Observasjonskohortstudie av distribusjon av ventilasjon i pediatri som krever mekanisk ventilasjon ved hjelp av elektrisk impedanstomografi (EIT)

A. Spesifikke mål/mål Spesifikt mål 1: Å bestemme regional samsvar og fordeling av ventilasjon i en gruppe barn som trenger mekanisk ventilasjon. Hypotese - Unormal fordeling av ventilasjon vil bli oppdaget hos alle pasienter.

Spesifikt mål 2: Å bestemme endringer i regional fordeling av ventilasjon i løpet av mekanisk ventilasjonsterapi. Hypotese - Fordeling av regional ventilasjon vil endre seg betydelig etter hvert som pasientens lungefunksjon forbedres og etter hvert som de går mot frigjøring fra mekanisk ventilasjon.

Spesifikt mål 3: Å sammenligne tidligere utviklet EIT-veiledet ventilasjonsalgoritmer av BCH-forskerteamet med medisinske teambeslutninger angående mekanisk ventilasjon. Hypotese - EIT-veiledet ventilasjonsalgoritmer vil identifisere endringer for å minimere atelektase og overdistensjon raskere enn kliniske teambeslutninger.

B. Bakgrunn og betydning Kliniske avgjørelser angående den mekaniske respiratoren er i stor grad avhengig av klinisk vurdering, typisk basert på intermitterende og subjektive vurderinger av relevante fysiologiske parametere som kun reflekterer global lungefunksjon og uten hensyn til regional fordeling av ventilasjon. Inntil nylig har det ikke vært en måte å bestemme regional fordeling av ventilasjon uten å utsette en pasient for stråling i form av røntgen av thorax (CXR) eller datastøttet tomografi (CT). CT og CXR gir regional spesifikk informasjon, men bare som et øyeblikksbilde i tid. Det er utfordrende å bestemme hvordan ulike regioner av lungen reagerer på terapeutiske intervensjoner over tid. Forskerteamet vårt har imidlertid omfattende forskningserfaring med en ikke-invasiv og strålingsfri medisinsk bildeteknologi kalt elektrisk impendenstomografi (EIT). EIT gir regional informasjon om endringer i ventilasjon. Denne ekstra informasjonskilden kan bidra til å optimere mekanisk ventilasjon ved å gi klinikere ved sengekanten kontinuerlig beslutningsstøtte ettersom EIT-dataene kan brukes til å varsle når regional kollaps eller overutvidelse oppdages. Det er imidlertid lite data som beskriver endringer i fordeling av ventilasjon over tid eller når pasientens tilstand endres.

Elektrisk impedanstomografi (EIT) Barber og Brown introduserte elektrisk impedanstomografi til det medisinske miljøet på begynnelsen av 1980-tallet. Derfra har et bredt spekter av bruksområder innen medisin, alt fra gastrisk tømming, hjernefunksjon, brystavbildning, til lungefunksjon blitt utforsket. Det er vår oppfatning at den mest verdifulle fordelen med EIT er overvåking av regional lungefunksjon hos kritisk syke pasienter. Tidlige EIT-enheter ble utsatt for dårlig følsomhet og signalforstyrrelser i kliniske omgivelser. Etter år og fornyet interesse fra noen få kommersielle selskaper som er interessert i ventilasjonsteknologi, er mange av disse manglene løst. Som med enhver ny modalitet, må EIT og dens kliniske nytte og anvendelse metodisk utforskes; derfor foreslår vi denne IRB-protokollen for å ta oss et skritt nærmere denne reisen for å utvikle et klinisk nyttig verktøy9.

