Obserwacyjne badanie kohortowe rozkładu wentylacji u dzieci wymagających wentylacji mechanicznej za pomocą elektrycznej tomografii impedancyjnej (EIT)

A. Cele szczegółowe/zadania Cel szczegółowy 1: Określenie regionalnej zgodności i dystrybucji wentylacji w kohorcie dzieci wymagających wentylacji mechanicznej. Hipoteza - Nieprawidłowy rozkład wentylacji zostanie wykryty u wszystkich pacjentów.

Cel szczegółowy 2: Określenie zmian regionalnego rozkładu wentylacji w trakcie terapii wentylacją mechaniczną. Hipoteza - Dystrybucja wentylacji regionalnej zmieni się znacząco w miarę poprawy czynności płuc pacjenta i postępu w kierunku wyzwolenia z wentylacji mechanicznej.

Cel szczegółowy 3: Porównanie wcześniej opracowanych algorytmów wentylacji kierowanej EIT przez zespół badawczy BCH z decyzjami zespołu medycznego dotyczącymi wentylacji mechanicznej. Hipoteza – algorytmy wentylacji sterowanej przez EIT zidentyfikują zmiany w celu zminimalizowania niedodmy i nadmiernego rozdęcia szybciej niż decyzje zespołu klinicznego.

B. Tło i znaczenie Decyzje kliniczne dotyczące respiratora mechanicznego opierają się w dużej mierze na ocenie klinicznej, zwykle opartej na sporadycznych i subiektywnych ocenach odpowiednich parametrów fizjologicznych, które odzwierciedlają jedynie ogólną czynność płuc i nie uwzględniają regionalnego rozkładu wentylacji. Do niedawna nie było możliwości określenia regionalnego rozkładu wentylacji bez narażenia pacjenta na promieniowanie w postaci zdjęcia RTG klatki piersiowej (CXR) lub tomografii komputerowej (CT). CT i CXR dostarczają informacji regionalnych, ale tylko jako migawkę w czasie. Określenie, w jaki sposób różne regiony płuc reagują na interwencje terapeutyczne w czasie, jest wyzwaniem. Jednak nasz zespół badawczy ma duże doświadczenie badawcze w zakresie nieinwazyjnej i wolnej od promieniowania technologii obrazowania medycznego, zwanej elektryczną tomografią impendencyjną (EIT). EIT dostarcza regionalnych informacji o zmianach w wentylacji. To dodatkowe źródło informacji może pomóc zoptymalizować wentylację mechaniczną, zapewniając klinicystom przyłóżkowym stałe wsparcie w podejmowaniu decyzji, ponieważ dane EIT mogą być wykorzystywane do ostrzegania o wykryciu regionalnego zapaści lub nadmiernego rozdęcia. Niewiele jest jednak danych opisujących zmiany rozkładu wentylacji w czasie lub w miarę zmiany stanu chorego.

Elektryczna tomografia impedancyjna (EIT) Barber i Brown wprowadzili elektryczną tomografię impedancyjną do społeczności medycznej na początku lat 80-tych. Od tego momentu zbadano szerokie spektrum zastosowań w medycynie, od opróżniania żołądka, funkcji mózgu, obrazowania piersi po funkcje płuc. Jesteśmy przekonani, że najcenniejszą korzyścią EIT jest monitorowanie regionalnej czynności płuc u pacjentów w stanie krytycznym. Wczesne urządzenia EIT były podatne na słabą czułość i zakłócenia sygnału w warunkach klinicznych. Po latach i ponownym zainteresowaniu kilku komercyjnych firm zainteresowanych technologią wentylacji, wiele z tych niedociągnięć zostało usuniętych. Podobnie jak w przypadku każdej nowej metody, EIT oraz jego przydatność kliniczna i zastosowanie muszą zostać metodycznie zbadane; dlatego proponujemy ten protokół IRB, aby przybliżyć nas o krok na drodze do opracowania narzędzia użytecznego klinicznie9.

