Havainnollinen kohorttitutkimus ilmanvaihdon jakautumisesta lapsipotilailla, jotka vaativat mekaanista ilmanvaihtoa sähköimpedanssitomografialla (EIT)

A. Erityiset tavoitteet/tavoitteet Erityistavoite 1: Määrittää ilmanvaihdon alueellinen vaatimustenmukaisuus ja jakautuminen mekaanista ilmanvaihtoa tarvitsevalle lapsiryhmälle. Hypoteesi - Kaikilla potilailla havaitaan epänormaali ventilaation jakautuminen.

Erityinen tavoite 2: Selvittää muutoksia ventilaation alueellisessa jakautumisessa koneellisen ventilaatiohoidon aikana. Hypoteesi - Alueellisen ventilaation jakautuminen muuttuu merkittävästi, kun potilaan keuhkojen toiminta paranee ja he etenevät kohti vapautumista koneellisesta ventilaatiosta.

Erityinen tavoite 3: Vertaa BCH-tutkimusryhmän aiemmin kehittämiä EIT-ohjattuja ventilaatioalgoritmeja lääketieteellisten ryhmien mekaanista ventilaatiota koskeviin päätöksiin. Hypoteesi – EIT-ohjatut ventilaatioalgoritmit tunnistavat muutokset, jotka minimoivat atelektaasin ja ylituloksen, nopeammin kuin kliinisen tiimin päätökset.

B. Tausta ja merkitys Mekaanista hengityslaitetta koskevat kliiniset päätökset perustuvat vahvasti kliiniseen harkintaan, joka perustuu tyypillisesti ajoittaisiin ja subjektiivisiin arvioihin relevanteista fysiologisista parametreista, jotka kuvastavat vain keuhkojen globaalia toimintaa ja ottamatta huomioon ventilaation alueellista jakautumista. Viime aikoihin asti ei ole ollut tapaa määrittää ventilaation alueellista jakautumista altistamatta potilasta säteilylle rintakehän röntgenkuvan (CXR) tai tietokoneavusteisen tomografian (CT) muodossa. CT ja CXR tarjoavat aluekohtaisia ​​tietoja, mutta vain tilannekuvana ajassa. On haastavaa määrittää, kuinka keuhkojen eri alueet reagoivat terapeuttisiin interventioihin ajan myötä. Tutkimusryhmällämme on kuitenkin laaja tutkimuskokemus ei-invasiivisesta ja säteilyttömästä lääketieteellisestä kuvantamistekniikasta nimeltä sähköinen impendenssitomografia (EIT). EIT tarjoaa alueellista tietoa ilmanvaihdon muutoksista. Tämä lisätietolähde voisi auttaa optimoimaan mekaanisen ventilaation tarjoamalla jatkuvaa päätöksentekotukea sängyn vieressä oleville kliinikoille, koska EIT-tietoja voidaan käyttää hälyttämään, kun alueellinen romahdus tai liiallinen laajeneminen havaitaan. On kuitenkin vähän tietoa, joka kuvaa muutoksia ventilaation jakautumisessa ajan kuluessa tai potilaan tilan muuttuessa.

Sähköimpedanssitomografia (EIT) Barber ja Brown esittelivät sähköimpedanssitomografian lääketieteelliselle yhteisölle 1980-luvun alussa. Sieltä on tutkittu laaja valikoima sovelluksia lääketieteessä mahalaukun tyhjenemisestä, aivotoiminnasta, rintojen kuvantamisesta keuhkojen toimintaan. Uskomme, että EIT:n arvokkain hyöty on kriittisesti sairaiden potilaiden alueellisen keuhkojen toiminnan seuranta. Varhaiset EIT-laitteet olivat herkkiä huonolle herkkyydelle ja signaalihäiriöille kliinisissä olosuhteissa. Vuosien ja muutaman ilmanvaihtotekniikasta kiinnostuneiden kaupallisten yritysten kiinnostuksen jälkeen monet näistä puutteista on korjattu. Kuten minkä tahansa uuden menetelmän kanssa, EIT:tä ja sen kliinistä hyötyä ja sovellusta on tutkittava järjestelmällisesti. siksi ehdotamme tätä IRB-protokollaa viemään meidät askeleen lähemmäksi tällä matkalla kliinisesti hyödyllisen työkalun kehittämiseksi9.

