Étude observationnelle de cohorte sur la distribution de la ventilation en pédiatrie nécessitant une ventilation mécanique par tomographie par impédance électrique (EIT)

A. Buts/Objectifs spécifiques But spécifique 1 : Déterminer la conformité régionale et la distribution de la ventilation dans une cohorte d'enfants nécessitant une ventilation mécanique. Hypothèse - Une distribution anormale de la ventilation sera découverte chez tous les patients.

Objectif spécifique 2 : Déterminer les changements dans la distribution régionale de la ventilation au cours de la thérapie par ventilation mécanique. Hypothèse - La distribution de la ventilation régionale changera de manière significative à mesure que la fonction pulmonaire du patient s'améliore et qu'il progresse vers la libération de la ventilation mécanique.

Objectif spécifique 3 : Comparer les algorithmes de ventilation guidée EIT précédemment développés par l'équipe de recherche BCH avec les décisions de l'équipe médicale concernant la ventilation mécanique. Hypothèse - Les algorithmes de ventilation guidée EIT identifieront les changements pour minimiser l'atélectasie et la surdistension plus tôt que les décisions de l'équipe clinique.

B. Contexte et signification Les décisions cliniques concernant le ventilateur mécanique reposent fortement sur un jugement clinique généralement basé sur des évaluations intermittentes et subjectives des paramètres physiologiques pertinents qui ne reflètent que la fonction pulmonaire globale et sans tenir compte de la distribution régionale de la ventilation. Jusqu'à récemment, il n'existait aucun moyen de déterminer la distribution régionale de la ventilation sans exposer un patient à des radiations sous la forme d'une radiographie thoracique (CXR) ou d'une tomographie assistée par ordinateur (CT). CT et CXR fournissent des informations spécifiques à la région, mais uniquement sous forme d'instantané dans le temps. Il est difficile de déterminer comment différentes régions du poumon réagissent aux interventions thérapeutiques au fil du temps. Cependant, notre équipe de recherche possède une vaste expérience de recherche avec une technologie d'imagerie médicale non invasive et sans rayonnement appelée tomographie par impédance électrique (EIT). EIT fournit des informations régionales sur les changements de ventilation. Cette source d'informations supplémentaire pourrait aider à optimiser la ventilation mécanique en fournissant aux cliniciens de chevet une aide à la décision continue, car les données EIT peuvent être utilisées pour alerter en cas de détection d'un collapsus régional ou d'une surdistension. Cependant, il existe peu de données décrivant les changements dans la distribution de la ventilation au fil du temps ou à mesure que l'état du patient change.

Tomographie par impédance électrique (EIT) Barber et Brown ont introduit la tomographie par impédance électrique dans la communauté médicale au début des années 1980. À partir de là, un large éventail d'applications en médecine allant de la vidange gastrique, de la fonction cérébrale, de l'imagerie mammaire à la fonction pulmonaire ont été explorées. Nous sommes convaincus que l'avantage le plus précieux de l'EIT réside dans la surveillance de la fonction pulmonaire régionale chez les patients gravement malades. Les premiers appareils EIT étaient sensibles à une mauvaise sensibilité et à des interférences de signal dans le cadre clinique. Après des années et un regain d'intérêt de la part de quelques entreprises commerciales intéressées par la technologie de ventilation, bon nombre de ces lacunes ont été résolues. Comme pour toute nouvelle modalité, l'EIT, son utilité clinique et son application doivent être méthodiquement explorées ; par conséquent, nous proposons ce protocole IRB pour nous rapprocher de ce voyage pour développer un outil cliniquement utile9.