Elektryczna tomografia impedancyjna wykorzystuje zmiany impedancji elektrycznej między przestrzeniami wypełnionymi powietrzem a przestrzeniami wypełnionymi tkanką lub płynem w celu scharakteryzowania i ilościowego określenia regionalnego rozkładu objętości płuc przy łóżku pacjenta. Ta technologia została potwierdzona w badaniach na zwierzętach10 i ludziach11,12. Technologia wykorzystuje serię 16 elektrod umieszczonych na klatce piersiowej pacjenta. Ponieważ między elektrodami przepływają małe prądy, niewykrywalne dla pacjenta, impedancja jest mierzona pomiędzy szeregami. Poprzez złożone badanie i manipulację tymi wartościami impedancji powstaje dwuwymiarowy obraz, który, jak wykazano, koreluje ze zmianami klinicznymi i radiograficznymi u pacjentów.11 Możliwość oszacowania objętości płuc i regionalnej dystrybucji gazów w sposób nieinwazyjny iw czasie rzeczywistym może dać nam wgląd w to, jaki tryb wentylacji lub ustawienie jest bardziej skuteczne w optymalizacji wentylacji dodatnim ciśnieniem.

Zdecydowaliśmy się na współpracę z firmą Draeger Medical (Lubeka, Niemcy) za pośrednictwem CTA w celu zbadania zastosowania ich dostępnego na rynku produktu w Europie (niezatwierdzonego przez FDA), zgodnie z dyrektywą europejską 93/42/EWG (wyroby medyczne) i spełnia wymogi normy EN ISO 9001 i EN ISO 13485. Szpital Dziecięcy w Bostonie ma bogate doświadczenie w zakresie prototypowego systemu, które doprowadziło do powstania produktu końcowego o nazwie PulmoVista 500. PulmoVista 500 wykorzystuje 16 elektrod do pomiaru napięć wykorzystywanych do rekonstrukcji obrazu. Symulacje matematyczne oparte na tym układzie elektrod wykazują rozdzielczość przestrzenną 15% średnicy klatki piersiowej; jednak rozdzielczość spada do 20% w kierunku środka korpusu. Podczas gdy skanery CT zwykle zapewniają obrazy składające się z pikseli o rozdzielczości 512 x 512 lub większej, obrazy EIT z PulmoVista 500 składają się tylko z 32 x 32 pikseli, czyli 256 razy mniej pikseli w porównaniu z obrazami CT9. Jednak nasz zespół zamierza wykorzystywać EIT przy łóżku chorego iw środowisku OIOM do kierowania terapią wentylacyjną w przyszłości, zamiast być narzędziem diagnostycznym o wysokiej rozdzielczości, takim jak tomografia komputerowa lub rezonans magnetyczny. Naszym zamiarem nie jest zastąpienie tomografii komputerowej lub rezonansu magnetycznego płuc, ale opracowanie przyłóżkowego narzędzia do kierowania wentylacją w przyszłości, które będzie można stosować w sposób ciągły i przy bardzo niewielkim ryzyku. Charakterystyka kohorty krytycznie chorych wentylowanych mechanicznie dzieci, jak zaproponowano w tym protokole, stanowi ważny krok w kierunku klinicznej użyteczności EIT.

C. Badania wstępne Obecne strategie zapewnienia wentylacji chroniącej płuca polegają na unikaniu stanów związanych z uszkodzeniem płuc. Wzrasta zainteresowanie opracowaniem zindywidualizowanych planów leczenia wentylacji mechanicznej. Wykazano, że stosowanie EIT jest dokładną metodą monitorowania regionalnych zmian objętości płuc u zwierząt i ludzi.10, 13,14 Podczas gdy obrazy radiologiczne i EIT dostarczają informacji o regionalnym rozmieszczeniu powietrza w płucach, charakterystyka obrazu zapewniana przez te modalności jest zupełnie inna. Zdjęcia radiologiczne płuc dostarczają informacji o zawartości powietrza i odzwierciedlają, w zależności od momentu wykonania zdjęć, stan końcowowdechowy, końcowo-wydechowy lub stan płuc gdzieś pomiędzy. Obrazy EIT odzwierciedlają funkcję płuc, a nie same płuca, co oznacza, że ​​EIT przedstawia wentylowane obszary płuc, a nie morfologiczne lub anatomiczne struktury płuc.9 Niemniej jednak informacje regionalne zawarte w obrazach EIT i CT są ze sobą ściśle powiązane, gdy stany patologiczne, takie jak wysięk opłucnowy lub niedodma, prowadzą do nieupowietrzonych i niewentylowanych obszarów płuc. Podczas gdy obrazy CT przedstawiają obszary płuc z uwięzionym powietrzem (np. odma opłucnowa) na czarno ze względu na dużą zawartość powietrza, EIT wyświetla również te obszary na czarno, ponieważ nie są one wentylowane.15, 16 I odwrotnie, obraz TK może wskazywać obszar skonsolidowanej tkanki płucnej na biało ze względu na dużą zawartość płynu, podczas gdy ten obszar może być wyświetlany na obrazie EIT w kolorze czarnym lub ciemnoniebieskim, jeśli ten obszar nie jest wentylowany lub jest tylko częściowo wentylowany .17 Udowodniono, że EIT na modelach zwierzęcych i opisach przypadków u ludzi jest dokładnym wyznacznikiem odmy opłucnowej.15, 18,19 Niedawno wielu badaczy wykorzystało parametry pochodzące z EIT do różnicowania niedodmowych, nadmiernie rozdętych i odpowiednio rekrutowanych płuc w różnych regionach płuc.10, 20-28 Pomimo zdolności EIT do monitorowania regionalnego zachowania płuc, nie wykazano, aby stosowanie wskaźników pochodzących z EIT poprawiało wyniki u zwierząt lub ludzi z ostrym uszkodzeniem płuc aż do zeszłego roku, kiedy dr. Wolf, Arnold i współpracownicy opracowali strategię wentylacji mechanicznej sterowanej przez EIT, która okazała się obiecująca w modelu zwierzęcym.29 Dzięki temu translacyjnemu modelowi byli w stanie wykazać, że wentylacja sterowana przez EIT była lepsza niż krajowy i znormalizowany protokół wentylacji zwany Acute Respiratory Distress Syndrome Network ( ARDSNet) Protokół respiratora.30-33 Celem tego badania jest zbadanie regionalnego rozmieszczenia u pacjentów pediatrycznych wymagających mechanicznej wentylacji.

