전기임피던스 단층촬영을 통한 기계적 환기가 필요한 소아의 환기 분포에 대한 관찰적 코호트 연구 (EIT)

A. 특정 목표/목표 특정 목표 1: 기계적 환기가 필요한 아동 집단에서 환기의 지역적 준수 및 분포를 결정합니다. 가설 - 환기의 비정상적인 분포는 모든 환자에서 발견될 것이다.

특정 목표 2: 기계적 환기 치료 과정에서 환기의 지역적 분포 변화를 확인합니다. 가설 - 국소 환기의 분포는 환자의 폐 기능이 향상되고 기계 환기에서 해방될수록 크게 변할 것입니다.

구체적인 목표 3: BCH 연구팀이 이전에 개발한 EIT 유도 인공호흡 알고리즘을 기계적 인공호흡에 관한 의료팀 결정과 비교합니다. 가설 - EIT 유도 인공호흡 알고리즘은 임상 팀의 결정보다 더 빨리 무기폐와 과팽창을 최소화하기 위한 변화를 식별할 것입니다.

B. 배경 및 의의 기계식 인공호흡기에 관한 임상적 결정은 일반적으로 전반적인 폐 기능만 반영하고 인공호흡의 지역적 분포를 고려하지 않는 관련 생리학적 매개변수의 간헐적이고 주관적인 평가에 기초한 임상적 판단에 크게 의존합니다. 최근까지 환자를 흉부 방사선 사진(CXR)이나 컴퓨터 보조 단층 촬영(CT) 형태의 방사선에 노출시키지 않고 환기의 지역적 분포를 결정할 수 있는 방법이 없었습니다. CT 및 CXR은 지역별 정보를 제공하지만 시간의 스냅샷으로만 제공됩니다. 시간이 지남에 따라 폐의 다른 영역이 치료 개입에 어떻게 반응하는지 결정하는 것은 어렵습니다. 그러나 우리 연구팀은 EIT(electrical impendence tomography)라고 하는 비침습적이고 방사선이 없는 의료 영상 기술에 대한 광범위한 연구 경험을 가지고 있습니다. EIT는 환기 변화에 대한 지역 정보를 제공합니다. 이 추가 정보 소스는 침상 임상의에게 지속적인 의사 결정 지원을 제공함으로써 기계 환기를 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다. EIT 데이터는 국소 허탈 또는 과도한 팽창이 감지될 때 경고하는 데 사용될 수 있기 때문입니다. 그러나 시간이 지남에 따라 또는 환자의 상태가 변함에 따라 환기 분포의 변화를 설명하는 데이터는 거의 없습니다.

전기 임피던스 단층 촬영(EIT) Barber와 Brown은 1980년대 초 의료계에 전기 임피던스 단층 촬영을 도입했습니다. 거기에서 위 배출, 뇌 기능, 유방 영상, 폐 기능에 이르는 의학 분야의 광범위한 응용이 탐구되었습니다. EIT의 가장 가치 있는 이점은 중환자의 국소 폐 기능 모니터링에 있다는 것이 우리의 믿음입니다. 초기 EIT 장치는 임상 환경에서 낮은 감도와 신호 간섭에 취약했습니다. 몇 년 후 환기 기술에 관심이 있는 몇몇 상업 회사의 새로운 관심과 이러한 단점 중 많은 부분이 해결되었습니다. 새로운 방식과 마찬가지로 EIT와 그 임상적 유용성 및 적용을 체계적으로 탐색해야 합니다. 따라서 우리는 임상적으로 유용한 도구9를 개발하기 위한 이 여정에 한 걸음 더 다가가기 위해 이 IRB 프로토콜을 제안합니다.

