Observationele cohortstudie van distributie van ventilatie in pediatrie die mechanische ventilatie vereist door elektrische impedantietomografie (EIT)

A. Specifieke doelen/doelstellingen Specifiek doel 1: Vaststellen van de regionale conformiteit en distributie van ventilatie in een cohort van kinderen die mechanische ventilatie nodig hebben. Hypothese - Abnormale distributie van ventilatie zal bij alle patiënten worden ontdekt.

Specifiek doel 2: Vaststellen van veranderingen in de regionale verdeling van beademing gedurende mechanische beademingstherapie. Hypothese - Distributie van regionale beademing zal aanzienlijk veranderen naarmate de longfunctie van de patiënt verbetert en naarmate de patiënt meer bevrijd is van mechanische beademing.

Specifiek doel 3: eerder ontwikkelde algoritmen voor geleide beademing door het BCH-onderzoeksteam vergelijken met beslissingen van het medische team met betrekking tot mechanische beademing. Hypothese - EIT-gestuurde beademingsalgoritmen zullen sneller veranderingen identificeren om atelectase en overmatige uitzetting te minimaliseren dan beslissingen van het klinische team.

B. Achtergrond en betekenis Klinische beslissingen met betrekking tot de mechanische beademing zijn sterk afhankelijk van klinisch oordeel, meestal gebaseerd op intermitterende en subjectieve beoordelingen van relevante fysiologische parameters die alleen de globale longfunctie weerspiegelen en zonder rekening te houden met regionale distributie van ventilatie. Tot voor kort was er geen manier om de regionale distributie van ventilatie te bepalen zonder een patiënt bloot te stellen aan straling in de vorm van een thoraxfoto (CXR) of computerondersteunde tomografie (CT). CT en CXR geven regionaal specifieke informatie, maar alleen als momentopname. Bepalen hoe verschillende regio's van de long in de loop van de tijd reageren op therapeutische interventies, is een uitdaging. Ons onderzoeksteam heeft echter uitgebreide onderzoekservaring met een niet-invasieve en stralingsvrije medische beeldvormingstechnologie die elektrische impedantietomografie (EIT) wordt genoemd. EIT geeft regionale informatie over veranderingen in ventilatie. Deze aanvullende informatiebron kan helpen bij het optimaliseren van mechanische beademing door clinici aan het bed continue ondersteuning te bieden bij het nemen van beslissingen, aangezien de EIT-gegevens kunnen worden gebruikt om te waarschuwen wanneer regionale collaps of overmatige uitzetting wordt gedetecteerd. Er zijn echter weinig gegevens die veranderingen beschrijven in de verdeling van de beademing in de loop van de tijd of naarmate de toestand van de patiënt verandert.

Elektrische impedantietomografie (EIT) Barber en Brown introduceerden begin jaren tachtig elektrische impedantietomografie in de medische wereld. Van daaruit is een breed spectrum aan toepassingen in de geneeskunde onderzocht, variërend van maaglediging, hersenfunctie, beeldvorming van de borst tot longfunctie. Wij zijn van mening dat het meest waardevolle voordeel van EIT ligt in het monitoren van de regionale longfunctie bij ernstig zieke patiënten. Vroege EIT-apparaten werden vatbaar voor slechte gevoeligheid en signaalinterferentie in de klinische setting. Na jaren en een hernieuwde interesse van enkele commerciële bedrijven die geïnteresseerd zijn in ventilatietechniek, zijn veel van deze tekortkomingen opgelost. Zoals met elke nieuwe modaliteit, moeten EIT en het klinische nut en de toepassing ervan methodisch worden onderzocht; daarom stellen we dit IRB-protocol voor om ons een stap dichterbij te brengen op deze reis naar de ontwikkeling van een klinisch bruikbare tool9.