Elektrisk impedanstomografi utnytter endringer i elektrisk impendens mellom luftfylte versus vev eller væskefylte rom for å karakterisere og kvantifisere regional fordeling av lungevolum ved sengekanten. Denne teknologien har blitt validert i dyre10 og human11, 12 studier. Teknologien bruker en serie på 16 elektroder plassert over pasientens bryst. Ettersom små strømmer, som ikke er detekterbare for individet, sendes mellom elektrodene, måles impedansen mellom og mellom seriene. Gjennom en kompleks avhør og manipulering av disse impedansverdiene dannes et todimensjonalt bilde, og det har vist seg å korrelere med kliniske og radiografiske endringer hos pasienter.11 Evnen til å estimere lungevolum og regional distribusjon av gass non-invasivt og i sanntid kan gi oss innsikt i hvilken ventilasjonsmåte eller innstilling som er mer effektiv for å optimalisere overtrykksventilasjon.

Vi har valgt å samarbeide med Draeger Medical (Lubeck, Tyskland) gjennom en CTA for å utforske bruken av deres kommersielt tilgjengelige produkt i Europa (ikke FDA-godkjent), gjennom det europeiske direktivet 93/42/EEC (medisinsk utstyr) og oppfyller EN ISO 9001 og EN ISO 13485 krav. Boston Children's Hospital har lang erfaring med deres prototypesystem som førte til det endelige produktet kalt PulmoVista 500. PulmoVista 500 bruker 16 elektroder for å måle spenningene som brukes til bilderekonstruksjon. Matematiske simuleringer basert på dette elektrodearrangementet viser en romlig oppløsning på 15 % av thoraxdiameteren; oppløsningen reduseres imidlertid til 20 % mot midten av kroppen. Mens CT-skannere vanligvis gir bilder som består av 512 x 512 eller høyere piksler, består EIT-bilder fra PulmoVista 500 bare av 32 x 32 piksler, som er 256 ganger færre piksler sammenlignet med CT-bilder9. Teamet vårt har imidlertid til hensikt å bruke EIT ved sengekanten og i ICU-miljøet for å veilede ventilasjonsterapi i fremtiden i stedet for å være et høyoppløselig diagnostisk verktøy som CT eller MR. Vår intensjon er ikke å erstatte CT- eller MR-avbildning av lungen, men å utvikle et sengeverktøy for å veilede ventilasjon i fremtiden som kan brukes kontinuerlig og med svært få risikoer. Karakteriseringen av en kohort av kritisk syke mekanisk ventilerte barn, som foreslått i denne protokollen, representerer et viktig skritt mot klinisk nytte av EIT.

C. Foreløpige studier Gjeldende strategier for å gi lungebeskyttende ventilasjon er avhengig av å unngå forhold forbundet med lungeskade. Det er økende interesse for utvikling av individuelle behandlingsplaner for mekanisk ventilasjon. Bruken av EIT har vist seg å være en nøyaktig metode for å overvåke regionale lungevolumendringer hos dyr og mennesker.10, 13, 14 Mens både radiologiske og EIT-bilder gir informasjon om den regionale fordelingen av luft i lungene, er bildekarakteristikkene gitt av disse modalitetene ganske forskjellige. Radiologiske bilder av lungen gir informasjon om luftinnholdet og reflekterer, avhengig av øyeblikket bildene ble tatt, endinspiratorisk, endeekspiratorisk status eller en lungetilstand et sted i mellom. EIT-bilder reflekterer lungefunksjonen, ikke selve lungen, noe som betyr at EIT viser ventilerte lungeregioner i stedet for morfologiske eller anatomiske strukturer i lungen.9 Ikke desto mindre er den regionale informasjonen i EIT- og CT-bilder nært knyttet til hverandre når patologiske tilstander som pleuraeffusjon eller atelektase fører til ikke-luftede og ikke-ventilerte lungeregioner. Mens CT-bilder viser lungeregioner med innestengt luft (f.eks. pneumothorax) i svart på grunn av det store luftinnholdet, viser EIT også disse områdene i svart fordi de ikke er ventilert.15, 16 Omvendt kan et CT-bilde indikere en region med konsolidert lungevev i en hvit farge på grunn av det høye væskeinnholdet, mens denne regionen kan vises i EIT-bildet i svart eller mørkeblå farge, hvis denne regionen ikke eller bare er delvis ventilert .17 EIT har blitt bevist i dyremodeller og menneskelige kasusrapporter å være nøyaktig determinant for pneumothoraces.15, 18, 19 Nylig har EIT-avledede parametere blitt brukt for å skille atelektatiske, overdistente og tilstrekkelig rekrutterte lunger i forskjellige lungeregioner av en rekke etterforskere.10, 20-28 Til tross for EITs evne til å overvåke regional lungeatferd, har ikke bruk av EIT-avledede indekser vist seg å forbedre utfall hos dyr eller mennesker med akutt lungeskade før i fjor da Dr. Wolf, Arnold og kollegene utviklet en EIT-veiledet mekanisk ventilasjonsstrategi som viste løfte i en dyremodell.29 Gjennom denne translasjonsmodellen var de i stand til å demonstrere at EIT-veiledet ventilasjon var overlegen en nasjonal og standardisert ventilasjonsprotokoll kalt Acute Respiratory Distress Syndrome Network ( ARDSNet) Ventilator Protocol.30-33 Målet med denne studien er å kartlegge regional distribusjon hos pediatriske pasienter som trenger mekanisk ventilasjonsterapi.