전기 임피던스 단층 촬영은 공기가 채워진 공간과 조직 또는 유체가 채워진 공간 사이의 전기적 임펜던스의 변화를 이용하여 침대 옆에서 폐 용적의 지역적 분포를 특성화하고 정량화합니다. 이 기술은 동물10 및 인간11, 12 연구에서 검증되었습니다. 이 기술은 환자의 가슴에 배치된 일련의 16개의 전극을 활용합니다. 피험자가 감지할 수 없는 작은 전류가 전극 사이를 흐르면서 직렬 사이에서 임피던스가 측정됩니다. 이러한 임피던스 값의 복잡한 조사 및 조작을 통해 2차원 이미지가 형성되고 환자의 임상 및 방사선학적 변화와 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다.11 폐 용적과 가스의 지역적 분포를 비침습적으로 실시간으로 추정하는 능력은 양압 환기를 최적화하는 데 더 효과적인 환기 또는 설정 모드에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.

우리는 유럽 지침 93/42/EEC(의료 기기)를 통해 유럽에서 상업적으로 이용 가능한 제품의 사용을 탐색하기 위해 CTA를 통해 Draeger Medical(독일 Lubeck)과 협력하기로 선택했으며 EN ISO를 충족합니다. 9001 및 EN ISO 13485 요구 사항. Boston Children's Hospital은 PulmoVista 500이라는 최종 제품으로 이어진 프로토타입 시스템에 대한 광범위한 경험을 가지고 있습니다. PulmoVista 500은 16개의 전극을 사용하여 이미지 재구성에 사용되는 전압을 측정합니다. 이 전극 배열을 기반으로 한 수학적 시뮬레이션은 흉부 직경의 15%의 공간 분해능을 보여줍니다. 그러나 해상도는 본체 중앙으로 갈수록 20%로 감소합니다. CT 스캐너는 일반적으로 512 x 512 이상의 픽셀로 구성된 이미지를 제공하지만 PulmoVista 500의 EIT 이미지는 32 x 32 픽셀로만 구성되어 CT 이미지와 비교할 때 픽셀이 256배 적습니다9. 하지만 저희 팀은 EIT를 CT나 MRI와 같은 고해상도 진단 도구가 아닌 병상 및 ICU 환경 내에서 향후 환기 요법을 안내하는 데 사용할 계획입니다. 우리의 의도는 폐의 CT 또는 MRI 영상을 대체하는 것이 아니라 미래에 매우 적은 위험으로 지속적으로 적용할 수 있는 환기를 안내하는 병상 도구를 개발하는 것입니다. 이 프로토콜에서 제안된 바와 같이 중증 기계 환기 어린이 집단의 특성화는 EIT의 임상적 유용성을 향한 중요한 단계를 나타냅니다.