D. Projekt i metody (1) Projekt badania W prospektywnym badaniu obserwacyjnym obiektywnie zmierzymy regionalną zgodność i dystrybucję wentylacji przez EIT u pacjentów wymagających wentylacji mechanicznej.

(3) Opis badanych terapii lub ekspozycji/predyktorów Po zatwierdzeniu i uzyskaniu świadomej zgody pacjenci, którzy spełniają kryteria włączenia i żadne z kryteriów wykluczenia, (1) przejdą na dokładnie takie same ustawienia respiratora Draeger V500 zatwierdzonego przez FDA. (2) Ocena kliniczna przeprowadzona przez odpowiedzialnego terapeutę oddechowego i pielęgniarkę zostanie przeprowadzona w celu upewnienia się, że zmienione ustawienia są odpowiednie i zgodne ze standardami postępowania. (3) Urządzenie PulmoVista 500 EIT zostanie skonfigurowane i sprawdzone pod kątem bezpieczeństwa zgodnie z dostarczonym szkoleniem i instrukcją obsługi. (4) Dostarczony system elektrod zostanie umieszczony wokół klatki piersiowej pacjenta, jak pokazano na rycinie 2. (5) System EIT zostanie podłączony do zestawu elektrod i respiratora V500. (6) Po ustaleniu, że jakość sygnału jest odpowiednia, nagranie zostanie wykonane i bezpiecznie zapisane. (7) Pas EIT i urządzenie zostaną usunięte i zwrócone do przechowywania, a respirator V500 pozostanie na pacjencie podczas kursu respiratora. Początkowy czas poświęcony na konfigurację i monitorowanie wynosi około 1 godziny. (8) Powtarzane rejestracje będą wykonywane każdego ranka przez pierwsze 5 dni, następnie co drugi dzień, jeśli wymagana jest > 5 dni wentylacji mechanicznej oraz w ciągu 2 godzin po poważnych interwencjach, takich jak ułożenie na brzuchu, zwiększenie lub zmniejszenie PEEP lub MAP o 2 cmH2O lub więcej, manewry rekrutacyjne, intubacja (w przypadku wentylacji nieinwazyjnej) oraz przed i po ekstubacji. Kolejne wydarzenia związane z monitorowaniem potrwają około 30 minut. Żadna sesja konfiguracji ani monitorowania nie zostanie przeprowadzona bez zgody pielęgniarki przyłóżkowej i terapeuty oddechowego.

