電気インピーダンストモグラフィーによる機械的換気を必要とする小児科における換気の分布に関する観察的コホート研究 (EIT)

A. 特定の目的/目的 特定の目的 1: 人工呼吸器を必要とする子供たちのコホートにおける換気の地域的コンプライアンスと分布を決定すること。 仮説 - 換気の異常な分布は、すべての患者で発見されます。

特定の目的 2: 人工呼吸療法の過程での換気の局所分布の変化を決定すること。 仮説 - 患者の肺機能が改善し、機械的換気からの解放に向けて進行するにつれて、局所換気の分布は大幅に変化します。

特定の目的 3: BCH 研究チームによって以前に開発された EIT 誘導換気アルゴリズムと、機械換気に関する医療チームの決定を比較すること。 仮説 - EIT ガイド付き換気アルゴリズムは、臨床チームの決定よりも早く、無気肺と過膨張を最小限に抑えるための変更を特定します。

B. 背景と意義 人工呼吸器に関する臨床的決定は、通常、全体的な肺機能のみを反映し、換気の局所分布を考慮せずに、関連する生理学的パラメーターの断続的かつ主観的な評価に基づく臨床的判断に大きく依存しています。 最近まで、胸部 X 線写真 (CXR) やコンピューター断層撮影 (CT) の形で患者を放射線にさらすことなく、換気の局所分布を決定する方法はありませんでした。 CT と CXR は地域固有の情報を提供しますが、それは時間内のスナップショットとしてのみです。 肺のさまざまな領域が時間の経過とともに治療介入にどのように反応するかを判断することは困難です。 しかし、私たちの研究チームは、電気インピーダンス断層撮影法 (EIT) と呼ばれる非侵襲的で放射線のない医用画像技術に関する広範な研究経験を持っています。 EIT は、換気の変化に関する地域情報を提供します。 この追加の情報源は、ベッドサイドの臨床医に継続的な意思決定支援を提供することにより、機械的換気を最適化するのに役立ちます. しかし、経時的または患者の状態の変化に伴う換気分布の変化を説明するデータはほとんどありません。

電気インピーダンス トモグラフィー (EIT) Barber と Brown は、1980 年代初頭に電気インピーダンス トモグラフィーを医学界に紹介しました。 そこから、胃内容排出、脳機能、乳房画像から肺機能に至るまで、医学における幅広い用途が探求されてきました。 EIT の最も有益な利点は、重症患者の局所肺機能のモニタリングにあると私たちは考えています。 初期の EIT デバイスは、臨床現場での感度の低下と信号干渉の影響を受けやすくなりました。 何年にもわたって、換気技術に関心のあるいくつかの営利企業からの新たな関心が高まり、これらの欠点の多くは解決されました. 新しいモダリティと同様に、EIT とその臨床的有用性と応用は、系統的に検討する必要があります。したがって、このIRBプロトコルを提案して、臨床的に有用なツールを開発するためのこの旅に一歩近づきます9。

電気インピーダンス トモグラフィーは、空気で満たされた空間と組織または液体で満たされた空間との間の電気インピーダンスの変化を利用して、ベッドサイドでの肺気量の局所分布を特徴付け、定量化します。 この技術は、動物 10 および人間 11、12 の研究で検証されています。 この技術は、患者の胸部に配置された一連の 16 個の電極を利用します。 被験者には検出されない小さな電流が電極間を通過すると、インピーダンスがシリーズ間で測定されます。 これらのインピーダンス値の複雑な調査と操作により、2 次元画像が形成され、患者の臨床的および放射線学的変化と相関することが示されています.11 肺容量とガスの局所分布を非侵襲的かつリアルタイムで推定する能力は、陽圧換気を最適化するのにどの換気モードまたは設定がより効果的かについての洞察を与える可能性があります。