C. 예비 연구 폐 보호 환기를 제공하기 위한 현재의 전략은 폐 손상과 관련된 조건을 피하는 것에 의존합니다. 개별화된 기계 환기 치료 계획 개발에 대한 관심이 높아지고 있습니다. EIT의 사용은 동물과 인간의 국소 폐 용적 변화를 모니터링하는 정확한 방법임이 입증되었습니다.10, 13, 14 방사선 및 EIT 이미지 모두 폐 내 공기의 지역적 분포에 대한 정보를 제공하지만 이러한 양식에서 제공하는 이미지 특성은 상당히 다릅니다. 폐의 방사선학적 이미지는 공기 함량에 대한 정보를 제공하고 이미지가 촬영된 순간에 따라 흡기, 호기말 상태 또는 중간 어딘가의 폐 상태를 반영합니다. EIT 이미지는 폐 자체가 아니라 폐 기능을 반영합니다. 즉, EIT는 폐의 형태적 또는 해부학적 구조가 아닌 환기된 폐 영역을 표시합니다.9 그럼에도 불구하고 EIT와 CT 이미지에 포함된 지역 정보는 흉막 삼출이나 무기폐와 같은 병리학적 상태가 비공기 및 비환기 폐 영역으로 이어질 때 서로 밀접한 관련이 있습니다. CT 이미지는 공기가 갇힌 폐 영역을 표시하지만(예: 기흉) 공기 함량이 크기 때문에 검은색으로 표시되지만 EIT는 환기가 되지 않기 때문에 해당 영역도 검은색으로 표시합니다.15, 16 반대로 CT 이미지는 높은 유체 함량으로 인해 통합된 폐 조직 영역을 흰색으로 나타낼 수 있지만, 이 영역이 환기되지 않거나 부분적으로만 환기되는 경우 EIT 이미지에서 검은색 또는 진한 파란색으로 표시될 수 있습니다. .17 EIT는 동물 모델과 인체 사례 보고서에서 기흉을 정확하게 결정하는 것으로 입증되었습니다.15, 18, 19 보다 최근에는 EIT에서 파생된 매개변수를 사용하여 여러 조사자가 서로 다른 폐 영역에서 무기폐, 과팽창 및 적절하게 모집된 폐를 구별했습니다.10, 20-28 국소 폐 행동을 모니터링하는 EIT의 능력에도 불구하고, EIT 파생 지수의 사용은 작년 Drs. Wolf, Arnold 및 동료들은 동물 모델에서 유망함을 입증한 EIT 안내 기계 환기 전략을 개발했습니다.29 이 번역 모델을 통해 그들은 EIT 안내 환기가 급성 호흡곤란 증후군 네트워크(Acute Respiratory Distress Syndrome Network)라고 하는 국가 및 표준화된 환기 프로토콜보다 우수하다는 것을 입증할 수 있었습니다. ARDSNet) 인공호흡기 프로토콜.30-33 본 연구의 목적은 기계적 환기 치료가 필요한 소아 환자의 지역적 분포를 조사하는 것이다.

D. 설계 및 방법 (1) 연구 설계 전향적 관찰 시험에서 기계적 환기가 필요한 환자의 EIT에 의한 환기의 지역 순응도 및 분포를 객관적으로 측정할 것입니다.

(3) 연구 치료 또는 노출/예측자에 대한 설명 참석 승인 및 정보에 입각한 동의에 따라 포함 기준을 충족하고 제외 기준을 충족하지 않는 환자는 (1) FDA 승인 Draeger V500 인공호흡기에서 정확히 동일한 설정으로 전환됩니다. (2) 담당 호흡 치료사 및 간호사의 임상 평가를 수행하여 전환된 설정이 적절하고 진료 표준에 따라 있는지 확인합니다. (3) 제공된 교육 및 작동 매뉴얼에 따라 PulmoVista 500 EIT 장치를 설정하고 안전을 확인합니다. (4) 제공된 전극 시스템은 그림 2와 같이 환자의 가슴 주위에 배치됩니다. (5) EIT 시스템은 전극 어레이 및 V500 인공호흡기에 연결됩니다. (6) 신호 품질이 적절하다고 판단되면 녹음이 수행되고 안전하게 저장됩니다. (7) EIT 벨트와 장치는 제거되어 보관소에 반환되며 V500 인공호흡기는 인공호흡기 과정 동안 환자에게 남아 있습니다. 초기 설정 및 모니터링 시간 약정은 약 1시간입니다. (8) 처음 5일 동안 매일 아침 반복 기록을 수행한 다음 5일 이상 기계 환기가 필요하고 엎드린 자세, PEEP 또는 MAP 2 증가 또는 감소와 같은 주요 개입 후 2시간 이내에 반복 기록을 수행합니다. cmH2O 이상, 동원 기동, 삽관(비침습적 환기인 경우), 발관 전후. 후속 모니터링 이벤트는 약 30분 동안 진행됩니다. 병상 간호사 및 호흡 치료사의 승인 없이는 설정 또는 모니터링 세션이 수행되지 않습니다.

치료 노출 수정

다음 상황에서는 환자를 Draeger V500 인공호흡기로 전환하지 않습니다.