D. Design og metoder (1) Studiedesign I en prospektiv observasjonsstudie vil vi objektivt måle regional etterlevelse og distribusjon av ventilasjon av EIT hos pasienter som trenger mekanisk ventilasjon.

(3) Beskrivelse av studiebehandlinger eller eksponeringer/prediktorer Etter fremmøtte godkjenning og informert samtykke, vil pasienter som oppfyller inklusjonskriteriene og ingen av eksklusjonskriteriene (1) gå over til nøyaktig samme innstilling på den FDA-godkjente Draeger V500-ventilatoren. (2) En klinisk vurdering av ansvarlig åndedrettsterapeut og sykepleier vil bli utført for å sikre at de overførte innstillingene er hensiktsmessige og i henhold til praksisstandarden. (3) PulmoVista 500 EIT-enheten vil bli satt opp og sikkerhetskontrollert i henhold til gitt opplæring og bruksanvisning. (4) Det medfølgende elektrodesystemet vil bli plassert rundt pasientens bryst som i figur 2. (5) EIT-systemet kobles til elektrodegruppen og V500-ventilatoren. (6) Når signalkvaliteten er fastslått å være passende, vil et opptak bli utført og lagret sikkert. (7) EIT-beltet og enheten vil bli fjernet og returnert til lagring og V500-ventilatoren vil forbli på pasienten under respiratorforløpet. Den første tiden for oppsett og overvåking er omtrent 1 time. (8) Gjentatte opptak vil bli utført hver morgen de første 5 dagene, deretter annenhver dag hvis > 5 dager med mekanisk ventilasjon er nødvendig og innen 2 timer etter større intervensjoner som liggende posisjonering, økning eller reduksjon av PEEP eller MAP på 2 cmH2O eller mer, rekrutteringsmanøvrer, intubasjon (hvis på ikke-invasiv ventilasjon), og før og etter ekstubering. Oppfølgingsovervåkingsarrangementer vil vare ca. 30 minutter. Ingen oppsett eller overvåkingsøkt vil bli utført uten godkjenning fra sengepleier og respiratorterapeut.

Modifisering av behandlingseksponeringer

Overgang av pasienten til Draeger V500 Ventilator vil ikke skje i følgende situasjoner:

1. Pasienter som anses for ustabile av forskningen i samarbeid med det medisinske teamet til å gå over til V500, men som likevel er stabile nok til å bruke EIT-beltet, vil bli studert uten Draeger V500-ventilatoren. Manuell registrering av ventilatorinnstillingene og målingene vil bli utført i stedet.
2. Pasienter som er registrert som mottar ikke-invasiv ventilasjon. (5) Datainnsamlingsmetoder, vurderinger, intervensjoner og tidsplan (hvilke vurderinger utført, hvor ofte) Data vil bli samlet inn fra flere kilder. Innledende evaluering vil bli utført innen 48 timer etter oppstart av mekanisk ventilasjon. Vitale tegn, siste blodgass, CXR-rapport, ventilatorinnstillinger, lungemekanikere og EIT-bilder vil bli registrert. Vitale tegn vil bli samlet fra T3. Blodgass vil bli fanget opp fra Powerchart. Lungemekanikk og EIT-bilder vil bli hentet fra PulmoVista 500-systemet. PulmoVista vil hente respiratorinnstillingene og lungemekanikken via en tilkobling til Draeger V500-ventilatoren. Et manuelt flytskjema (papir) med funn vil bli registrert og sammenlignet med de elektroniske filene. Når det er verifisert, vil det manuelle flytskjemaet bli riktig kastet.

Pulmovista 500-systemet trender ikke bare regional distribusjon av ventilasjon, men klinisk nyttig og for øyeblikket registrert informasjon som dynamisk etterlevelse, motstand og ventilatorinnstillinger. Selv om forskerteamet ikke vil veilede ventilasjon på dette tidspunktet fra EIT-bilder/data, kan trenddataene oppsummert daglig være nyttige. Foreldre vil ikke bli ekskludert fra å se bildene hvis de ønsker det. Ingen data vil imidlertid bli delt med mindre teamet ber om det. EIT-bilder eller data vil ikke bli brukt til rutinemessig klinisk behandling eller intervensjoner, med mindre det er sikkerhetsproblemer der teamet umiddelbart vil bli varslet og bedt om å vurdere klinisk. Vennligst se risiko/fordeler-delen av den elektroniske CHeRP-protokollen.

(6) Tidslinje for studier (som aktuelt)

1. Innledende oppsett og opptak vil gjennomføres så snart som mulig etter igangsetting av mekanisk ventilasjon. Total oppsett og opptak er forventet å ta 1 time.
2. Rutinemessige påfølgende opptak vil bli utført hver morgen de første 5 dagene med mekanisk ventilasjon; deretter annenhver dag frem til frigjøring.
3. Intervensjonsopptak vil bli utført innen 2 timer etter endringer på 2 cmH2O eller mer i PEEP eller MAP, liggende posisjonering, intubasjon, ekstubasjon eller ventilasjonsmåter (inkludert ECMO eller HFV).

E. Kriterier for uønskede hendelser og rapporteringsprosedyrer Følgende komplikasjoner vil bli overvåket for under imaginasjonsprosessen, som inkluderer studietidslinjene 1-3 ovenfor, og større komplikasjoner vil umiddelbart rapporteres til IRB. Mindre hendelser inkluderer: hudirritasjon som fortsetter i > enn 1 time etter at beltet er fjernet, økning i respirasjonsfrekvens med > 20 %, temporal hypoventilasjon bestemt av en økning i ETCO2 med 10 mmHg, temporal økning i FIO2 på > 0,3 og temporal hypoksi bestemt av en desaturasjon (<88%) i mer enn 1 minutt. Mindre hendelser som inntreffer mer enn 3 ganger vil bli rapportert til IRB med en handlingsplan for hvordan de skal unngås.

Viktige hendelser som vil stoppe studien og umiddelbart rapporteres til IRB er:

• Desaturasjon < 80 % (kontinuerlig overvåket med pulsoksymetri) i mer enn 1 minutt.
• Bradykardi < 60 BPM
• Nedgang i lungekompatibilitet fastslått å være assosiert med beltet. Alle uønskede hendelser vil bli gjennomgått av hele forskerteamet ukentlig og en detaljert kasusrapport vil bli utviklet. Hvis større eller mindre hendelser inntreffer mer enn 3 ganger, vil studien ikke fortsette før forskerteamet og IRB føler at det er trygt å fortsette.