Modyfikacja ekspozycji na leczenie

Przeniesienie pacjenta do respiratora Draeger V500 nie nastąpi w następujących sytuacjach:

1. Pacjenci, których badania we współpracy z zespołem medycznym uznają za zbyt niestabilnych, aby przejść na V500, ale są wystarczająco stabilni, aby założyć pas EIT, będą badani bez respiratora Draeger V500. Zamiast tego zostanie przeprowadzona ręczna rejestracja ustawień i pomiarów respiratora.
2. Zarejestrowani pacjenci poddawani wentylacji nieinwazyjnej. (5) Metody zbierania danych, oceny, interwencje i harmonogram (jakie oceny przeprowadzono, jak często) Dane będą gromadzone z kilku źródeł. Wstępna ocena zostanie przeprowadzona w ciągu 48 godzin od rozpoczęcia wentylacji mechanicznej. Rejestrowane będą parametry życiowe, ostatnie gazometrie, raport CXR, ustawienia respiratora, mechanika płuc i obrazy EIT. Parametry życiowe będą zbierane z T3. Gazometria zostanie przechwycona z Powerchart. Mechanika płuc i obrazy EIT zostaną uzyskane z systemu PulmoVista 500. PulmoVista uzyska ustawienia respiratora i mechanikę płuc poprzez połączenie z respiratorem Draeger V500. Ręczny schemat (papier) ustaleń zostanie zarejestrowany i porównany z plikami elektronicznymi. Po zweryfikowaniu ręczny schemat blokowy zostanie odpowiednio usunięty.

System Pulmovista 500 wyznacza trendy nie tylko regionalnej dystrybucji wentylacji, ale także przydatnych klinicznie i aktualnie rejestrowanych informacji, takich jak dynamiczna podatność, opór i ustawienia respiratora. Chociaż zespół badawczy nie będzie obecnie kierował wentylacją na podstawie obrazów/danych EIT, przydatne mogą być dane dotyczące trendów, podsumowywane codziennie. Rodzice nie zostaną wykluczeni z oglądania zdjęć, jeśli sobie tego życzą. Jednak żadne dane nie zostaną udostępnione, chyba że poprosi o to zespół. Obrazy lub dane EIT nie będą wykorzystywane do rutynowej opieki klinicznej lub interwencji, chyba że istnieją obawy dotyczące bezpieczeństwa, o których zespół zostanie natychmiast powiadomiony i poproszony o ocenę kliniczną. Zapoznaj się z sekcją Ryzyko/korzyść internetowego protokołu CHeRP.

(6) Harmonogram badania (w stosownych przypadkach)

1. Wstępna konfiguracja i rejestracja zostaną przeprowadzone tak szybko, jak to możliwe po uruchomieniu wentylacji mechanicznej. Przewiduje się, że całkowita konfiguracja i nagrywanie zajmie 1 godzinę.
2. Rutynowe kolejne zapisy będą wykonywane codziennie rano przez pierwsze 5 dni wentylacji mechanicznej; potem co drugi dzień aż do wyzwolenia.
3. Zapisy interwencyjne zostaną przeprowadzone w ciągu 2 godzin po zmianach o co najmniej 2 cmH2O w PEEP lub MAP, ułożeniu na brzuchu, intubacji, ekstubacji lub trybach wentylacji (w tym ECMO lub HFV).

E. Kryteria zdarzeń niepożądanych i procedury zgłaszania Następujące powikłania będą monitorowane podczas procesu wyobrażania, który obejmuje ramy czasowe badania 1-3 powyżej, a poważne powikłania będą natychmiast zgłaszane do IRB. Drobne zdarzenia to: podrażnienie skóry utrzymujące się przez ponad 1 godzinę po zdjęciu pasa, zwiększenie częstości oddechów o > 20%, czasowa hipowentylacja określona przez wzrost ETCO2 o 10 mmHg, czasowy wzrost FIO2 o > 0,3 i czasowy niedotlenienie określone przez desaturację (<88%) przez ponad 1 minutę. Drobne zdarzenia, które wystąpią więcej niż 3 razy, zostaną zgłoszone do IRB wraz z planem działania, jak ich uniknąć.

Główne zdarzenia, które zatrzymają badanie i zostaną natychmiast zgłoszone do IRB, to:

• Desaturacja < 80% (ciągle monitorowana za pomocą pulsoksymetrii) przez ponad 1 minutę.
• Bradykardia < 60 uderzeń na minutę
• Stwierdzono, że spadek podatności płuc jest związany z pasem. Wszystkie zdarzenia niepożądane będą co tydzień analizowane przez cały zespół badawczy i opracowywany będzie szczegółowy opis przypadku. Jeśli większe lub mniejsze zdarzenia wystąpią więcej niż 3 razy, badanie nie będzie kontynuowane, dopóki zespół badawczy i IRB nie uznają, że kontynuowanie jest bezpieczne.