1. V500으로 전환하기에는 의료진과의 공동 연구에서 너무 불안정하다고 판단되지만 EIT 벨트를 적용할 수 있을 만큼 안정적인 환자는 Draeger V500 인공호흡기 없이 연구될 것입니다. 인공호흡기 설정 및 측정의 수동 기록이 대신 수행됩니다.
2. 비침습적 환기를 받고 있는 등록된 환자. (5) 데이터 수집 방법, 평가, 개입 및 일정(수행된 평가, 빈도) 데이터는 여러 소스에서 수집됩니다. 초기 평가는 기계 환기 시작 후 48시간 이내에 수행됩니다. 활력 징후, 최신 혈액 가스, CXR 보고서, 인공 호흡기 설정, 폐 역학 및 EIT 이미지가 기록됩니다. 활력 징후는 T3에서 수집됩니다. 혈액 가스는 Powerchart에서 캡처됩니다. PulmoVista 500 시스템에서 폐 역학과 EIT 이미지를 얻습니다. PulmoVista는 Draeger V500 인공호흡기에 대한 연결을 통해 인공호흡기 설정 및 폐 역학을 얻습니다. 결과의 수동 흐름도(종이)가 기록되고 전자 파일과 비교됩니다. 확인되면 수동 플로시트는 적절하게 폐기됩니다.

Pulmovista 500 시스템은 인공호흡의 지역적 분포뿐만 아니라 동적 순응도, 저항 및 인공호흡기 설정과 같은 임상적으로 유용하고 현재 기록된 정보를 추적합니다. 연구팀은 현재 EIT 이미지/데이터에서 환기를 안내하지는 않지만 매일 요약된 추세 데이터가 유용할 수 있습니다. 부모가 원하는 경우 이미지 보기에서 제외되지 않습니다. 그러나 팀에서 요청하지 않는 한 데이터는 공유되지 않습니다. EIT 이미지 또는 데이터는 팀에 즉시 통보하고 임상 평가를 요청하는 안전 문제가 없는 한 일상적인 임상 치료 또는 중재에 사용되지 않습니다. 온라인 CHeRP 프로토콜의 위험/이점 섹션을 참조하십시오.

(6) 연구 일정(해당하는 경우)

1. 초기 설정 및 기록은 기계 환기를 시작한 후 가능한 한 빨리 수행됩니다. 총 설정 및 녹화에는 1시간이 소요될 것으로 예상됩니다.
2. 일상적인 후속 기록은 기계 환기의 첫 5일 동안 매일 아침 수행됩니다. 그런 다음 해방까지 격일로.
3. 개입 기록은 PEEP 또는 MAP, 엎드린 자세, 삽관, 발관 또는 환기 모드(ECMO 또는 HFV 포함)에서 2cmH2O 이상 변경 후 2시간 이내에 수행됩니다.

E. 부작용 기준 및 보고 절차 위의 연구 일정 1-3을 포함하는 상상 과정 동안 다음 합병증이 모니터링되고 주요 합병증은 즉시 IRB에 보고됩니다. 경미한 반응은 다음과 같습니다: 벨트를 제거한 후 1시간 이상 지속되는 피부 자극, > 20%의 호흡수 증가, ETCO2의 10mmHg 증가로 결정되는 일시적 저환기, > 0.3의 FIO2의 일시적 증가, 1분 이상 동안 불포화(<88%)에 의해 결정된 저산소증. 3회 이상 발생하는 경미한 사건은 방지 방법에 대한 조치 계획과 함께 IRB에 보고됩니다.

연구를 중단하고 즉시 IRB에 보고되는 주요 사건은 다음과 같습니다.

• 1분 이상 동안 불포화 < 80%(맥박 산소측정기로 지속적으로 모니터링).
• 서맥 < 60 BPM
• 벨트와 관련된 것으로 결정된 폐 순응도 감소. 모든 부작용은 전체 연구팀이 매주 검토하고 자세한 사례 보고서를 작성합니다. 주요 또는 경미한 이벤트가 3회 이상 발생하는 경우 연구팀과 IRB가 계속해도 안전하다고 느낄 때까지 연구가 계속되지 않습니다.

