Estudio de cohorte observacional de la distribución de la ventilación en pediatría que requiere ventilación mecánica por tomografía de impedancia eléctrica (EIT)

A. Metas/Objetivos Específicos Meta Específica 1: Determinar el cumplimiento regional y la distribución de la ventilación en una cohorte de niños que requieren ventilación mecánica. Hipótesis - Se descubrirá una distribución anormal de la ventilación en todos los pacientes.

Objetivo específico 2: determinar los cambios en la distribución regional de la ventilación durante el transcurso de la terapia de ventilación mecánica. Hipótesis: la distribución de la ventilación regional cambiará significativamente a medida que mejore la función pulmonar del paciente y avance hacia la liberación de la ventilación mecánica.

Objetivo específico 3: Comparar los algoritmos de ventilación guiada por EIT desarrollados previamente por el equipo de investigación del BCH con las decisiones del equipo médico con respecto a la ventilación mecánica. Hipótesis: los algoritmos de ventilación guiada por EIT identificarán los cambios para minimizar la atelectasia y la sobredistensión antes que las decisiones del equipo clínico.

B. Antecedentes y significado Las decisiones clínicas con respecto al ventilador mecánico dependen en gran medida del juicio clínico, generalmente basado en evaluaciones intermitentes y subjetivas de parámetros fisiológicos relevantes que solo reflejan la función pulmonar global y sin tener en cuenta la distribución regional de la ventilación. Hasta hace poco no ha habido una manera de determinar la distribución regional de la ventilación sin exponer a un paciente a la radiación en forma de radiografía de tórax (CXR) o tomografía asistida por computadora (CT). CT y CXR brindan información regional específica, pero solo como una instantánea en el tiempo. Determinar cómo las diferentes regiones del pulmón responden a las intervenciones terapéuticas a lo largo del tiempo es un desafío. Sin embargo, nuestro equipo de investigación tiene una amplia experiencia en investigación con una tecnología de imágenes médicas no invasiva y libre de radiación llamada tomografía de impedancia eléctrica (EIT). EIT proporciona información regional de cambios en la ventilación. Esta fuente adicional de información podría ayudar a optimizar la ventilación mecánica al proporcionar a los médicos de cabecera un apoyo continuo para la toma de decisiones, ya que los datos de EIT se pueden utilizar para alertar cuando se detecta un colapso regional o una distensión excesiva. Sin embargo, hay pocos datos que describan los cambios en la distribución de la ventilación a lo largo del tiempo o a medida que cambia la condición del paciente.

Tomografía de impedancia eléctrica (EIT) Barber y Brown introdujeron la tomografía de impedancia eléctrica en la comunidad médica a principios de la década de 1980. A partir de ahí, se ha explorado un amplio espectro de aplicaciones en medicina que van desde el vaciado gástrico, la función cerebral, las imágenes de mama y la función pulmonar. Creemos que el beneficio más valioso de la EIT es el control de la función pulmonar regional en pacientes en estado crítico. Los primeros dispositivos EIT eran susceptibles a la baja sensibilidad y la interferencia de la señal en el entorno clínico. Después de años y un renovado interés de algunas empresas comerciales interesadas en la tecnología de ventilación, muchas de estas deficiencias se han resuelto. Al igual que con cualquier modalidad nueva, la EIT y su utilidad y aplicación clínicas deben explorarse metódicamente; por lo tanto, proponemos este protocolo IRB para acercarnos un paso más en este viaje para desarrollar una herramienta clínicamente útil9.

La tomografía de impedancia eléctrica aprovecha los cambios en la impedancia eléctrica entre los espacios llenos de aire y los espacios llenos de tejido o líquido para caracterizar y cuantificar la distribución regional del volumen pulmonar al lado de la cama. Esta tecnología ha sido validada en estudios con animales10 y humanos11, 12. La tecnología utiliza una serie de 16 electrodos colocados en el pecho del paciente. Como pequeñas corrientes, que son indetectables para el sujeto, pasan entre los electrodos, la impedancia se mide entre las series. A través de una interrogación y manipulación complejas de estos valores de impedancia, se forma una imagen bidimensional y se ha demostrado que se correlaciona con los cambios clínicos y radiográficos en los pacientes.11 La capacidad de estimar el volumen pulmonar y la distribución regional de gas de forma no invasiva y en tiempo real puede darnos una idea de qué modo de ventilación o configuración es más eficaz para optimizar la ventilación con presión positiva.