Elektrische impedantietomografie speelt in op veranderingen in elektrische impedantie tussen met lucht gevulde ruimten versus met weefsel of met vloeistof gevulde ruimten om de regionale verdeling van het longvolume aan het bed te karakteriseren en te kwantificeren. Deze technologie is gevalideerd in studies bij dieren10 en mensen11, 12. De technologie maakt gebruik van een reeks van 16 elektroden die over de borst van de patiënt worden geplaatst. Terwijl kleine stromen, die niet waarneembaar zijn voor het onderwerp, tussen de elektroden worden geleid, wordt de impedantie tussen en tussen de reeksen gemeten. Door een complexe ondervraging en manipulatie van deze impedantiewaarden wordt een tweedimensionaal beeld gevormd, waarvan is aangetoond dat het correleert met klinische en radiografische veranderingen bij patiënten.11 De mogelijkheid om het longvolume en de regionale distributie van gas niet-invasief en in realtime te schatten, kan ons inzicht geven in welke beademingsmodus of instelling effectiever is bij het optimaliseren van positieve drukbeademing.

We hebben ervoor gekozen om samen te werken met Draeger Medical (Lübeck, Duitsland) via een CTA om het gebruik van hun in de handel verkrijgbare product in Europa (niet door de FDA goedgekeurd) te onderzoeken, via de Europese Richtlijn 93/42/EEG (medische hulpmiddelen) en voldoet aan de EN ISO 9001 en EN ISO 13485 eisen. Boston Children's Hospital heeft uitgebreide ervaring met hun prototypesysteem dat leidde tot het eindproduct genaamd PulmoVista 500. De PulmoVista 500 gebruikt 16 elektroden om de spanningen te meten die worden gebruikt voor beeldreconstructie. Wiskundige simulaties op basis van deze elektrodeopstelling tonen een ruimtelijke resolutie aan van 15% van de thoracale diameter; de resolutie neemt echter af tot 20% in de richting van het midden van het lichaam. Terwijl CT-scanners doorgaans afbeeldingen leveren die bestaan ​​uit 512 x 512 of meer pixels, bestaan ​​EIT-afbeeldingen van de PulmoVista 500 slechts uit 32 x 32 pixels, wat 256 keer minder pixels is in vergelijking met CT-afbeeldingen9. Ons team is echter van plan om EIT aan het bed en binnen de ICU-omgeving te gebruiken om beademingstherapie in de toekomst te begeleiden in plaats van een diagnostisch hulpmiddel met hoge resolutie, zoals CT of MRI. Het is niet onze bedoeling om CT- of MRI-beeldvorming van de longen te vervangen, maar om een ​​hulpmiddel voor het bed te ontwikkelen om de beademing in de toekomst te begeleiden, dat continu en met zeer weinig risico's kan worden toegepast. De karakterisering van een cohort van ernstig zieke, mechanisch geventileerde kinderen, zoals voorgesteld in dit protocol, vormt een belangrijke stap in de richting van klinisch nut van EIT.

C. Voorstudies De huidige strategieën om longbeschermende beademing te bieden, berusten op het vermijden van aandoeningen die verband houden met longbeschadiging. Er is een groeiende belangstelling voor de ontwikkeling van geïndividualiseerde behandelplannen voor mechanische ventilatie. Het is aangetoond dat het gebruik van EIT een nauwkeurige methode is om regionale longvolumeveranderingen bij dieren en mensen te volgen.10, 13, 14 Hoewel radiologische beelden en EIT-beelden beide informatie geven over de regionale verdeling van lucht in de longen, zijn de beeldkenmerken van deze modaliteiten behoorlijk verschillend. Radiologische beelden van de long geven informatie over de luchtinhoud en weerspiegelen, afhankelijk van het moment waarop de beelden zijn gemaakt, de endinaspiratoire, de eind-expiratoire status of een longaandoening daar ergens tussenin. EIT-beelden weerspiegelen de longfunctie, niet de long zelf, wat betekent dat EIT geventileerde longgebieden weergeeft in plaats van morfologische of anatomische structuren van de long.9 Desalniettemin is de regionale informatie in EIT- en CT-beelden nauw verwant aan elkaar wanneer pathologische aandoeningen zoals pleurale effusie of atelectase leiden tot niet-beluchte en niet-geventileerde longgebieden. Terwijl CT-beelden longgebieden met ingesloten lucht weergeven (bijv. pneumothorax) zwart vanwege het grote luchtgehalte, EIT geeft die gebieden ook zwart weer omdat ze niet geventileerd zijn.15, 16 Omgekeerd kan een CT-beeld een gebied van geconsolideerd longweefsel in een witte kleur aangeven vanwege het hoge vochtgehalte, terwijl dit gebied in het EIT-beeld zwart of donkerblauw kan worden weergegeven als dit gebied niet of slechts gedeeltelijk wordt geventileerd .17 In diermodellen en menselijke casusrapporten is bewezen dat EIT een nauwkeurige determinant is van pneumothorax.15, 18, 19 Meer recentelijk zijn door een aantal onderzoekers EIT-afgeleide parameters gebruikt om onderscheid te maken tussen atelectatische, oververhitte en adequaat gerekruteerde longen in verschillende longregio's.10, 20-28 Ondanks het vermogen van EIT om regionaal longgedrag te monitoren, is niet aangetoond dat het gebruik van EIT-afgeleide indices de resultaten verbetert bij dieren of mensen met acuut longletsel tot vorig jaar, toen Drs. Wolf, Arnold en collega's ontwikkelden een EIT-geleide mechanische beademingsstrategie die veelbelovend bleek in een diermodel.29 Door dit translationele model konden ze aantonen dat EIT-geleide beademing superieur was aan een nationaal en gestandaardiseerd beademingsprotocol genaamd Acute Respiratory Distress Syndrome Network ( ARDSNet) Ventilatorprotocol.30-33 Het doel van deze studie is om de regionale distributie te onderzoeken bij pediatrische patiënten die mechanische beademingstherapie nodig hebben.

