIP. Navrhli jsme cíl 50 pacientů do dvou let. Očekáváme 10% míru neúspěchu. Naším cílem by bylo získat 5–7 pacientů pro každou níže uvedenou věkovou kategorii. Vzhledem k tomu, že naše zkušenosti a předběžná data v této oblasti se týkají těžkého poranění plic a skutečnosti, že chceme prozkoumat heterogenní mechanicky ventilované pacienty, nebyli jsme schopni přesně určit velikost vzorku, a proto jsme určili, že se jedná o pilotní studii. . Přednost bude dána pacientům s nízkým objemem plicního onemocnění, jako jsou, ale bez omezení, ARDS, CDH, hypoxické respirační selhání, pacienti převedení na možnou ECMO a astmatici.

J. Organizace studie Pilotní studie jedné instituce.