Hemos elegido asociarnos con Draeger Medical (Lubeck, Alemania) a través de una CTA para explorar el uso de su producto disponible comercialmente en Europa (no aprobado por la FDA), a través de la Directiva Europea 93/42/EEC (dispositivos médicos) y cumple con la norma EN ISO requisitos 9001 y EN ISO 13485. El Boston Children's Hospital tiene una amplia experiencia con su sistema prototipo que condujo al producto final llamado PulmoVista 500. El PulmoVista 500 utiliza 16 electrodos para medir los voltajes utilizados para la reconstrucción de imágenes. Las simulaciones matemáticas basadas en esta disposición de electrodos demuestran una resolución espacial del 15 % del diámetro torácico; sin embargo, la resolución disminuye al 20% hacia el centro del cuerpo. Mientras que los escáneres CT generalmente brindan imágenes que consisten en 512 x 512 o más píxeles, las imágenes EIT del PulmoVista 500 solo consisten en 32 x 32 píxeles, que son 256 veces menos píxeles en comparación con las imágenes CT9. Sin embargo, nuestro equipo tiene la intención de utilizar EIT al lado de la cama y dentro del entorno de la UCI para guiar la terapia de ventilación en el futuro en lugar de ser una herramienta de diagnóstico de alta resolución como la TC o la RM. Nuestra intención no es reemplazar la tomografía computarizada o la resonancia magnética del pulmón, sino desarrollar una herramienta de cabecera para guiar la ventilación en el futuro que se pueda aplicar de forma continua y con muy pocos riesgos. La caracterización de una cohorte de niños ventilados mecánicamente en estado crítico, como se propone en este protocolo, representa un paso importante hacia la utilidad clínica de la TIE.

C. Estudios preliminares Las estrategias actuales para proporcionar ventilación de protección pulmonar se basan en evitar las condiciones asociadas con la lesión pulmonar. Existe un interés creciente en el desarrollo de planes de tratamiento de ventilación mecánica individualizados. Se ha demostrado que el uso de EIT es un método preciso para monitorear los cambios regionales de volumen pulmonar en animales y humanos.10, 13, 14 Mientras que las imágenes radiológicas y de TIE brindan información sobre la distribución regional del aire en los pulmones, las características de imagen proporcionadas por estas modalidades son bastante diferentes. Las imágenes radiológicas del pulmón brindan información sobre el contenido de aire y reflejan, según el momento en que se tomaron las imágenes, el estado al final de la inspiración, al final de la expiración o una afección pulmonar intermedia. Las imágenes de TIE reflejan la función pulmonar, no el pulmón en sí, lo que significa que la TIE muestra regiones pulmonares ventiladas en lugar de estructuras morfológicas o anatómicas del pulmón.9 No obstante, la información regional contenida en las imágenes de TIE y TC está estrechamente relacionada entre sí cuando condiciones patológicas como derrame pleural o atelectasia conducen a regiones pulmonares no aireadas y no ventiladas. Mientras que las imágenes de TC muestran regiones de los pulmones con aire atrapado (p. neumotórax) en negro debido al gran contenido de aire, la EIT también muestra esas regiones en negro porque no están ventiladas.15, 16 Por el contrario, una imagen de TC puede indicar una región de tejido pulmonar consolidado en un color blanco debido al alto contenido de líquido, mientras que esta región puede mostrarse en la imagen EIT en color negro o azul oscuro, si esta región no está ventilada o solo parcialmente. .17 Se ha demostrado que la EIT en modelos animales y en informes de casos humanos es un determinante preciso de neumotórax.15, 18, 19 Más recientemente, varios investigadores han utilizado parámetros derivados de EIT para diferenciar el pulmón atelectásico, sobredistendido y reclutado adecuadamente en diferentes regiones pulmonares.10, 20-28 A pesar de la capacidad de la EIT para monitorear el comportamiento pulmonar regional, no se ha demostrado que el uso de índices derivados de la EIT mejore los resultados en animales o humanos con lesión pulmonar aguda hasta el año pasado cuando los Dres. Wolf, Arnold y sus colegas desarrollaron una estrategia de ventilación mecánica guiada por EIT que demostró ser prometedora en un modelo animal.29 A través de este modelo traslacional, pudieron demostrar que la ventilación guiada por EIT era superior a un protocolo de ventilación nacional y estandarizado llamado Acute Respiratory Distress Syndrome Network ( ARDSNet) Protocolo de ventilador.30-33 El objetivo de este estudio es estudiar la distribución regional en pacientes pediátricos que requieren terapia de ventilación mecánica.

D. Diseño y métodos (1) Diseño del estudio En un ensayo observacional prospectivo mediremos objetivamente la distensibilidad regional y la distribución de la ventilación mediante EIT en pacientes que requieren ventilación mecánica.

(3) Descripción de los tratamientos del estudio o exposiciones/predictores Después de asistir a la aprobación y el consentimiento informado, los pacientes que cumplan con los criterios de inclusión y ninguno de los criterios de exclusión (1) harán la transición exactamente a la misma configuración en el ventilador Draeger V500 aprobado por la FDA. (2) Se llevará a cabo una evaluación clínica por parte del terapeuta respiratorio y la enfermera responsables para garantizar que los entornos de transición sean apropiados y de acuerdo con el estándar de la práctica. (3) El dispositivo PulmoVista 500 EIT se configurará y se verificará la seguridad de acuerdo con el manual de capacitación y operación proporcionado. (4) El sistema de electrodos proporcionado se colocará alrededor del tórax del paciente como se muestra en la figura 2. (5) El sistema EIT se conectará al conjunto de electrodos y al ventilador V500. (6) Una vez que se determine que la calidad de la señal es adecuada, se realizará una grabación y se guardará de forma segura. (7) El dispositivo y el cinturón EIT se quitarán y se devolverán al almacenamiento y el ventilador V500 permanecerá en el paciente durante el ciclo de ventilación. El compromiso de tiempo inicial de configuración y monitoreo es de aproximadamente 1 hora. (8) Se realizarán registros repetidos cada mañana durante los primeros 5 días, luego cada dos días si se requieren > 5 días de ventilación mecánica y dentro de las 2 horas posteriores a intervenciones importantes como posicionamiento en decúbito prono, aumento o disminución de PEEP o MAP de 2 cmH2O o más, maniobras de reclutamiento, intubación (si está en ventilación no invasiva), y antes y después de la extubación. Los eventos de monitoreo de seguimiento serán de aproximadamente 30 minutos. No se realizará ninguna sesión de preparación o monitoreo sin la aprobación de la enfermera de cabecera y el terapeuta respiratorio.

Modificación de exposiciones de tratamiento

La transición del paciente al ventilador Draeger V500 no ocurrirá en las siguientes situaciones:

1. Los pacientes que la investigación en colaboración con el equipo médico considere demasiado inestables para la transición al V500, pero que sean lo suficientemente estables para aplicar el cinturón EIT, se estudiarán sin el ventilador Draeger V500. En su lugar, se llevará a cabo el registro manual de la configuración y las mediciones del ventilador.
2. Pacientes inscritos que reciben ventilación no invasiva. (5) Métodos de recopilación de datos, evaluaciones, intervenciones y cronograma (qué evaluaciones se realizaron, con qué frecuencia) Los datos se recopilarán de varias fuentes. La evaluación inicial se realizará dentro de las 48 horas posteriores al inicio de la ventilación mecánica. Se registrarán los signos vitales, los últimos gases en sangre, el informe CXR, la configuración del ventilador, la mecánica pulmonar y las imágenes de EIT. Los signos vitales se obtendrán de T3. El gas en sangre se capturará de Powerchart. La mecánica pulmonar y las imágenes de TIE se obtendrán del sistema PulmoVista 500. El PulmoVista obtendrá la configuración del ventilador y la mecánica pulmonar a través de una conexión al ventilador Draeger V500. Se registrará un diagrama de flujo manual (papel) de los hallazgos y se comparará con los archivos electrónicos. Una vez verificado, el diagrama de flujo manual se desechará correctamente.

El sistema Pulmovista 500 analiza no solo la distribución regional de la ventilación, sino también información clínicamente útil y actualmente registrada, como la distensibilidad dinámica, la resistencia y la configuración del ventilador. Si bien el equipo de investigación no guiará la ventilación en este momento a partir de imágenes/datos de EIT, los datos de tendencias resumidos diariamente pueden ser útiles. Los padres no serán excluidos de ver las imágenes si así lo desean. Sin embargo, no se compartirán datos a menos que lo solicite el equipo. Las imágenes o los datos de EIT no se utilizarán para la atención o las intervenciones clínicas de rutina, a menos que exista un problema de seguridad en el que se notificará de inmediato al equipo y se le pedirá que evalúe clínicamente. Consulte la sección Riesgo/Beneficio del protocolo CHeRP en línea.

(6) Cronograma del estudio (según corresponda)

1. La configuración inicial y el registro se realizarán lo antes posible después del inicio de la ventilación mecánica. Se prevé que la configuración y la grabación totales tomen 1 hora.
2. Se realizarán registros posteriores de rutina todas las mañanas durante los primeros 5 días de ventilación mecánica; luego cada dos días hasta la liberación.
3. Los registros intervencionistas se realizarán dentro de las 2 horas posteriores a cambios de 2 cmH2O o más en PEEP o MAP, posición prona, intubación, extubación o modos de ventilación (incluidos ECMO o HFV).

E. Criterios de eventos adversos y procedimientos de notificación Se controlarán las siguientes complicaciones durante el proceso de imaginación, que incluyen los plazos de estudio 1 a 3 anteriores, y las complicaciones mayores se informarán de inmediato al IRB. Los eventos menores incluyen: irritación de la piel que continúa durante > de 1 hora después de quitarse el cinturón, aumento de la frecuencia respiratoria > 20 %, hipoventilación temporal determinada por un aumento de ETCO2 de 10 mmHg, aumento temporal de la FIO2 de > 0,3 y hipoxia determinada por una desaturación (<88%) durante más de 1 minuto. Los eventos menores que ocurran más de 3 veces se informarán al IRB con un plan de acción sobre cómo evitarlos.

Los principales eventos que detendrán el estudio y se informarán de inmediato al IRB son:

• Desaturación < 80 % (controlada continuamente por oximetría de pulso) durante más de 1 minuto.
• Bradicardia < 60 lpm
• Se determinó que la disminución de la distensibilidad pulmonar está asociada con el cinturón. Todos los eventos adversos serán revisados ​​semanalmente por todo el equipo de investigación y se desarrollará un informe detallado del caso. Si los eventos mayores o menores ocurren más de 3 veces, el estudio no continuará hasta que el equipo de investigación y el IRB consideren que es seguro continuar.

F. Métodos de gestión de datos Al ingresar, a cada paciente se le asignará un número único y desvinculado de su registro médico con el fin de realizar un seguimiento del paciente. Este número se ingresará en una base de datos de investigación protegida por contraseña (RedCap) de propiedad privada del BCH a la que solo puede acceder el personal del estudio del BCH.

Se mantendrá una hoja de cálculo junto a la cama durante los períodos de recopilación de datos para que cada punto de datos se ingrese manualmente. Esta hoja de cálculo será destruida una vez que se hayan verificado los datos eléctricos y manuales.

G. Método de Control de Calidad La calidad de la transferencia de datos será asegurada por un segundo investigador, quien confirmará los datos manuales y electrónicos. Se usará el software RedCap y SPSS para ayudar a analizar los datos y garantizar la integridad de los datos mediante el establecimiento de alertas para campos no completados, así como para resultados inesperados o posiblemente ingresados ​​incorrectamente.

H. Datos del plan de análisis de datos EIT: El sistema de imágenes pulmonares es el Dräger PulmoVista 500 (Dräger Medical, Lübeck, Alemania). Se colocarán dieciséis electrodos coplanares equidistantes alrededor del tórax al nivel del sexto espacio intercostal paraesternal. El electrodo de referencia se colocará en el lado derecho del abdomen cerca de la cintura. Los electrodos #1 y #16 se colocan simétricamente a la izquierda y la derecha del esternón, respectivamente, de modo que los electrodos #8 y #9 estén a ambos lados de la columna vertebral. Esta configuración conduce a imágenes transversales en la convención radiológica, de caudal a craneal, similar a una tomografía computarizada. La reconstrucción de la imagen pulmonar se realizará de acuerdo con el consenso de Graz para tomografía de impedancia eléctrica (GREIT)34 utilizando el software de reconstrucción óptica difusa e impedancia eléctrica35. Los datos de cada sujeto se filtrarán y las imágenes se reconstruirán utilizando la plataforma de software de código abierto antes mencionada. Luego, cada imagen pulmonar reconstruida se segmentará en regiones de interés y se transcribirán los cambios en la impedancia de cada región. El procedimiento se repetirá para cada una de las grabaciones de EIT de los sujetos individuales. Además, emplearemos, solo de manera observacional, un algoritmo que fue desarrollado por el grupo de investigación actual para identificar cuándo es probable que los cambios en la mecánica pulmonar reflejen sobredistensión o colapso del pulmón.20 Estos puntos discretos y los ajustes del ventilador mecánico en los que se recopilaron se transcribirán y compararán con el estándar de atención por unidad de práctica. Los cambios de impedancia indican qué tan abierto o cerrado está el pulmón. Este enfoque ha sido descrito previamente en detalle por nuestro grupo de investigación.20 I. Potencia estadística y consideraciones de la muestra Categorías de edad

1- < 6 meses 6 meses - < 1 año 1-7 años 8-14 años > 14 años Este es un estudio observacional piloto de niños ventilados mecánicamente dentro de nuestras UCI pediátricas. Hemos propuesto un objetivo de 50 pacientes en dos años. Anticipamos una tasa de deserción del 10%. Nuestro objetivo sería obtener de 5 a 7 pacientes para cada categoría de edad a continuación. Dado que nuestra experiencia y los datos preliminares dentro de este campo se refieren a lesiones pulmonares graves y el hecho de que deseamos explorar pacientes heterogéneos con ventilación mecánica, no hemos podido determinar con precisión el tamaño de la muestra y, por lo tanto, hemos determinado que se trata de un estudio piloto. . Se dará preferencia a los pacientes con enfermedad pulmonar de bajo volumen como, entre otros, ARDS, CDH, insuficiencia respiratoria hipóxica, pacientes transferidos para posible ECMO y asmáticos.

J. Organización del estudio Estudio piloto de una sola institución.