D. Opzet en methoden (1) Studieopzet In een prospectieve observationele studie zullen we objectief de regionale therapietrouw en distributie van beademing door EIT meten bij patiënten die mechanische beademing nodig hebben.

(3) Beschrijving van onderzoeksbehandelingen of blootstellingen/voorspellers Na aanwezige goedkeuring en geïnformeerde toestemming zullen patiënten die voldoen aan de opnamecriteria en geen van de uitsluitingscriteria (1) overgaan naar exact dezelfde instelling op het door de FDA goedgekeurde Draeger V500-beademingsapparaat. (2) Een klinische beoordeling door de verantwoordelijke ademhalingstherapeut en verpleegkundige zal worden uitgevoerd om ervoor te zorgen dat de overgangsinstellingen geschikt zijn en in overeenstemming zijn met de praktijkstandaard. (3) Het PulmoVista 500 EIT-apparaat wordt ingesteld en gecontroleerd op veiligheid volgens de verstrekte trainings- en bedieningshandleiding. (4) Het meegeleverde elektrodesysteem wordt rond de borst van de patiënt geplaatst zoals in afbeelding 2. (5) Het EIT-systeem wordt aangesloten op de elektrodenreeks en het V500-beademingsapparaat. (6) Zodra is vastgesteld dat de signaalkwaliteit geschikt is, wordt een opname uitgevoerd en veilig opgeslagen. (7) De EIT-riem en het apparaat worden verwijderd en teruggezet naar de opslag en het V500-beademingsapparaat blijft gedurende de beademingscursus bij de patiënt. De initiële tijdsbesteding voor het opzetten en monitoren is ongeveer 1 uur. (8) Gedurende de eerste 5 dagen zullen er elke ochtend herhaalde opnames worden gemaakt, daarna om de andere dag als > 5 dagen mechanische ventilatie vereist is en binnen 2 uur na grote ingrepen zoals buikligging, verhogen of verlagen van PEEP of MAP van 2 cmH2O of meer, wervingsmanoeuvres, intubatie (indien op niet-invasieve beademing), en voor en na extubatie. Follow-up monitoringgebeurtenissen zullen ongeveer 30 minuten duren. Er wordt geen opstelling of monitoringsessie uitgevoerd zonder de goedkeuring van de bedverpleegkundige en ademtherapeut.

Wijziging van behandelingsblootstellingen

Overgang van de patiënt naar het Draeger V500-beademingsapparaat vindt niet plaats in de volgende situaties:

