Обсервационное когортное исследование распределения вентиляции в педиатрии, нуждающейся в ИВЛ, методом электроимпедансной томографии (EIT)

A. Конкретные цели/задачи Конкретная цель 1: Определить региональное соответствие и распределение вентиляции в когорте детей, нуждающихся в ИВЛ. Гипотеза - Аномальное распределение вентиляции будет обнаружено у всех пациентов.

Конкретная цель 2: Определить изменения в региональном распределении вентиляции в течение курса ИВЛ. Гипотеза. Распределение регионарной вентиляции будет значительно меняться по мере улучшения функции легких пациента и по мере его продвижения к освобождению от ИВЛ.

Конкретная цель 3: Сравнить ранее разработанные алгоритмы управляемой вентиляции EIT исследовательской группой BCH с решениями медицинской бригады в отношении механической вентиляции. Гипотеза. Алгоритмы вентиляции под контролем EIT определят изменения для минимизации ателектазов и перерастяжения раньше, чем решения клинической бригады.

B. Предыстория и значимость Клинические решения относительно ИВЛ в значительной степени зависят от клинического суждения, обычно основанного на периодических и субъективных оценках соответствующих физиологических параметров, которые отражают только глобальную функцию легких и не учитывают региональное распределение вентиляции. До недавнего времени не существовало способа определить региональное распределение вентиляции без облучения пациента в виде рентгенограммы грудной клетки (CXR) или компьютерной томографии (CT). CT и CXR предоставляют информацию для конкретного региона, но только в виде моментального снимка во времени. Определение того, как различные области легких реагируют на терапевтические вмешательства с течением времени, является сложной задачей. Тем не менее, наша исследовательская группа имеет большой опыт исследований с использованием неинвазивной и безрадиационной технологии медицинской визуализации, называемой импедансной томографией (EIT). EIT предоставляет региональную информацию об изменениях вентиляции. Этот дополнительный источник информации может помочь оптимизировать искусственную вентиляцию легких, предоставляя прикроватным клиницистам непрерывную поддержку принятия решений, поскольку данные EIT могут использоваться для оповещения при обнаружении регионарного коллапса или чрезмерного растяжения. Однако имеется мало данных, описывающих изменения распределения вентиляции во времени или при изменении состояния пациента.

Электроимпедансная томография (EIT) Барбер и Браун представили медицинскому сообществу электроимпедансную томографию в начале 1980-х годов. Оттуда был изучен широкий спектр применений в медицине, начиная от опорожнения желудка, функции мозга, визуализации груди и заканчивая функцией легких. Мы считаем, что наиболее ценным преимуществом EIT является мониторинг регионарной функции легких у пациентов в критическом состоянии. Ранние устройства EIT были подвержены плохой чувствительности и помехам сигнала в клинических условиях. Спустя годы и возобновившегося интереса со стороны нескольких коммерческих компаний, заинтересованных в технологии вентиляции, многие из этих недостатков были устранены. Как и в случае с любой новой модальностью, EIT и ее клиническая полезность и применение должны быть методично изучены; поэтому мы предлагаем этот протокол IRB, чтобы сделать нас на шаг ближе в этом путешествии по разработке клинически полезного инструмента9.

Электроимпедансная томография использует изменения электрического импеданса между пространствами, заполненными воздухом, и тканями или заполненными жидкостью, чтобы охарактеризовать и количественно определить региональное распределение объема легких у постели больного. Эта технология была подтверждена в исследованиях на животных10 и людях11, 12. В технологии используется серия из 16 электродов, размещенных на груди пациента. По мере того, как между электродами проходят небольшие токи, невидимые для испытуемого, импеданс измеряется между сериями и между ними. Путем сложного опроса и манипулирования этими значениями импеданса формируется двухмерное изображение, которое, как было показано, коррелирует с клиническими и рентгенологическими изменениями у пациентов.11 Возможность оценить объем легких и региональное распределение газа неинвазивно и в режиме реального времени может дать нам представление о том, какой режим вентиляции или настройки более эффективны для оптимизации вентиляции с положительным давлением.

Мы решили сотрудничать с Draeger Medical (Любек, Германия) через CTA, чтобы изучить возможность использования их коммерчески доступного продукта в Европе (не одобренного FDA), в соответствии с Европейской директивой 93/42/EEC (медицинские устройства) и в соответствии с EN ISO. 9001 и EN ISO 13485. Бостонская детская больница имеет большой опыт работы с прототипом системы, который привел к созданию конечного продукта под названием PulmoVista 500. PulmoVista 500 использует 16 электродов для измерения напряжения, используемого для реконструкции изображения. Математическое моделирование, основанное на таком расположении электродов, демонстрирует пространственное разрешение 15% от диаметра грудной клетки; однако разрешение уменьшается до 20% по направлению к центру тела. В то время как КТ-сканеры обычно обеспечивают изображения, состоящие из 512 x 512 или более пикселей, изображения EIT с PulmoVista 500 состоят только из 32 x 32 пикселей, что в 256 раз меньше пикселей по сравнению с КТ-изображениями9. Тем не менее, наша команда намерена использовать EIT у постели больного и в условиях отделения интенсивной терапии для руководства вентиляционной терапией в будущем, а не в качестве диагностического инструмента с высоким разрешением, такого как КТ или МРТ. Мы намерены не заменить КТ или МРТ легких, а разработать прикроватный инструмент для управления вентиляцией в будущем, который можно будет применять непрерывно и с очень небольшим риском. Характеристика когорты тяжелобольных детей, находящихся на искусственной вентиляции легких, предложенная в этом протоколе, представляет собой важный шаг к клинической полезности EIT.

C. Предварительные исследования Современные стратегии обеспечения защитной вентиляции легких основаны на предотвращении состояний, связанных с повреждением легких. Растет интерес к разработке индивидуальных планов лечения ИВЛ. Было продемонстрировано, что использование EIT является точным методом мониторинга региональных изменений объема легких у животных и людей.10, 13, 14 В то время как радиологические и ЭИТ-изображения предоставляют информацию о региональном распределении воздуха в легких, характеристики изображения, полученные этими методами, совершенно разные. Рентгенологические изображения легких предоставляют информацию о содержании воздуха и отражают, в зависимости от момента получения изображений, состояние в конце вдоха, в конце выдоха или промежуточное состояние легких. Изображения EIT отражают функцию легких, а не само легкое, что означает, что EIT отображает вентилируемые области легких, а не морфологические или анатомические структуры легких.9 Тем не менее, региональная информация, содержащаяся в изображениях EIT и CT, тесно связана друг с другом, когда патологические состояния, такие как плевральный выпот или ателектаз, приводят к неаэрируемым и невентилируемым областям легких. В то время как на КТ-изображениях видны участки легких с захваченным воздухом (например, пневмоторакс) черным цветом из-за большого содержания воздуха, EIT также отображает эти области черным цветом, потому что они не вентилируются.15, 16 И наоборот, на КТ-изображении область консолидированной легочной ткани может быть окрашена в белый цвет из-за высокого содержания жидкости, в то время как на ЭИТ-изображении эта область может отображаться черным или темно-синим цветом, если эта область не вентилируется или вентилируется лишь частично .17 На моделях животных и в отчетах о случаях заболевания людей было доказано, что EIT является точным детерминантом пневмоторакса.15, 18, 19 Совсем недавно ряд исследователей использовали параметры, полученные с помощью EIT, для дифференциации ателектатических, перерастяженных и адекватно рекрутированных легких в различных областях легких. 10, 20-28 Несмотря на способность EIT отслеживать региональное поведение легких, не было показано, что использование индексов, полученных с помощью EIT, улучшает результаты у животных или людей с острым повреждением легких до прошлого года, когда Drs. Вольф, Арнольд и их коллеги разработали стратегию искусственной вентиляции легких под контролем EIT, которая продемонстрировала многообещающие результаты на модели животных. С помощью этой поступательной модели они смогли продемонстрировать, что управляемая EIT вентиляция превосходит национальный и стандартизированный протокол вентиляции под названием «Сеть острого респираторного дистресс-синдрома» (29). ARDSNet) протокол вентилятора.30-33 Целью данного исследования является изучение регионарного распределения у детей, нуждающихся в искусственной вентиляции легких.

D. Дизайн и методы (1) Дизайн исследования В проспективном обсервационном исследовании мы будем объективно измерять региональное соответствие и распределение вентиляции с помощью EIT у пациентов, которым требуется искусственная вентиляция легких.

(3) Описание исследуемого лечения или воздействий/прогностических факторов После получения разрешения и получения информированного согласия пациенты, которые соответствуют критериям включения и ни одному из критериев исключения, (1) переходят на точно такие же настройки аппарата ИВЛ Draeger V500, одобренного FDA. (2) Ответственный респираторный терапевт и медсестра проведут клиническую оценку, чтобы убедиться, что измененные настройки являются подходящими и соответствуют стандарту практики. (3) