Observationel kohorteundersøgelse af distribution af ventilation i pædiatri, der kræver mekanisk ventilation ved elektrisk impedanstomografi (EIT)

A. Specifikke mål/mål Specifikt mål 1: At bestemme regional overensstemmelse og fordeling af ventilation i en kohorte af børn, der har behov for mekanisk ventilation. Hypotese - Unormal fordeling af ventilation vil blive opdaget hos alle patienter.

Specifikt mål 2: At bestemme ændringer i regional fordeling af ventilation i løbet af mekanisk ventilationsterapi. Hypotese - Fordelingen af ​​regional ventilation vil ændre sig væsentligt, efterhånden som patientens lungefunktion forbedres, og efterhånden som de udvikler sig mod frigørelse fra mekanisk ventilation.

Specifikt mål 3: At sammenligne tidligere udviklede EIT-guidede ventilationsalgoritmer af BCH-forskerteam med medicinske teams beslutninger vedrørende mekanisk ventilation. Hypotese - EIT-guidede ventilationsalgoritmer vil identificere ændringer for at minimere atelektase og overudspænding hurtigere end kliniske teambeslutninger.

B. Baggrund og betydning Kliniske beslutninger vedrørende den mekaniske ventilator afhænger i høj grad af klinisk bedømmelse, typisk baseret på intermitterende og subjektive vurderinger af relevante fysiologiske parametre, som kun afspejler global lungefunktion og uden hensyntagen til regional fordeling af ventilation. Indtil for nylig har der ikke været en måde at bestemme regional fordeling af ventilation på uden at udsætte en patient for stråling i form af et røntgenbillede af thorax (CXR) eller computerstøttet tomografi (CT). CT og CXR giver regionalt specifik information, men kun som et øjebliksbillede i tid. Det er udfordrende at bestemme, hvordan forskellige regioner af lungen reagerer på terapeutiske indgreb over tid. Vores forskerhold har dog omfattende forskningserfaring med en ikke-invasiv og strålingsfri medicinsk billedbehandlingsteknologi kaldet elektrisk impendence tomografi (EIT). EIT giver regional information om ændringer i ventilation. Denne yderligere informationskilde kan hjælpe med at optimere mekanisk ventilation ved at give sengelæge klinikere med kontinuerlig beslutningsstøtte, da EIT-dataene kan bruges til at advare, når der registreres regionalt kollaps eller overudspilning. Der er dog få data, der beskriver ændringer i fordeling af ventilation over tid, eller som patientens tilstand ændrer sig.

Elektrisk impedanstomografi (EIT) Barber og Brown introducerede elektrisk impedanstomografi til det medicinske samfund i begyndelsen af ​​1980'erne. Derfra er et bredt spektrum af anvendelser inden for medicin lige fra mavetømning, hjernefunktion, brystbilleddannelse til lungefunktion blevet undersøgt. Det er vores overbevisning, at den mest værdifulde fordel ved EIT er overvågning af regional lungefunktion hos kritisk syge patienter. Tidlige EIT-enheder blev modtagelige for dårlig følsomhed og signalinterferens i de kliniske omgivelser. Efter årevis og en fornyet interesse fra et par kommercielle virksomheder, der er interesserede i ventilationsteknologi, er mange af disse mangler blevet løst. Som med enhver ny modalitet skal EIT og dets kliniske anvendelighed og anvendelse udforskes metodisk; derfor foreslår vi denne IRB-protokol for at tage os et skridt nærmere på denne rejse for at udvikle et klinisk brugbart værktøj9.

Elektrisk impedanstomografi udnytter ændringer i elektrisk impendens mellem luftfyldte versus væv eller væskefyldte rum for at karakterisere og kvantificere regional fordeling af lungevolumen ved sengekanten. Denne teknologi er blevet valideret i animal10 og human11, 12 undersøgelser. Teknologien anvender en serie på 16 elektroder placeret på tværs af patientens bryst. Da små strømme, som er uopdagelige for individet, føres mellem elektroderne, måles impedansen mellem og mellem serierne. Gennem en kompleks undersøgelse og manipulation af disse impedansværdier dannes et todimensionelt billede, og det har vist sig at korrelere med kliniske og radiografiske ændringer hos patienter.11 Evnen til at estimere lungevolumen og regional distribution af gas non-invasivt og i realtid kan give os indsigt i, hvilken ventilationsmåde eller indstilling der er mere effektiv til at optimere overtryksventilation.

Vi har valgt at samarbejde med Draeger Medical (Lubeck, Tyskland) gennem en CTA for at undersøge brugen af ​​deres kommercielt tilgængelige produkt i Europa (ikke FDA-godkendt), gennem det europæiske direktiv 93/42/EEC (medicinsk udstyr) og opfylder EN ISO 9001 og EN ISO 13485 krav. Boston Children's Hospital har stor erfaring med deres prototypesystem, der førte til det endelige produkt ved navn PulmoVista 500. PulmoVista 500 bruger 16 elektroder til at måle de spændinger, der bruges til billedrekonstruktion. Matematiske simuleringer baseret på dette elektrodearrangement viser en rumlig opløsning på 15% af thoraxdiameteren; dog falder opløsningen til 20% mod midten af ​​kroppen. Mens CT-scannere typisk giver billeder bestående af 512 x 512 eller højere pixels, består EIT-billeder fra PulmoVista 500 kun af 32 x 32 pixels, hvilket er 256 gange færre pixels sammenlignet med CT-billeder9. Vores team har dog til hensigt at bruge EIT ved sengekanten og i intensivafdelingen til at vejlede ventilationsterapi i fremtiden i stedet for at være et diagnostisk værktøj med høj opløsning, såsom CT eller MR. Vores hensigt er ikke at erstatte CT- eller MR-billeddannelse af lungen, men at udvikle et sengebordsværktøj til at guide ventilation i fremtiden, som kan anvendes kontinuerligt og med meget få risici. Karakteriseringen af ​​en kohorte af kritisk syge mekanisk ventilerede børn, som foreslået i denne protokol, repræsenterer et vigtigt skridt mod klinisk nytte af EIT.

C. Foreløbige undersøgelser Nuværende strategier til at give lungebeskyttende ventilation er afhængige af at undgå tilstande forbundet med lungeskade. Der er stigende interesse for udvikling af individualiserede mekaniske ventilationsbehandlingsplaner. Brugen af ​​EIT har vist sig at være en nøjagtig metode til overvågning af regionale ændringer i lungevolumen hos dyr og mennesker.10, 13, 14 Mens radiologiske og EIT-billeder begge giver information om den regionale fordeling af luft i lungerne, er billedkarakteristikaene, som disse modaliteter giver, ret forskellige. Radiologiske billeder af lungen giver information om luftindholdet og afspejler, afhængigt af det øjeblik billederne blev taget, slutinspiratoriet, den afsluttende ekspiratoriske status eller en lungetilstand et sted midt imellem. EIT-billeder afspejler lungefunktionen, ikke selve lungen, hvilket betyder, at EIT viser ventilerede lungeregioner snarere end morfologiske eller anatomiske strukturer af lungen.9 Ikke desto mindre er den regionale information indeholdt i EIT- og CT-billeder tæt forbundet med hinanden, når patologiske tilstande såsom pleural effusion eller atelektase fører til ikke-luftede og ikke-ventilerede lungeregioner. Mens CT-billeder viser lungeområder med indespærret luft (f.eks. pneumothorax) i sort på grund af det store luftindhold, viser EIT også disse områder i sort, fordi de ikke er ventilerede.15, 16 Omvendt kan et CT-billede indikere et område af konsolideret lungevæv i en hvid farve på grund af det høje væskeindhold, mens dette område kan blive vist på EIT-billedet i sort eller mørkeblå farve, hvis dette område ikke eller kun er delvist ventileret .17 EIT er blevet bevist i dyremodeller og menneskelige case-rapporter for at være nøjagtig determinant for pneumothoraces.15, 18, 19 For nylig er EIT-afledte parametre blevet brugt til at differentiere atelektatiske, overdistente og tilstrækkeligt rekrutterede lunger i forskellige lungeregioner af en række efterforskere.10, 20-28 På trods af EIT's evne til at overvåge regional lungeadfærd, har brugen af ​​EIT-afledte indekser ikke vist sig at forbedre resultater hos dyr eller mennesker med akut lungeskade indtil sidste år, hvor Dr. Wolf, Arnold og kolleger udviklede en EIT-styret mekanisk ventilationsstrategi, der viste lovende i en dyremodel.29 Gennem denne translationelle model var de i stand til at demonstrere, at EIT-styret ventilation var overlegen i forhold til en national og standardiseret ventilationsprotokol kaldet Acute Respiratory Distress Syndrome Network ( ARDSNet) Ventilator Protocol.30-33 Målet med denne undersøgelse er at undersøge den regionale fordeling hos pædiatriske patienter, som har behov for mekanisk ventilationsterapi.

D. Design og metoder (1) Undersøgelsesdesign I et prospektivt observationsforsøg vil vi objektivt måle regional compliance og distribution af ventilation af EIT hos patienter, der har behov for mekanisk ventilation.

(3) Beskrivelse af undersøgelsesbehandlinger eller eksponeringer/prædiktorer Efter fremmødegodkendelse og informeret samtykke vil patienter, der opfylder inklusionskriterierne og ingen af ​​eksklusionskriterierne (1) gå over til nøjagtig samme indstilling på den FDA-godkendte Draeger V500 ventilator. (2) En klinisk vurdering af den ansvarlige respirationsterapeut og sygeplejerske vil blive udført for at sikre, at de overførte indstillinger er passende og i overensstemmelse med standarden for praksis. (3) PulmoVista 500 EIT-enheden vil blive opsat og sikkerhedstjekket i henhold til den medfølgende trænings- og betjeningsvejledning. (4) Det medfølgende elektrodesystem vil blive placeret rundt om patientens bryst som i figur 2. (5) EIT-systemet vil blive forbundet til elektrodearrayet og V500-ventilatoren. (6) Når signalkvaliteten er bestemt til at være passende, vil en optagelse blive udført og gemt sikkert. (7) EIT-bæltet og enheden vil blive fjernet og returneret til opbevaring, og V500-ventilatoren forbliver på patienten under respiratorforløbet. Den indledende opsætning og overvågningstid er cirka 1 time. (8) Gentagne optagelser vil blive udført hver morgen i de første 5 dage, derefter hver anden dag, hvis > 5 dages mekanisk ventilation er påkrævet og inden for 2 timer efter større indgreb såsom liggende positionering, forøgelse eller reduktion af PEEP eller MAP på 2 cmH2O eller mere, rekrutteringsmanøvrer, intubation (hvis på non-invasiv ventilation) og før og efter ekstubation. Opfølgende overvågningshændelser vil vare cirka 30 minutter. Ingen opstilling eller overvågning vil blive udført uden godkendelse fra sengesygeplejersken og respiratorterapeuten.

Ændring af behandlingseksponeringer

Overgang af patienten til Draeger V500 Ventilator vil ikke forekomme i følgende situationer:

1. Patienter, der vurderes at være for ustabile af forskningen i samarbejde med det medicinske team til at gå over til V500, men alligevel er stabile nok til at anvende EIT-bæltet, vil blive undersøgt uden Draeger V500-ventilatoren. Manuel registrering af ventilatorindstillinger og målinger vil i stedet blive udført.
2. Tilmeldte patienter, som modtager non-invasiv ventilation. (5) Dataindsamlingsmetoder, vurderinger, interventioner og tidsplan (hvilke vurderinger udføres, hvor ofte) Data vil blive indsamlet fra flere kilder. Indledende evaluering vil blive udført inden for 48 timer efter påbegyndelse af mekanisk ventilation. Vitale tegn, seneste blodgas, CXR-rapport, ventilatorindstillinger, lungemekaniker og EIT-billeder vil blive optaget. Vitale tegn vil blive indsamlet fra T3. Blodgas vil blive fanget fra Powerchart. Lungemekanik og EIT-billeder vil blive hentet fra PulmoVista 500-systemet. PulmoVista får ventilatorindstillingerne og lungemekanikken via en forbindelse til Draeger V500 ventilatoren. Et manuel flowsheet (papir) med resultater vil blive registreret og sammenlignet med de elektroniske filer. Når det er verificeret, vil det manuelle flowsheet blive bortskaffet korrekt.

Pulmovista 500-systemet trender ikke kun regional distribution af ventilation, men klinisk nyttig og aktuelt registreret information såsom dynamisk compliance, modstand og ventilatorindstillinger. Selvom forskerholdet ikke vil guide ventilation på nuværende tidspunkt fra EIT-billeder/data, kan trenddataene opsummeret dagligt være nyttige. Forældre vil ikke blive udelukket fra at se billederne, hvis de ønsker det. Dog vil ingen data blive delt, medmindre teamet anmoder om det. EIT-billeder eller data vil ikke blive brugt til rutinemæssig klinisk pleje eller interventioner, medmindre der er sikkerhedsproblemer, hvor teamet straks vil blive underrettet og bedt om at vurdere klinisk. Se venligst afsnittet Risk/Benefit i online CHeRP-protokollen.

(6) Tidslinje for undersøgelse (hvis relevant)

1. Indledende opsætning og optagelse udføres hurtigst muligt efter påbegyndelse af mekanisk ventilation. Samlet opsætning og optagelse forventes at tage 1 time.
2. Rutinemæssig efterfølgende optagelser vil blive udført hver morgen i de første 5 dage med mekanisk ventilation; derefter hver anden dag indtil befrielsen.
3. Interventionsoptagelser vil blive udført inden for 2 timer efter ændringer på 2 cmH2O eller mere i PEEP eller MAP, liggende positionering, intubation, ekstubation eller ventilationsmåder (inklusive ECMO eller HFV).

E. Kriterier for uønskede hændelser og rapporteringsprocedurer Følgende komplikationer vil blive overvåget under imagination-processen, som inkluderer undersøgelsestidspunkter 1-3 ovenfor, og større komplikationer vil straks blive rapporteret til IRB. Mindre hændelser omfatter: hudirritation, der fortsætter i > end 1 time efter, at bæltet er fjernet, stigning i respirationsfrekvens med > 20 %, temporal hypoventilation bestemt af en stigning i ETCO2 med 10 mmHg, tidsmæssig stigning i FIO2 på > 0,3 og tidsmæssig stigning i FIO2 på > 0,3. hypoxi bestemt af en desaturation (<88%) i mere end 1 minut. Mindre hændelser, der forekommer mere end 3 gange, vil blive rapporteret til IRB med en handlingsplan for, hvordan de undgås.

Større begivenheder, der vil standse undersøgelsen og straks rapporteres til IRB er:

• Desaturation < 80 % (kontinuerligt overvåget med pulsoximetri) i mere end 1 minut.
• Bradykardi < 60 BPM
• Fald i lunge-compliance, der er fastlagt at være forbundet med bæltet. Alle uønskede hændelser vil blive gennemgået af hele forskerholdet ugentligt, og en detaljeret case-rapport vil blive udviklet. Hvis større eller mindre hændelser forekommer mere end 3 gange, vil undersøgelsen ikke fortsætte, før forskerholdet og IRB føler, at det er sikkert at fortsætte.

F. Datahåndteringsmetoder Ved indrejse vil hver patient blive tildelt et unikt nummer og ikke-linket fra deres journal med henblik på patientsporing. Dette nummer vil blive indtastet i en privatejet BCH, adgangskodebeskyttet forskningsdatabase (RedCap), som kun er tilgængelig for BCH-studiepersonale.

Et regneark vil blive opbevaret ved sengekanten i dataindsamlingsperioderne for hvert datapunkt, der skal indtastes manuelt. Dette regneark vil blive ødelagt, når de elektriske og manuelle data er blevet verificeret.

G. Kvalitetskontrolmetode Kvaliteten af ​​overførslen af ​​data vil blive sikret af en anden investigator, som vil bekræfte de manuelle og elektroniske data. RedCap- og SPSS-software vil blive brugt til at hjælpe med at analysere dataene og sikre dataintegritet ved at etablere advarsler for ikke-udfyldte felter samt uventede eller muligvis fejlagtige resultater.

H. Dataanalyseplan EIT-data: Lungebilleddannelsessystemet er Dräger PulmoVista 500 (Dräger Medical, Lübeck, Tyskland). Seksten koplanære elektroder vil blive placeret ækvidistant omkring thorax på niveau med det parasternale sjette interkostale rum. Referenceelektroden vil blive placeret på højre side af maven nær taljen. Elektroderne #1 og #16 er symmetrisk placeret til henholdsvis venstre og højre for brystbenet, så elektroderne #8 og #9 skrævede over rygsøjlen. Denne konfiguration fører til tværgående billeder i den radiologiske konvention, caudal til kraniel, svarende til en kattescanning. Lungebilledrekonstruktion vil blive udført i henhold til Graz-konsensus for elektrisk impedanstomografi (GREIT)34 ved hjælp af Electrical Impedance og Diffuse Optical Reconstruction Software.35 Hvert emnes data vil blive filtreret, og billeder vil blive rekonstrueret ved hjælp af den førnævnte open source-softwareplatform. Hvert rekonstrueret lungebillede vil derefter blive segmenteret i områder af interesse, og ændringer i impedans for hver region vil blive transskriberet. Proceduren vil blive gentaget for hvert af de individuelle emner EIT optagelser. Desuden vil vi kun på en observationel måde anvende en algoritme, som er udviklet af den nuværende forskergruppe for at identificere, hvornår ændringer i lungemekanikken sandsynligvis vil afspejle overudspilning eller kollaps af lunge.20 Disse diskrete punkter og de mekaniske ventilatorindstillinger, hvorpå de blev indsamlet, vil blive transskriberet og sammenlignet med standarden for pleje pr. enhedspraksis. Impedansændringer indikerer, hvor åben eller lukket lungen er. Denne tilgang er tidligere blevet beskrevet detaljeret af vores forskergruppe.20 I. Statistisk magt og prøveovervejelser Alderskategorier

1- < 6 måneder 6 måneder - < 1 år 1-7 år 8-14 år > 14 år Dette er en pilot observationsundersøgelse af mekanisk ventilerede børn på vores pædiatriske intensivafdelinger. Vi har foreslået et mål på 50 patienter inden for to år. Vi forventer et frafald på 10 %. Vores mål ville være at opnå 5-7 patienter for hver alderskategori nedenfor. Da vores erfaring og de foreløbige data inden for dette felt er i alvorlig lungeskade og det faktum, at vi ønsker at udforske en heterogen mekanisk ventileret patient, har vi ikke været i stand til nøjagtigt at bestemme en prøvestørrelse og har derfor bestemt, at dette er et pilotstudie. . Fortrinsret vil blive givet til patienter med lavt volumen lungesygdom, såsom, men ikke begrænset til, ARDS, CDH, hypoxisk respirationssvigt, patienter overført til mulig ECMO og astmatikere.

J. Studieorganisation Pilotundersøgelse af en enkelt institution.