La tomographie par impédance électrique capitalise sur les changements d'impédance électrique entre les espaces remplis d'air par rapport aux tissus ou aux espaces remplis de liquide afin de caractériser et de quantifier la distribution régionale du volume pulmonaire au chevet du patient. Cette technologie a été validée dans des études animales10 et humaines11, 12. La technologie utilise une série de 16 électrodes placées sur la poitrine du patient. Comme de petits courants, qui sont indétectables pour le sujet, passent entre les électrodes, l'impédance est mesurée entre et parmi les séries. Grâce à une interrogation et à une manipulation complexes de ces valeurs d'impédance, une image bidimensionnelle est formée et il a été démontré qu'elle est corrélée aux changements cliniques et radiographiques chez les patients.11 La capacité d'estimer le volume pulmonaire et la distribution régionale des gaz de manière non invasive et en temps réel peut nous donner un aperçu du mode de ventilation ou du réglage le plus efficace pour optimiser la ventilation à pression positive.

Nous avons choisi de nous associer à Draeger Medical (Lubeck, Allemagne) par le biais d'un CTA pour explorer l'utilisation de leur produit disponible dans le commerce en Europe (non approuvé par la FDA), par le biais de la directive européenne 93/42/CEE (dispositifs médicaux) et répond à la norme EN ISO Exigences 9001 et EN ISO 13485. Le Boston Children's Hospital possède une vaste expérience avec son système prototype qui a conduit au produit final nommé PulmoVista 500. Le PulmoVista 500 utilise 16 électrodes pour mesurer les tensions utilisées pour la reconstruction de l'image. Les simulations mathématiques basées sur cet agencement d'électrodes démontrent une résolution spatiale de 15 % du diamètre thoracique ; cependant la résolution diminue à 20% vers le centre du corps. Alors que les scanners CT fournissent généralement des images composées de 512 x 512 pixels ou plus, les images EIT du PulmoVista 500 se composent uniquement de 32 x 32 pixels, soit 256 fois moins de pixels par rapport aux images CT9. Cependant, notre équipe a l'intention d'utiliser l'EIT au chevet du patient et dans l'environnement des soins intensifs pour guider la thérapie de ventilation à l'avenir plutôt que d'être un outil de diagnostic à haute résolution tel que la tomodensitométrie ou l'IRM. Notre intention n'est pas de remplacer l'imagerie CT ou IRM du poumon, mais de développer un outil de chevet pour guider la ventilation à l'avenir qui peut être appliqué en continu et avec très peu de risques. La caractérisation d'une cohorte d'enfants ventilés mécaniquement gravement malades, telle que proposée dans ce protocole représente une étape importante vers l'utilité clinique de l'EIT.

C. Études préliminaires Les stratégies actuelles pour fournir une ventilation protectrice des poumons reposent sur le fait d'éviter les conditions associées aux lésions pulmonaires. Il existe un intérêt croissant pour le développement de plans de traitement de ventilation mécanique individualisés. L'utilisation de l'EIT s'est avérée être une méthode précise de surveillance des changements de volume pulmonaire régional chez les animaux et les humains.10, 13, 14 Alors que les images radiologiques et EIT fournissent toutes deux des informations sur la distribution régionale de l'air dans les poumons, les caractéristiques d'image fournies par ces modalités sont assez différentes. Les images radiologiques du poumon renseignent sur la teneur en air et reflètent, selon le moment où les images ont été prises, l'état en fin d'inspiration, en fin d'expiration ou une affection pulmonaire quelque part entre les deux. Les images EIT reflètent la fonction pulmonaire, et non le poumon lui-même, ce qui signifie que l'EIT affiche les régions pulmonaires ventilées plutôt que les structures morphologiques ou anatomiques du poumon.9 Néanmoins, les informations régionales contenues dans les images EIT et CT sont étroitement liées les unes aux autres lorsque des conditions pathologiques telles que l'épanchement pleural ou l'atélectasie conduisent à des régions pulmonaires non aérées et non ventilées. Alors que les images CT affichent des régions pulmonaires avec de l'air emprisonné (par ex. pneumothorax) en noir en raison de la grande quantité d'air, EIT affiche également ces régions en noir car elles ne sont pas ventilées.15, 16 Inversement, une image CT peut indiquer une région de tissu pulmonaire consolidé de couleur blanche en raison de la forte teneur en liquide, alors que cette région peut être affichée sur l'image EIT en couleur noire ou bleu foncé, si cette région n'est pas ou seulement partiellement ventilée .17 Il a été prouvé que l'EIT dans des modèles animaux et des rapports de cas humains est un déterminant précis des pneumothoraces.15, 18, 19 Plus récemment, des paramètres dérivés de l'EIT ont été utilisés pour différencier les poumons atélectasiques, surdistendus et adéquatement recrutés dans différentes régions pulmonaires par un certain nombre d'investigateurs.10, 20-28 Malgré la capacité de l'EIT à surveiller le comportement pulmonaire régional, il n'a pas été démontré que l'utilisation d'indices dérivés de l'EIT améliore les résultats chez les animaux ou les humains atteints de lésions pulmonaires aiguës jusqu'à l'année dernière, lorsque les Drs. Wolf, Arnold et ses collègues ont développé une stratégie de ventilation mécanique guidée par EIT qui s'est avérée prometteuse dans un modèle animal.29 Grâce à ce modèle translationnel, ils ont pu démontrer que la ventilation guidée par EIT était supérieure à un protocole de ventilation national et standardisé appelé Acute Respiratory Distress Syndrome Network ( ARDSNet) Protocole de ventilateur.30-33 Le but de cette étude est d'enquêter sur la distribution régionale chez les patients pédiatriques qui nécessitent une thérapie de ventilation mécanique.

D. Conception et méthodes (1) Conception de l'étude Dans un essai observationnel prospectif, nous mesurerons objectivement l'observance régionale et la distribution de la ventilation par EIT chez les patients nécessitant une ventilation mécanique.

(3) Description des traitements ou des expositions/prédicteurs de l'étude Suite à l'approbation de la participation et au consentement éclairé, les patients qui répondent aux critères d'inclusion et à aucun des critères d'exclusion (1) passeront exactement au même réglage sur le ventilateur Draeger V500 approuvé par la FDA. (2) Une évaluation clinique par l'inhalothérapeute responsable et l'infirmière sera effectuée pour s'assurer que les milieux de transition sont appropriés et conformes à la norme de pratique. (3) L'appareil PulmoVista 500 EIT sera configuré et sa sécurité vérifiée conformément à la formation et au manuel d'utilisation fournis. (4) Le système d'électrodes fourni sera placé autour de la poitrine du patient comme sur la figure 2. (5) Le système EIT sera connecté au réseau d'électrodes et au ventilateur V500. (6) Une fois que la qualité du signal est jugée appropriée, un enregistrement sera effectué et sauvegardé en toute sécurité. (7) La ceinture et l'appareil EIT seront retirés et remis en stockage et le ventilateur V500 restera sur le patient pendant le cours de ventilation. L'engagement de temps initial pour la configuration et la surveillance est d'environ 1 heure. (8) Des enregistrements répétés seront effectués chaque matin pendant les 5 premiers jours, puis tous les deux jours si > 5 jours de ventilation mécanique sont nécessaires et dans les 2 heures suivant des interventions majeures telles que le positionnement sur le ventre, l'augmentation ou la diminution de la PEP ou la PAM de 2 cmH2O ou plus, manœuvres de recrutement, intubation (en cas de ventilation non invasive) et avant et après l'extubation. Les événements de surveillance de suivi dureront environ 30 minutes. Aucune séance d'installation ou de surveillance ne se fera sans l'approbation de l'infirmière de chevet et de l'inhalothérapeute.

Modification des expositions au traitement

La transition du patient vers le ventilateur Draeger V500 ne se produira pas dans les situations suivantes :

1. Les patients jugés trop instables par la recherche en collaboration avec l'équipe médicale pour passer au V500, mais suffisamment stables pour appliquer la ceinture EIT seront étudiés sans le ventilateur Draeger V500. Un enregistrement manuel des paramètres et des mesures du ventilateur sera effectué à la place.
2. Patients inscrits qui reçoivent une ventilation non invasive. (5) Méthodes de collecte de données, évaluations, interventions et calendrier (quelles évaluations ont été effectuées, à quelle fréquence) Les données seront collectées à partir de plusieurs sources. L'évaluation initiale sera effectuée dans les 48 heures suivant le début de la ventilation mécanique. Les signes vitaux, les derniers gaz sanguins, le rapport CXR, les réglages du ventilateur, la mécanique pulmonaire et les images EIT seront enregistrés. Les signes vitaux seront recueillis à partir du T3. Les gaz sanguins seront capturés à partir de Powerchart. La mécanique pulmonaire et les images EIT seront obtenues à partir du système PulmoVista 500. Le PulmoVista obtiendra les réglages du ventilateur et la mécanique pulmonaire via une connexion au ventilateur Draeger V500. Un schéma manuel (papier) des résultats sera enregistré et comparé aux fichiers électroniques. Une fois vérifié, le schéma manuel sera correctement éliminé.

Le système Pulmovista 500 suit non seulement la répartition régionale de la ventilation, mais également des informations cliniquement utiles et actuellement enregistrées telles que la compliance dynamique, la résistance et les réglages du ventilateur. Bien que l'équipe de recherche ne guide pas la ventilation à l'heure actuelle à partir d'images/données EIT, les données de tendance résumées quotidiennement peuvent être utiles. Les parents ne seront pas exclus de voir les images s'ils le désirent. Cependant, aucune donnée ne sera partagée sauf demande de l'équipe. Les images ou les données EIT ne seront pas utilisées pour les soins ou interventions cliniques de routine, à moins qu'il n'y ait un problème de sécurité dans lequel l'équipe sera immédiatement informée et invitée à évaluer cliniquement. Veuillez consulter la section Risque/Bénéfice du protocole CHeRP en ligne.

(6) Calendrier de l'étude (le cas échéant)

1. La configuration initiale et l'enregistrement seront effectués dès que possible après le début de la ventilation mécanique. La configuration totale et l'enregistrement devraient prendre 1 heure.
2. Des enregistrements ultérieurs de routine seront effectués chaque matin pendant les 5 premiers jours de ventilation mécanique ; puis tous les deux jours jusqu'à la libération.
3. Les enregistrements interventionnels seront effectués dans les 2 heures suivant des changements de 2 cmH2O ou plus dans la PEP ou la PAM, le positionnement sur le ventre, l'intubation, l'extubation ou les modes de ventilation (y compris ECMO ou HFV).

E. Critères d'événements indésirables et procédures de signalement Les complications suivantes seront surveillées pendant le processus d'imagerie qui comprend les calendriers d'étude 1 à 3 ci-dessus et les complications majeures seront immédiatement signalées à l'IRB. Les événements mineurs incluent : une irritation cutanée qui se poursuit pendant > 1 heure après le retrait de la ceinture, une augmentation de la fréquence respiratoire de > 20 %, une hypoventilation temporelle déterminée par une augmentation de l'ETCO2 de 10 mmHg, une augmentation temporelle de la FIO2 > 0,3 et une hypoventilation temporelle. hypoxie déterminée par une désaturation (<88%) supérieure à 1 minute. Les événements mineurs qui se produisent plus de 3 fois seront signalés à l'IRB avec un plan d'action expliquant comment les éviter.

Les événements majeurs qui arrêteront l'étude et seront immédiatement signalés à l'IRB sont :

• Désaturation < 80 % (surveillée en continu par oxymétrie de pouls) pendant plus d'une minute.
• Bradycardie < 60 BPM
• Diminution de la compliance pulmonaire déterminée comme étant associée à la ceinture. Tous les événements indésirables seront examinés chaque semaine par toute l'équipe de recherche et un rapport de cas détaillé sera élaboré. Si des événements majeurs ou mineurs se produisent plus de 3 fois, l'étude ne se poursuivra pas tant que l'équipe de recherche et l'IRB ne se sentiront pas en sécurité.

F. Modalités de gestion des données Dès son entrée, chaque patient se verra attribuer un numéro unique et dissocié de son dossier médical à des fins de suivi du patient. Ce numéro sera saisi dans une base de données de recherche privée du BCH, protégée par un mot de passe (RedCap), accessible uniquement par le personnel de l'étude du BCH.

Une feuille de calcul sera conservée au chevet du patient pendant les périodes de collecte de données pour chaque point de données à saisir manuellement. Cette feuille de calcul sera détruite une fois les données électriques et manuelles vérifiées.

G. Méthode de contrôle de la qualité La qualité du transfert des données sera assurée par un deuxième enquêteur, qui confirmera les données manuelles et électroniques. Les logiciels RedCap et SPSS seront utilisés pour aider à analyser les données et assurer l'intégrité des données en établissant des alertes pour les champs non remplis ainsi que pour les résultats inattendus ou éventuellement mal saisis.

H. Plan d'analyse des données Données EIT : Le système d'imagerie pulmonaire est le Dräger PulmoVista 500 (Dräger Medical, Lübeck, Allemagne). Seize électrodes coplanaires seront placées à égale distance autour du thorax au niveau du sixième espace intercostal parasternal. L'électrode de référence sera placée sur le côté droit de l'abdomen près de la taille. Les électrodes #1 et #16 sont placées symétriquement à gauche et à droite du sternum, respectivement, de sorte que les électrodes #8 et #9 chevauchent la colonne vertébrale. Cette configuration conduit à des images transversales dans la convention radiologique, caudale à crânienne, similaires à un cat scan. La reconstruction de l'image pulmonaire sera effectuée conformément au consensus de Graz pour la tomographie par impédance électrique (GREIT)34 à l'aide du logiciel de reconstruction optique d'impédance électrique et diffuse.35 Les données de chaque sujet seront filtrées et les images seront reconstruites à l'aide de la plate-forme logicielle open source susmentionnée. Chaque image pulmonaire reconstruite sera ensuite segmentée en régions d'intérêt et les changements d'impédance pour chaque région seront transcrits. La procédure sera répétée pour chacun des enregistrements EIT des sujets individuels. De plus, nous utiliserons, de manière observationnelle uniquement, un algorithme qui a été développé par le groupe de recherche actuel afin d'identifier quand les changements dans la mécanique pulmonaire sont susceptibles de refléter une surdistension ou un affaissement du poumon.20 Ces points discrets et les réglages du ventilateur mécanique sur lesquels ils ont été recueillis seront transcrits et comparés à la norme de soins par unité de pratique. Les changements d'impédance indiquent à quel point le poumon est ouvert ou fermé. Cette approche a déjà été décrite en détail par notre groupe de recherche.20 I. Puissance statistique et considérations d'échantillonnage Catégories d'âge

1- < 6 mois 6 mois - < 1 an 1-7 ans 8-14 ans > 14 ans Il s'agit d'une étude observationnelle pilote d'enfants ventilés mécaniquement au sein de nos USI pédiatriques. Nous avons proposé un objectif de 50 patients d'ici deux ans. Nous prévoyons un taux d'abandon de 10 %. Notre objectif serait d'obtenir 5 à 7 patients pour chaque catégorie d'âge ci-dessous. Étant donné que notre expérience et les données préliminaires dans ce domaine concernent les lésions pulmonaires graves et le fait que nous souhaitons explorer des patients hétérogènes ventilés mécaniquement, nous n'avons pas été en mesure de déterminer avec précision la taille de l'échantillon et avons donc déterminé qu'il s'agissait d'une étude pilote. . La préférence sera donnée aux patients atteints d'une maladie pulmonaire à faible volume tels que, mais sans s'y limiter, le SDRA, le CDH, l'insuffisance respiratoire hypoxique, les patients transférés pour une éventuelle ECMO et les asthmatiques.

J. Organisation de l'étude Étude pilote dans un seul établissement.