Sähköimpedanssitomografia hyödyntää sähköisen impedanssin muutoksia ilmalla täytettyjen ja kudosten tai nesteen täyttämien tilojen välillä, jotta voidaan karakterisoida ja kvantifioida keuhkojen tilavuuden alueellinen jakautuminen sängyn vieressä. Tämä tekniikka on validoitu eläin10 ja ihmis11, 12 tutkimuksissa. Tekniikka hyödyntää 16 elektrodin sarjaa, jotka on sijoitettu potilaan rinnalle. Kun pieniä virtoja, joita kohde ei havaitse, johdetaan elektrodien välillä, impedanssi mitataan sarjan välillä ja niiden välillä. Näiden impedanssiarvojen monimutkaisen kyselyn ja manipuloinnin avulla muodostuu kaksiulotteinen kuva, jonka on osoitettu korreloivan potilaiden kliinisten ja radiografisten muutosten kanssa.11 Kyky arvioida keuhkojen tilavuutta ja kaasun alueellista jakautumista ei-invasiivisesti ja reaaliajassa voi antaa meille käsityksen siitä, mikä ventilaatiotapa tai asetus on tehokkaampi positiivisen paineen ventilaation optimoinnissa.

Olemme päättäneet tehdä yhteistyötä Draeger Medicalin (Lyypekki, Saksa) kanssa CTA:n kautta tutkiaksemme heidän kaupallisesti saatavilla olevan tuotteen käyttöä Euroopassa (ei FDA-hyväksytty), EU:n direktiivin 93/42/ETY (lääketieteelliset laitteet) mukaisesti ja täyttää EN ISO vaatimukset. 9001 ja EN ISO 13485 vaatimukset. Bostonin lastensairaalalla on laaja kokemus prototyyppijärjestelmästään, joka johti lopputuotteeseen nimeltä PulmoVista 500. PulmoVista 500 käyttää 16 elektrodia kuvan rekonstruktiossa käytettyjen jännitteiden mittaamiseen. Tähän elektrodijärjestelyyn perustuvat matemaattiset simulaatiot osoittavat, että spatiaalinen resoluutio on 15 % rintakehän halkaisijasta; erottelukyky kuitenkin laskee 20 %:iin kohti kehon keskustaa. Vaikka CT-skannerit tarjoavat yleensä kuvia, joissa on vähintään 512 x 512 pikseliä, PulmoVista 500:n EIT-kuvat koostuvat vain 32 x 32 pikselistä, mikä on 256 kertaa vähemmän pikseliä verrattuna CT-kuviin9. Tiimimme aikoo kuitenkin käyttää EIT:tä sängyn vieressä ja teho-osastolla ohjaamaan hengityshoitoa tulevaisuudessa sen sijaan, että se olisi korkearesoluutioinen diagnostinen työkalu, kuten CT tai MRI. Tarkoituksenamme ei ole korvata keuhkojen TT- tai MRI-kuvausta, vaan kehittää tulevaisuuden ventilaatiota ohjaava vuodetyökalu, jota voidaan käyttää jatkuvasti ja erittäin vähäisin riskein. Tässä protokollassa ehdotettu kriittisesti sairaiden mekaanisesti ventiloitujen lasten kohortin karakterisointi on tärkeä askel kohti EIT:n kliinistä hyötyä.