F. 데이터 관리 방법 입력 시 각 환자는 환자 추적을 위해 의료 기록과 연결되지 않은 고유한 번호를 할당받습니다. 이 번호는 개인 소유의 BCH, BCH 연구 인력만 액세스할 수 있는 암호로 보호된 연구 데이터베이스(RedCap)에 입력됩니다.

데이터 수집 기간 동안 각 데이터 포인트를 수동으로 입력하기 위해 스프레드시트를 머리맡에 보관합니다. 이 스프레드시트는 전기 및 수동 데이터가 확인되면 파기됩니다.

G. 품질 관리 방법 데이터 전송의 품질은 수동 및 전자 데이터를 확인하는 두 번째 조사자에 의해 보장됩니다. RedCap 및 SPSS 소프트웨어는 채워지지 않은 필드와 예기치 않은 또는 잘못 입력된 결과에 대한 경고를 설정하여 데이터를 분석하고 데이터 무결성을 보장하는 데 사용됩니다.

H. 데이터 분석 계획 EIT 데이터: 폐 영상 시스템은 Dräger PulmoVista 500(Dräger Medical, Lübeck, Germany)입니다. 16개의 동일 평면 전극은 흉골주위 여섯 번째 늑간 공간 수준에서 흉부 주위에 등거리로 배치됩니다. 기준 전극은 허리 둘레 근처 복부의 오른쪽에 배치됩니다. 전극 1번과 16번은 각각 흉골의 좌우에 대칭적으로 배치되어 전극 8번과 9번이 척주에 걸치도록 하였다. 이 구성은 고양이 스캔과 유사하게 꼬리에서 두개골까지 방사선학적 관습에서 가로 이미지로 이어집니다. 전기 임피던스 및 확산 광학 재구성 소프트웨어35를 사용하여 전기 임피던스 단층 촬영(GREIT)34에 대한 Graz 컨센서스에 따라 폐 이미지 재구성을 수행합니다. 각 피험자의 데이터는 필터링되고 앞서 언급한 오픈 소스 소프트웨어 플랫폼을 사용하여 이미지가 재구성됩니다. 각각의 재구성된 폐 이미지는 관심 영역으로 분할되고 각 영역에 대한 임피던스 변화가 기록됩니다. 개별 주제 EIT 기록 각각에 대해 절차가 반복됩니다. 또한 폐 역학의 변화가 폐의 과도한 확장 또는 허탈을 반영할 가능성이 있는 시기를 식별하기 위해 현재 연구 그룹에서 개발한 알고리즘을 관찰 방식으로만 사용할 것입니다.20 이러한 개별 지점과 수집된 기계적 인공호흡기 설정을 기록하고 단위 진료당 표준 치료와 비교할 것입니다. 임피던스 변화는 폐가 얼마나 열려 있는지 또는 닫혀 있는지를 나타냅니다. 이 접근 방식은 이전에 우리 연구 그룹에서 자세히 설명했습니다.20 I. 통계적 검정력 및 샘플 고려 사항 연령 범주

1- < 6개월 6개월 - < 1년 1-7년 8-14년 > 14년 이것은 소아 ICU 내 기계 환기 어린이에 대한 예비 관찰 연구입니다. 우리는 2년 안에 50명의 환자를 목표로 제안했습니다. 우리는 10%의 탈락률을 예상합니다. 우리의 목표는 아래의 각 연령 범주에 대해 5-7명의 환자를 확보하는 것입니다. 이 분야의 경험과 예비 데이터는 중증 폐 손상과 기계 환기를 사용하는 이질적인 환자를 조사하고자 한다는 사실 때문에 샘플 크기를 정확하게 결정할 수 없었기 때문에 파일럿 연구로 결정했습니다. . ARDS, CDH, 저산소성 호흡 부전, 가능한 ECMO로 이송된 환자 및 천식 환자와 같은 소량의 폐 질환 환자에게 우선권이 주어질 것입니다.

J. 연구 조직 단일 기관 파일럿 연구.