当社は、CTA を通じて Draeger Medical (ドイツ、リューベック) と提携し、欧州指令 93/42/EEC (医療機器) を通じて、欧州での市販製品の使用を調査することを選択しました (医療機器)。 9001 および EN ISO 13485 要件。 ボストン小児病院は、PulmoVista 500 という名前の最終製品につながったプロトタイプ システムで豊富な経験を持っています。 PulmoVista 500 は、16 個の電極を使用して、画像再構成に使用される電圧を測定します。 この電極配置に基づく数学的シミュレーションは、胸部直径の 15% の空間分解能を示しています。ただし、解像度はボディの中心に向かって 20% に低下します。 CT スキャナーは通常、512 x 512 以上のピクセルで構成される画像を提供しますが、PulmoVista 500 からの EIT 画像は 32 x 32 ピクセルのみで構成され、CT 画像と比較すると 256 分の 1 のピクセルです9。 ただし、私たちのチームは、CT や MRI などの高解像度の診断ツールではなく、ベッドサイドや ICU 環境内で EIT を使用して、将来的に換気療法を導くつもりです。 私たちの目的は、肺の CT や MRI 画像に取って代わることではありませんが、将来、継続的に適用でき、リスクがほとんどないベッドサイド ツールを開発して換気を誘導することです。 このプロトコルで提案されているように、機械的に換気された重病の子供のコホートの特性評価は、EIT の臨床的有用性に向けた重要なステップを表しています。

C. 予備研究 肺保護換気を提供するための現在の戦略は、肺損傷に関連する状態を回避することに依存しています。 個別化された機械換気治療計画の開発への関心が高まっています。 EIT の使用は、動物と人間の局所的な肺容量の変化を正確に監視する方法であることが実証されています.10, 13, 14 放射線画像と EIT 画像はどちらも肺内の空気の局所分布に関する情報を提供しますが、これらのモダリティによって提供される画像特性はまったく異なります。 肺の放射線画像は、空気量に関する情報を提供し、画像が撮影された瞬間に応じて、吸気終末状態、呼気終末状態、またはその間の肺の状態を反映します。 EIT 画像は、肺自体ではなく、肺機能を反映しています。つまり、EIT は、肺の形態学的または解剖学的構造ではなく、換気された肺領域を表示します.9 それにもかかわらず、EIT 画像と CT 画像に含まれる領域情報は、胸水や無気肺などの病的状態が非通気および非換気肺領域につながる場合、互いに密接に関連しています。 CT画像は、空気が閉じ込められた肺領域を表示します（例： 気胸など）は空気の含有量が多いため黒色で表示されますが、換気されていないため、EIT ではこれらの領域も黒色で表示されます.15, 16 逆に、CT 画像は固化した肺組織の領域を体液含有量が高いために白色で示すことがありますが、この領域が換気されていないか部分的にしか換気されていない場合、この領域は EIT 画像で黒または濃い青色で表示されることがあります。 .17 EIT は、動物モデルおよびヒトの症例報告で、気胸の正確な決定因子であることが証明されています。 18, 19 最近では、多くの研究者によって、さまざまな肺領域で無気肺、過膨張、および適切に動員された肺を区別するために、EIT 由来のパラメータが使用されています.10, 20-28 局所的な肺の挙動を監視する EIT の能力にもかかわらず、Dr. Wolf、Arnold らは、動物モデルで有望な EIT 誘導人工呼吸戦略を開発しました.29 このトランスレーショナル モデルを通じて、EIT 誘導換気が、急性呼吸窮迫症候群ネットワークと呼ばれる国家標準化された換気プロトコルよりも優れていることを実証することができました ( ARDSNet) 人工呼吸器プロトコル.30-33 この研究の目的は、人工呼吸療法を必要とする小児患者の地域分布を調査することです。

D. デザインと方法 (1) 研究デザイン 人工呼吸器を必要とする患者を対象に、EIT による換気の地域的コンプライアンスと分布を客観的に測定する前向き観察試験を行います。

(3) 治験治療または暴露/予測因子の説明 出席承認およびインフォームド コンセントの後、選択基準を満たし、除外基準のいずれも満たしていない患者は、(1) FDA 承認の Draeger V500 人工呼吸器のまったく同じ設定に移行します。 (2) 責任ある呼吸療法士と看護師による臨床評価は、移行された設定が適切であり、実践の基準に従っていることを確認するために実施されます。 (3) PulmoVista 500 EIT 装置は、提供されたトレーニングおよび操作マニュアルに従ってセットアップされ、安全性がチェックされます。 (4) 提供された電極システムは、図 2 のように患者の胸の周りに配置されます。 (5) EIT システムは、電極アレイと V500 人工呼吸器に接続されます。 (6) 信号品質が適切であると判断されると、記録が実行され、安全に保存されます。 (7) EIT ベルトとデバイスは取り外して保管場所に戻し、V500 人工呼吸器は人工呼吸器コースの間患者に装着したままにします。 初期セットアップとモニタリングの所要時間は約 1 時間です。 (8) 最初の 5 日間は毎朝、その後 5 日以上の人工呼吸器が必要な場合は 1 日おきに、腹臥位、PEEP または 2 の MAP の増減などの主要な介入の後 2 時間以内に繰り返し記録を行います。 cmH2O 以上、リクルートメント手技、挿管（非侵襲的換気の場合）、および抜管の前後。 フォローアップ モニタリング イベントは約 30 分です。 ベッドサイドの看護師および呼吸療法士の承認なしに、セットアップまたはモニタリング セッションが行われることはありません。

治療エクスポージャーの修正

以下の状況では、患者を Draeger V500 人工呼吸器に移行することはできません。

1. 医療チームと共同で行った研究により、不安定すぎて V500 に移行できないと判断されたが、EIT ベルトを装着できるほど安定している患者は、Draeger V500 人工呼吸器なしで研究されます。 代わりに、人工呼吸器の設定と測定の手動記録が行われます。
2. -非侵襲的換気を受けている登録患者。 (5) データ収集方法、評価、介入、およびスケジュール (実行された評価の種類、頻度) データは複数の情報源から収集されます。 初期評価は、人工呼吸器の開始から 48 時間以内に実施されます。 バイタル サイン、最新の血液ガス、CXR レポート、人工呼吸器の設定、肺メカニック、EIT 画像が記録されます。 バイタル サインは T3 から収集されます。 血液ガスは Powerchart から取得されます。 肺の力学と EIT 画像は、PulmoVista 500 システムから取得されます。 PulmoVista は、Draeger V500 人工呼吸器への接続を介して、人工呼吸器の設定と肺の力学を取得します。 調査結果のマニュアル フローシート (紙) が記録され、電子ファイルと比較されます。 検証が完了すると、手動フローシートは適切に破棄されます。

Pulmovista 500 システムは、換気の地域分布だけでなく、動的コンプライアンス、抵抗、人工呼吸器の設定など、臨床的に有用で現在記録されている情報を傾向表示します。 研究チームは、現時点で EIT 画像/データから換気を導くことはありませんが、毎日まとめられた傾向データは役立つかもしれません。 保護者が希望する場合は、画像を見ることから除外されません。 ただし、チームから要求されない限り、データは共有されません。 EIT 画像またはデータは、チームが直ちに通知され、臨床的に評価するよう求められる安全上の懸念がない限り、通常の臨床ケアまたは介入には使用されません。 オンライン CHeRP プロトコルのリスク/ベネフィット セクションを参照してください。

(6) 研究タイムライン (該当する場合)

1. 初期セットアップと記録は、機械換気の開始後できるだけ早く実施されます。 セットアップとレコーディングの合計には 1 時間かかると予想されます。
2. その後の定期的な記録は、機械換気の最初の 5 日間、毎朝行われます。その後、解放されるまで隔日。
3. 介入記録は、PEEP または MAP、腹臥位、挿管、抜管、または換気モード（ECMO または HFV を含む）で 2 cmH2O 以上の変化に続いて 2 時間以内に実施されます。

E. 有害事象の基準と報告手順 上記の研究タイムライン 1 ～ 3 を含む想像プロセス中に、次の合併症が監視され、主要な合併症は直ちに IRB に報告されます。 軽微な事象には、ベルトを取り外してから 1 時間以上続く皮膚の炎症、20% を超える呼吸数の増加、10 mmHg の ETCO2 の増加によって決定される一時的な低換気、0.3 を超える FIO2 の一時的な増加、および一時的な呼吸の低下が含まれます。 1 分以上の脱飽和 (<88%) によって決定される低酸素症。 3 回以上発生する軽微なイベントは、回避方法の行動計画と共に IRB に報告されます。

研究を中止し、IRB に直ちに報告する主なイベントは次のとおりです。

• 脱飽和度が 80% 未満 (パルスオキシメトリーで継続的に監視) が 1 分以上続く。
• 徐脈 < 60 BPM
• 肺コンプライアンスの低下は、ベルトに関連していると判断されました。 すべての有害事象は、研究チーム全体によって毎週レビューされ、詳細な症例報告が作成されます。 重大または軽微な事象が 3 回以上発生した場合、研究チームと IRB が継続しても安全であると判断するまで、研究は続行されません。

F. データ管理方法 登録時に、各患者には、患者の追跡を目的として、医療記録からリンクされていない固有の番号が割り当てられます。 この番号は、BCH 研究担当者のみがアクセスできる、パスワードで保護された個人所有の BCH 研究データベース (RedCap) に入力されます。

データ収集期間中、各データポイントを手動で入力するスプレッドシートがベッドサイドに保管されます。 このスプレッドシートは、電子データと手動データが確認されたら破棄されます。

G. 品質管理方法 データ転送の品質は、マニュアルと電子データを確認する 2 番目の調査員によって保証されます。 RedCap および SPSS ソフトウェアを使用して、データの分析を支援し、入力されていないフィールドや予期しない結果または入力ミスの可能性がある結果に対するアラートを確立することにより、データの整合性を確保します。

H. データ分析計画 EIT データ: 肺イメージング システムは Dräger PulmoVista 500 (Dräger Medical、リューベック、ドイツ) です。 胸骨傍の第六肋間腔の高さで、胸郭の周囲に等間隔で 16 個の共平面電極を配置します。 参照電極は、ウエストライン近くの腹部の右側に配置されます。 電極 #1 と #16 は、電極 #8 と #9 が脊柱にまたがるように、それぞれ胸骨の左右に対称的に配置されます。 この構成は、猫のスキャンに似た、尾から頭への放射線医学的慣習における横方向の画像につながります。 肺の画像再構成は、Electrical Impedance and Diffuse Optical Reconstruction Software.35 を使用して、グラーツの電気インピーダンス トモグラフィー (GREIT) のコンセンサスに従って行われます。 各被験者のデータはフィルタリングされ、前述のオープン ソース ソフトウェア プラットフォームを使用して画像が再構築されます。 次に、再構成された各肺画像が関心領域に分割され、各領域のインピーダンスの変化が転写されます。 この手順は、個々の被験者の EIT 記録ごとに繰り返されます。 さらに、現在の研究グループによって開発されたアルゴリズムを観察的な方法でのみ採用し、肺の力学の変化が肺の過膨張または虚脱を反映する可能性が高い時期を特定します.20 これらの個別のポイント、およびそれらが収集された人工呼吸器の設定が転写され、単位診療ごとの標準治療と比較されます。 インピーダンスの変化は、肺がどの程度開いているか閉じているかを示します。 このアプローチは、私たちの研究グループによって以前に詳細に説明されています.20 I. 統計的検出力とサンプルの考察 年齢カテゴリ

1- < 6 ヶ月 6 ヶ月 - < 1 年 1-7 歳 8-14 歳 > 14 歳 2 年以内に 50 人の患者の目標を提案しました。 ドロップアウト率は 10% を見込んでいます。 私たちの目標は、以下の年齢カテゴリごとに 5 ～ 7 人の患者を獲得することです。 この分野における私たちの経験と予備的データは重度の肺損傷に関するものであり、異種の人工呼吸器を装着した患者を調査したいという事実から、サンプルサイズを正確に決定することができず、したがってこれをパイロット研究であると判断しました。 . ARDS、CDH、低酸素性呼吸不全、ECMOの可能性のために移送された患者、および喘息などの低容量肺疾患患者が優先されますが、これらに限定されません。

J. 研究組織 単一機関のパイロット研究。