C. Alustavat tutkimukset Nykyiset strategiat keuhkoja suojaavan ventilaation tarjoamiseksi perustuvat keuhkovaurioon liittyvien tilojen välttämiseen. Kiinnostus yksilöllisten koneellisen ilmanvaihdon hoitosuunnitelmien kehittämiseen kasvaa. EIT:n käytön on osoitettu olevan tarkka menetelmä eläinten ja ihmisten alueellisten keuhkojen tilavuuden muutosten seurantaan. 13, 14 Vaikka radiologiset ja EIT-kuvat antavat molemmat tietoa ilman alueellisesta jakautumisesta keuhkoissa, näiden modaliteettien tarjoamat kuvan ominaisuudet ovat melko erilaisia. Keuhkojen radiologiset kuvat antavat tietoa ilman sisällöstä ja heijastavat kuvanottohetkestä riippuen sisäänhengityksen, uloshengityksen lopputilan tai keuhkojen tilaa jossain välissä. EIT-kuvat heijastavat keuhkojen toimintaa, eivät itse keuhkoja, mikä tarkoittaa, että EIT näyttää ventiloidut keuhkoalueet keuhkojen morfologisten tai anatomisten rakenteiden sijaan.9 Siitä huolimatta EIT- ja CT-kuvien sisältämät alueelliset tiedot liittyvät läheisesti toisiinsa, kun patologiset tilat, kuten keuhkopussin effuusio tai atelektaasi, johtavat ilmastettuihin ja ei-ventiloituneisiin keuhkoalueisiin. Vaikka TT-kuvissa näkyy keuhkoalueita, joissa on ilmaa (esim. ilmarinta) mustana suuren ilmapitoisuuden vuoksi, EIT näyttää nämä alueet myös mustina, koska niitä ei tuuleteta.15, 16 Sitä vastoin CT-kuva voi osoittaa konsolidoituneen keuhkokudoksen alueen valkoisena korkean nestepitoisuuden vuoksi, kun taas tämä alue saattaa näkyä EIT-kuvassa mustana tai tummansinisenä, jos tätä aluetta ei tuuleteta tai se on vain osittain tuuletettu. .17 EIT:n on osoitettu eläinmalleissa ja ihmisraporteissa olevan tarkka ilmarintakehän määrittäjä15, 18, 19 Viime aikoina useat tutkijat ovat käyttäneet EIT:stä johdettuja parametreja erottamaan atelektaattiset, ylipainetut ja riittävästi värvätyt keuhkot eri keuhkoalueilla.10, 20-28 Huolimatta EIT:n kyvystä seurata alueellista keuhkojen käyttäytymistä, EIT:stä johdettujen indeksien käytön ei ole osoitettu parantavan tuloksia eläimillä tai ihmisillä, joilla on akuutti keuhkovaurio, ennen kuin viime vuonna Dr. Wolf, Arnold ja kollegat kehittivät EIT-ohjatun mekaanisen ventilaatiostrategian, joka osoitti lupaavuutta eläinmallissa.29 Tämän translaatiomallin avulla he pystyivät osoittamaan, että EIT:n ohjattu ventilaatio oli parempi kuin kansallinen ja standardoitu ventilaatioprotokolla, nimeltään Acute Respiratory Distress Syndrome Network (Acute Respiratory Distress Syndrome Network). ARDSNet) Ventilator Protocol.30-33 Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää alueellista jakautumista lapsipotilaille, jotka tarvitsevat koneellista ventilaatiohoitoa.

D. Suunnittelu ja menetelmät (1) Tutkimuksen suunnittelu Prospektiivisessa havaintotutkimuksessa mittaamme objektiivisesti EIT:n ventilaation alueellista noudattamista ja jakautumista potilailla, jotka tarvitsevat koneellista ventilaatiota.