1. Patiënten die door het onderzoek in samenwerking met het medische team te onstabiel worden geacht om over te stappen op de V500, maar toch stabiel genoeg zijn om de EIT-riem aan te brengen, zullen worden bestudeerd zonder de Draeger V500-ventilator. In plaats daarvan vindt handmatige registratie van de instellingen en metingen van het beademingsapparaat plaats.
2. Ingeschreven patiënten die niet-invasieve beademing krijgen. (5) Gegevensverzamelingsmethoden, beoordelingen, interventies en planning (welke beoordelingen zijn uitgevoerd, hoe vaak) Gegevens zullen worden verzameld uit verschillende bronnen. De eerste evaluatie vindt plaats binnen 48 uur na aanvang van de mechanische beademing. Vitale functies, laatste bloedgas, CXR-rapport, ventilatorinstellingen, longmechaniek en EIT-beelden worden opgenomen. Vitale functies worden verzameld vanaf T3. Bloedgas wordt opgevangen uit Powerchart. Pulmonale mechanica en EIT-beelden worden verkregen van het PulmoVista 500-systeem. De PulmoVista verkrijgt de instellingen van het beademingsapparaat en de pulmonale mechanica via een verbinding met het Draeger V500-beademingsapparaat. Een handmatig stroomschema (papier) van bevindingen wordt vastgelegd en vergeleken met de elektronische bestanden. Na verificatie wordt het handmatige stroomschema op de juiste manier weggegooid.

Het Pulmovista 500-systeem trends niet alleen regionale distributie van beademing, maar ook klinisch bruikbare en momenteel geregistreerde informatie zoals dynamische compliantie, weerstand en beademingsinstellingen. Hoewel het onderzoeksteam de ventilatie op dit moment niet zal begeleiden op basis van EIT-beelden/gegevens, kunnen de trendgegevens die dagelijks worden samengevat nuttig zijn. Ouders worden niet uitgesloten van het zien van de afbeeldingen als ze dat willen. Er worden echter geen gegevens gedeeld, tenzij op verzoek van het team. EIT-beelden of -gegevens zullen niet worden gebruikt voor routinematige klinische zorg of interventies, tenzij er een veiligheidsprobleem is, waarbij het team onmiddellijk op de hoogte wordt gesteld en wordt gevraagd om een ​​klinische beoordeling uit te voeren. Zie het gedeelte Risico/voordeel van het online CHeRP-protocol.

(6) Studietijdlijn (indien van toepassing)

1. De eerste set-up en registratie worden zo snel mogelijk na het begin van de mechanische ventilatie uitgevoerd. De totale set-up en opname zal naar verwachting 1 uur duren.
2. Tijdens de eerste 5 dagen van mechanische ventilatie worden er elke ochtend routinematige opnamen gemaakt; daarna om de dag tot aan de bevrijding.
3. Interventionele opnames worden uitgevoerd binnen 2 uur na veranderingen van 2 cmH2O of meer in PEEP of MAP, buikligging, intubatie, extubatie of beademingsmodi (inclusief ECMO of HFV).

E. Criteria voor ongewenste voorvallen en rapportageprocedures De volgende complicaties zullen worden gecontroleerd tijdens het beeldvormingsproces, waaronder studietijdlijnen 1-3 hierboven, en belangrijke complicaties zullen onmiddellijk aan de IRB worden gemeld. Kleine voorvallen zijn onder meer: ​​huidirritatie die langer dan 1 uur aanhoudt nadat de riem is verwijderd, toename van de ademhalingsfrequentie met > 20%, tijdelijke hypoventilatie bepaald door een toename van ETCO2 met 10 mmHg, tijdelijke toename van FIO2 van > 0,3 en tijdelijke hypoxie bepaald door een desaturatie (<88%) gedurende meer dan 1 minuut. Kleine gebeurtenissen die meer dan 3 keer voorkomen, worden aan de IRB gemeld met een plan van aanpak om dit te voorkomen.

Belangrijke gebeurtenissen die het onderzoek zullen stoppen en onmiddellijk aan de IRB zullen worden gemeld, zijn:

• Desaturatie < 80% (continu bewaakt door pulsoximetrie) langer dan 1 minuut.
• Bradycardie < 60 BPM
• Afname van de longcompliantie waarvan is vastgesteld dat deze verband houdt met de gordel. Alle ongewenste voorvallen zullen wekelijks door het hele onderzoeksteam worden beoordeeld en er zal een gedetailleerd casusrapport worden opgesteld. Als grote of kleine gebeurtenissen meer dan 3 keer voorkomen, wordt het onderzoek pas voortgezet als het onderzoeksteam en de IRB het gevoel hebben dat het veilig is om door te gaan.