F. Databehandlingsmetoder Ved innreise vil hver pasient bli tildelt et unikt nummer og frakoblet journalen for pasientsporing. Dette nummeret vil bli lagt inn i en privateid BCH, passordbeskyttet forskningsdatabase (RedCap) som kun er tilgjengelig for BCH-studiepersonell.

Et regneark vil bli oppbevart ved sengekanten under datainnsamlingsperiodene for hvert datapunkt som skal legges inn manuelt. Dette regnearket vil bli ødelagt når de elektriske og manuelle dataene er verifisert.

G. Kvalitetskontrollmetode Kvaliteten på overføringen av data vil bli sikret av en andre etterforsker, som vil bekrefte de manuelle og elektroniske dataene. RedCap- og SPSS-programvare vil bli brukt for å hjelpe til med å analysere dataene og sikre dataintegritet ved å etablere varsler for felt som ikke er fylt ut, samt uventede eller muligens feilaktige resultater.

H. Dataanalyseplan EIT-data: Lungebildesystemet er Dräger PulmoVista 500 (Dräger Medical, Lübeck, Tyskland). Seksten koplanare elektroder vil bli plassert ekvidistant rundt thorax på nivå med det parasternale sjette interkostale rommet. Referanseelektroden vil bli plassert på høyre side av magen nær midjelinjen. Elektrodene #1 og #16 er symmetrisk plassert til henholdsvis venstre og høyre for brystbenet, slik at elektrodene #8 og #9 ligger over ryggraden. Denne konfigurasjonen fører til tverrgående bilder i den radiologiske konvensjonen, caudal til kranial, lik en katteskanning. Rekonstruksjon av lungebilder vil bli utført i henhold til Graz-konsensus for elektrisk impedanstomografi (GREIT)34 ved bruk av programvaren for elektrisk impedans og diffus optisk rekonstruksjon.35 Hvert emnes data vil bli filtrert og bilder vil bli rekonstruert ved hjelp av den nevnte programvareplattformen med åpen kildekode. Hvert rekonstruert lungebilde vil deretter segmenteres i områder av interesse og endringer i impedans for hver region vil bli transkribert. Prosedyren vil bli gjentatt for hvert av de individuelle emnene EIT-opptakene. Videre vil vi kun bruke, på en observasjonsmåte, en algoritme som ble utviklet av den nåværende forskergruppen for å identifisere når endringer i lungemekanikk sannsynligvis vil reflektere overutvidelse eller kollaps av lunge.20 Disse diskrete punktene, og de mekaniske ventilatorinnstillingene som de ble samlet inn på, vil bli transkribert og sammenlignet med standarden for omsorg per enhetspraksis. Impedansendringer indikerer hvor åpen eller lukket lungen er. Denne tilnærmingen er tidligere beskrevet i detalj av vår forskningsgruppe.20 I. Statistisk makt og utvalgsbetraktninger Alderskategorier

1- < 6 måneder 6 måneder - < 1 år 1-7 år 8-14 år > 14 år Dette er en pilotobservasjonsstudie av mekanisk ventilerte barn på våre pediatriske intensivavdelinger. Vi har foreslått et mål på 50 pasienter innen to år. Vi regner med 10 % frafall. Målet vårt vil være å få 5-7 pasienter for hver alderskategori nedenfor. Siden vår erfaring og de foreløpige dataene innenfor dette feltet er alvorlig lungeskade og det faktum at vi ønsker å utforske en heterogen mekanisk ventilert pasient, har vi ikke vært i stand til nøyaktig å bestemme en prøvestørrelse og har derfor bestemt at dette er en pilotstudie. . Preferanse vil bli gitt til pasienter med lavt volum av lungesykdom som, men ikke begrenset til, ARDS, CDH, hypoksisk respirasjonssvikt, pasienter som overføres for mulig ECMO og astmatikere.

J. Studieorganisasjon Pilotstudie for én institusjon.