(3) Kuvaus tutkimushoidoista tai altistumisesta/ennusteista Saavuttuaan hyväksynnän ja tietoisen suostumuksen potilaat, jotka täyttävät sisällyttämiskriteerit eivätkä mitkään poissulkemiskriteereistä, (1) siirtyvät täsmälleen samaan asetukseen FDA:n hyväksymässä Draeger V500 -hengityslaitteessa. (2) Vastuullisen hengitysterapeutin ja sairaanhoitajan suorittama kliininen arviointi sen varmistamiseksi, että siirretyt asetukset ovat asianmukaisia ​​ja käytäntöjen mukaisia. (3) PulmoVista 500 EIT -laite asennetaan ja turvallisuus tarkistetaan toimitetun koulutus- ja käyttöohjeen mukaisesti. (4) Mukana toimitettu elektrodijärjestelmä sijoitetaan potilaan rintakehän ympärille kuvan 2 mukaisesti. (5) EIT-järjestelmä liitetään elektrodijärjestelmään ja V500-hengityslaitteeseen. (6) Kun signaalin laatu on todettu sopivaksi, tallennus suoritetaan ja tallennetaan turvallisesti. (7) EIT-vyö ja laite poistetaan ja palautetaan varastoon, ja V500-hengityslaite jää potilaalle hengityslaitekurssia varten. Alkuasetus- ja valvonta-aika on noin 1 tunti. (8) Toistuvia tallennuksia tehdään joka aamu ensimmäisten 5 päivän ajan, sitten joka toinen päivä, jos vaaditaan > 5 päivää koneellista ventilaatiota, ja 2 tunnin sisällä merkittävistä toimenpiteistä, kuten makuuasennosta, PEEP:n tai MAP:n nostamisesta tai pienentämisestä 2 cmH2O tai enemmän, rekrytointitoimenpiteet, intubaatio (jos käytössä ei-invasiivinen ventilaatio) sekä ennen ja jälkeen ekstuboinnin. Seurantaseurantatapahtumat kestävät noin 30 minuuttia. Mitään asennus- tai seurantaistuntoa ei tehdä ilman vuodehoitajan ja hengitysterapeutin hyväksyntää.

Hoitoaltistuksen muuttaminen

Potilaan siirtyminen Draeger V500 -hengityslaitteeseen ei tapahdu seuraavissa tilanteissa:

1. Potilaita, jotka ovat olleet liian epävakaita tutkimuksessa yhteistyössä lääkintätiimin kanssa siirtyäkseen V500:aan, mutta jotka ovat kuitenkin riittävän vakaita EIT-vyön käyttöön, tutkitaan ilman Draeger V500 -hengityslaitetta. Sen sijaan hengityslaitteen asetukset ja mittaukset tallennetaan manuaalisesti.
2. Mukaan otetut potilaat, jotka saavat noninvasiivista ventilaatiota. (5) Tiedonkeruumenetelmät, arvioinnit, interventiot ja aikataulu (mitä arviointeja suoritettiin, kuinka usein) Tietoja kerätään useista lähteistä. Alkuarviointi suoritetaan 48 tunnin kuluessa koneellisen ilmanvaihdon aloittamisesta. Elintoiminnot, viimeisin verikaasu, CXR-raportti, hengityslaitteen asetukset, keuhkomekaanikko ja EIT-kuvat tallennetaan. Elintoiminnot kerätään T3:sta. Verikaasu kerätään Powerchartista. Pulmonaalimekaniikka ja EIT-kuvat saadaan PulmoVista 500 -järjestelmästä. PulmoVista saa ventilaattorin asetukset ja keuhkojen mekaniikka yhteyden Draeger V500 -hengityslaitteeseen. Havainnoista tallennetaan manuaalinen vuokaavio (paperi), jota verrataan sähköisiin tiedostoihin. Kun manuaalinen kulkutaulukko on vahvistettu, se hävitetään asianmukaisesti.

Pulmovista 500 -järjestelmä ei suuntaa pelkästään ventilaation alueellista jakautumista vaan myös kliinisesti hyödyllisiä ja tällä hetkellä tallennettuja tietoja, kuten dynaamista yhteensopivuutta, vastusta ja hengityslaitteen asetuksia. Vaikka tutkimusryhmä ei ohjaa ilmanvaihtoa tällä hetkellä EIT-kuvien/tietojen perusteella, päivittäin kootut trenditiedot voivat olla hyödyllisiä. Vanhempia ei suljeta pois katsomasta kuvia, jos he haluavat. Tietoja ei kuitenkaan jaeta, ellei tiimi sitä pyydä. EIT-kuvia tai -dataa ei käytetä rutiininomaiseen kliiniseen hoitoon tai interventioihin, ellei ole turvallisuusongelmia, joista tiimille ilmoitetaan välittömästi ja pyydetään tekemään kliininen arviointi. Katso online-CHeRP-protokollan riski/hyöty-osio.

(6) Tutkimuksen aikajana (soveltuvin osin)

1. Alkuasetukset ja tallennus suoritetaan mahdollisimman pian koneellisen ilmanvaihdon aloittamisen jälkeen. Kokonaisasetusten ja tallennusten odotetaan kestävän 1 tunnin.
2. Säännölliset myöhemmät tallennukset tehdään joka aamu ensimmäisten 5 päivän aikana koneellisen tuuletuksen aikana; sitten joka toinen päivä vapautumiseen asti.
3. Interventiotallennukset tehdään 2 tunnin sisällä 2 cmH2O:n tai suuremman muutoksen jälkeen PEEP:ssä tai MAP:ssa, makuuasennossa, intubaatiossa, ekstubaatiossa tai ventilaatiotapoissa (mukaan lukien ECMO tai HFV).

E. Haittavaikutusten kriteerit ja raportointimenettelyt Seuraavia komplikaatioita seurataan kuvitteluprosessin aikana, mukaan lukien yllä olevat tutkimusaikajanat 1-3, ja tärkeimmistä komplikaatioista ilmoitetaan välittömästi IRB:lle. Vähäisiä tapahtumia ovat: ihoärsytys, joka jatkuu yli 1 tunnin ajan vyön poistamisen jälkeen, hengitystiheyden lisääntyminen > 20 %, ajallinen hypoventilaatio, joka määräytyy ETCO2:n lisääntymisenä 10 mmHg, FIO2:n ajallinen nousu > 0,3 ja ajallinen hypoksia, joka määräytyy yli 1 minuutin desaturaatiolla (<88 %). Pienet tapahtumat, jotka tapahtuvat yli 3 kertaa, raportoidaan IRB:lle toimintasuunnitelman kanssa niiden välttämiseksi.

Tärkeimmät tapahtumat, jotka pysäyttävät tutkimuksen ja joista ilmoitetaan välittömästi IRB:lle, ovat:

• Desaturaatio < 80 % (seurataan jatkuvasti pulssioksimetrialla) yli 1 minuutin ajan.
• Bradykardia < 60 BPM
• Keuhkojen mukautumisen heikkeneminen, jonka on todettu liittyvän vyöhön. Koko tutkimusryhmä arvioi kaikki haittatapahtumat viikoittain, ja niistä laaditaan yksityiskohtainen tapausraportti. Jos suuria tai pieniä tapahtumia esiintyy enemmän kuin 3 kertaa, tutkimusta ei jatketa ​​ennen kuin tutkimusryhmä ja IRB kokevat, että sen jatkaminen on turvallista.

FI Tämä numero syötetään yksityisomistuksessa olevaan BCH-salasanalla suojattuun tutkimustietokantaan (RedCap), joka on vain BCH:n tutkimushenkilöstön käytettävissä.

Laskentataulukkoa pidetään sängyn vieressä tiedonkeruujaksojen aikana jokaista manuaalisesti syötettävää tietopistettä varten. Tämä laskentataulukko tuhotaan, kun sähköiset ja manuaaliset tiedot on vahvistettu.

G. Laadunvalvontamenetelmä Tietojen siirron laadun varmistaa toinen tutkija, joka vahvistaa manuaaliset ja sähköiset tiedot. RedCap- ja SPSS-ohjelmistoja käytetään tietojen analysointiin ja tietojen eheyden varmistamiseen luomalla hälytyksiä täyttämättömistä kentistä sekä odottamattomista tai mahdollisesti väärin syötetyistä tuloksista.

H. Tietojen analysointisuunnitelma EIT:n tiedot: Keuhkojen kuvantamisjärjestelmä on Dräger PulmoVista 500 (Dräger Medical, Lyypekki, Saksa). Kuusitoista koplanaarista elektrodia sijoitetaan tasavälein rintakehän ympärille parasternaalisen kuudennen kylkiluiden välisen tilan tasolle. Vertailuelektrodi asetetaan vatsan oikealle puolelle vyötärön lähelle. Elektrodit #1 ja #16 on sijoitettu symmetrisesti rintalastan vasemmalle ja oikealle puolelle, niin että elektrodit #8 ja #9 ulottuivat selkärangan yli. Tämä konfiguraatio johtaa poikittaisiin kuviin radiologisessa sopimuksessa, kaudaalisesta kraniaaliseen, samankaltaisiin kuin kissan skannaus. Keuhkojen kuvan rekonstruktio tehdään Grazin sähköimpedanssitomografiaa koskevan konsensuksen (GREIT)34 mukaisesti käyttämällä sähköimpedanssi- ja diffuusioptista rekonstruktioohjelmistoa.35 Jokaisen koehenkilön tiedot suodatetaan ja kuvat rekonstruoidaan käyttämällä edellä mainittua avoimen lähdekoodin ohjelmistoalustaa. Jokainen rekonstruoitu keuhkokuva segmentoidaan sitten kiinnostaviin alueisiin ja kunkin alueen impedanssin muutokset transkriptoidaan. Toimenpide toistetaan jokaisen yksittäisen EIT-tallenteen kohdalla. Lisäksi käytämme vain havainnollisesti nykyisen tutkimusryhmän kehittämää algoritmia tunnistamaan, milloin keuhkojen mekaniikassa tapahtuvat muutokset todennäköisesti heijastavat keuhkojen liiallista venymistä tai romahtamista.20 Nämä erilliset pisteet ja mekaanisen hengityslaitteen asetukset, joiden perusteella ne kerättiin, kopioidaan ja niitä verrataan yksikkökohtaiseen hoitotasoon. Impedanssin muutokset osoittavat, kuinka avoin tai suljettu keuhko on. Tutkimusryhmämme on aiemmin kuvannut tätä lähestymistapaa yksityiskohtaisesti.20 I. Tilastollinen teho ja otantanäkökohdat Ikäluokat

1- < 6 kuukautta 6 kuukautta - < 1 vuosi 1-7 vuotta 8-14 vuotta > 14 vuotta Tämä on pilottihavaintotutkimus, joka koskee mekaanisesti ventiloituja lapsia lasten teho-osastoillamme. Olemme ehdottaneet tavoitteeksi 50 potilasta kahden vuoden sisällä. Odotamme 10 prosentin keskeyttämisprosentin. Tavoitteemme olisi saada 5-7 potilasta jokaiseen alla olevaan ikäluokkaan. Koska kokemuksemme ja alustavat tiedot tällä alalla liittyvät vakavaan keuhkovaurioon ja siihen, että haluamme tutkia heterogeenista mekaanisesti ventiloitua potilasta, emme ole pystyneet määrittämään tarkasti otoskokoa ja siksi olemme päättäneet tämän pilottitutkimukseksi. . Etusija annetaan pienivoluisille keuhkosairauspotilaille, kuten ARDS:lle, CDH:lle, hypoksiselle hengitysvajaukselle, mahdolliselle ECMO:lle siirretyille potilaille ja astmaatikoille, mutta niihin rajoittumatta.

J. Opintoorganisaatio Yhden oppilaitoksen pilottitutkimus.