F. Metody zarządzania danymi Po wejściu, każdemu pacjentowi zostanie przydzielony unikalny numer, niepowiązany z jego dokumentacją medyczną, w celu śledzenia pacjenta. Numer ten zostanie wprowadzony do prywatnej bazy danych BCH, chronionej hasłem (RedCap), dostępnej tylko dla personelu badawczego BCH.

Arkusz kalkulacyjny będzie przechowywany przy łóżku podczas okresów gromadzenia danych dla każdego punktu danych, który należy wprowadzić ręcznie. Ten arkusz kalkulacyjny zostanie zniszczony po zweryfikowaniu danych elektrycznych i ręcznych.

G. Metoda kontroli jakości Jakość transferu danych zostanie zapewniona przez drugiego badacza, który potwierdzi dane ręczne i elektroniczne. Oprogramowanie RedCap i SPSS będzie wykorzystywane do analizowania danych i zapewniania integralności danych poprzez tworzenie alertów dotyczących niewypełnionych pól oraz nieoczekiwanych lub prawdopodobnie błędnie wprowadzonych wyników.

H. Plan analizy danych Dane EIT: System obrazowania płuc to Dräger PulmoVista 500 (Dräger Medical, Lubeka, Niemcy). Szesnaście współpłaszczyznowych elektrod zostanie umieszczonych w równej odległości wokół klatki piersiowej na poziomie przymostkowej szóstej przestrzeni międzyżebrowej. Elektroda odniesienia zostanie umieszczona po prawej stronie brzucha, w pobliżu linii talii. Elektrody nr 1 i nr 16 są rozmieszczone symetrycznie odpowiednio po lewej i prawej stronie mostka, tak aby elektrody nr 8 i nr 9 obejmowały kręgosłup. Ta konfiguracja prowadzi do obrazów poprzecznych w konwencji radiologicznej, od ogona do czaszki, podobnie jak tomografia kota. Rekonstrukcja obrazu płuc zostanie przeprowadzona zgodnie z konsensusem Graz dotyczącym elektrycznej tomografii impedancyjnej (GREIT)34 przy użyciu oprogramowania Electrical Impedance and Diffuse Optical Reconstruction Software.35 Dane każdej osoby zostaną przefiltrowane, a obrazy zostaną zrekonstruowane przy użyciu wspomnianej platformy oprogramowania open source. Każdy zrekonstruowany obraz płuc zostanie następnie podzielony na interesujące regiony, a zmiany impedancji dla każdego regionu zostaną przepisane. Procedura zostanie powtórzona dla każdego z poszczególnych przedmiotów EIT. Ponadto wykorzystamy, wyłącznie w sposób obserwacyjny, algorytm opracowany przez obecną grupę badawczą w celu określenia, kiedy zmiany w mechanice płuc mogą odzwierciedlać nadmierne rozdęcie lub zapadnięcie się płuca.20 Te dyskretne punkty i ustawienia respiratora mechanicznego, na podstawie których zostały zebrane, zostaną przepisane i porównane ze standardem opieki na jednostkę praktyki. Zmiany impedancji wskazują, jak otwarte lub zamknięte jest płuco. Podejście to zostało wcześniej szczegółowo opisane przez naszą grupę badawczą.20 I. Moc statystyczna i rozważania dotyczące próby Kategorie wiekowe

1- < 6 miesięcy 6 miesięcy - < 1 rok 1-7 lat 8-14 lat > 14 lat Jest to pilotażowe badanie obserwacyjne dzieci wentylowanych mechanicznie na naszych pediatrycznych oddziałach intensywnej terapii. Zaproponowaliśmy cel 50 pacjentów w ciągu dwóch lat. Przewidujemy 10% odsetek rezygnacji. Naszym celem byłoby pozyskanie 5-7 pacjentów w każdej z poniższych kategorii wiekowych. Ponieważ nasze doświadczenie i wstępne dane w tej dziedzinie dotyczą ciężkiego uszkodzenia płuc oraz faktu, że chcemy zbadać heterogenicznych pacjentów wentylowanych mechanicznie, nie byliśmy w stanie dokładnie określić wielkości próby i dlatego zdecydowaliśmy, że jest to badanie pilotażowe . Preferowani będą pacjenci z chorobami płuc o małej objętości, takimi jak między innymi ARDS, CDH, niedotlenieniowa niewydolność oddechowa, pacjenci przeniesieni do ewentualnego ECMO i astmatycy.

J. Organizacja badania Badanie pilotażowe jednej instytucji.