F. Methoden voor gegevensbeheer Bij binnenkomst krijgt elke patiënt een uniek nummer toegewezen dat wordt losgekoppeld van zijn/haar medisch dossier om de patiënt te kunnen volgen. Dit nummer wordt ingevoerd in een particuliere BCH, met een wachtwoord beveiligde onderzoeksdatabase (RedCap) die alleen toegankelijk is voor BCH-onderzoekspersoneel.

Tijdens de gegevensverzamelingsperioden wordt een spreadsheet bij het bed bewaard voor elk gegevenspunt dat handmatig moet worden ingevoerd. Deze spreadsheet wordt vernietigd zodra de elektrische en handmatige gegevens zijn geverifieerd.

G. Methode van kwaliteitscontrole De kwaliteit van de gegevensoverdracht wordt verzekerd door een tweede onderzoeker, die de manuele en elektronische gegevens bevestigt. RedCap- en SPSS-software zullen worden gebruikt om de gegevens te helpen analyseren en de gegevensintegriteit te waarborgen door waarschuwingen in te stellen voor niet-ingevulde velden en voor onverwachte of mogelijk verkeerd ingevoerde resultaten.

H. Gegevensanalyseplan EIT-gegevens: Het longbeeldvormingssysteem is de Dräger PulmoVista 500 (Dräger Medical, Lübeck, Duitsland). Zestien coplanaire elektroden worden op gelijke afstand rond de thorax geplaatst ter hoogte van de parasternale zesde intercostale ruimte. De referentie-elektrode wordt aan de rechterkant van de buik, nabij de taille, geplaatst. Elektroden nr. 1 en nr. 16 zijn respectievelijk symmetrisch links en rechts van het borstbeen geplaatst, zodat elektroden nr. 8 en nr. 9 schrijlings op de wervelkolom staan. Deze configuratie leidt tot dwarse beelden in de radiologische conventie, caudaal naar craniaal, vergelijkbaar met een kattenscan. Longbeeldreconstructie zal worden uitgevoerd volgens de Graz-consensus voor elektrische impedantietomografie (GREIT)34 met behulp van de Electrical Impedance and Diffuse Optical Reconstruction Software.35 De gegevens van elke proefpersoon worden gefilterd en afbeeldingen worden gereconstrueerd met behulp van het bovengenoemde open source softwareplatform. Elk gereconstrueerd longbeeld wordt vervolgens gesegmenteerd in interessegebieden en veranderingen in impedantie voor elk gebied worden getranscribeerd. De procedure wordt herhaald voor elk van de individuele EIT-opnamen van proefpersonen. Bovendien zullen we, uitsluitend op een observerende manier, een algoritme gebruiken dat is ontwikkeld door de huidige onderzoeksgroep om te identificeren wanneer veranderingen in de longmechanica waarschijnlijk een weerspiegeling zijn van overmatige uitzetting of instorting van de long.20 Deze afzonderlijke punten en de instellingen van de mechanische ventilator waarop ze zijn verzameld, worden getranscribeerd en vergeleken met de zorgstandaard per praktijkeenheid. Impedantieveranderingen geven aan hoe open of gesloten de long is. Deze benadering is eerder in detail beschreven door onze onderzoeksgroep.20 I. Statistische kracht en overwegingen bij steekproeven Leeftijdscategorieën

1- < 6 maanden 6 maanden - < 1 jaar 1-7 jaar 8-14 jaar > 14 jaar Dit is een pilot-observatiestudie van mechanisch beademde kinderen op onze pediatrische IC's. We hebben een streefcijfer van 50 patiënten binnen twee jaar voorgesteld. We verwachten een uitvalpercentage van 10%. Ons doel zou zijn om 5-7 patiënten te verkrijgen voor elke onderstaande leeftijdscategorie. Aangezien onze ervaring en de voorlopige gegevens op dit gebied betrekking hebben op ernstig longletsel en het feit dat we heterogene, mechanisch beademde patiënten willen onderzoeken, zijn we niet in staat geweest om nauwkeurig een steekproefomvang te bepalen en hebben we daarom besloten dat dit een pilotstudie is. . De voorkeur zal worden gegeven aan patiënten met een laag volume longziekte, zoals maar niet beperkt tot ARDS, CDH, hypoxische respiratoire insufficiëntie, patiënten die zijn overgeplaatst voor mogelijke ECMO en astmapatiënten.

J. Studieorganisatie Pilotstudie voor één instelling.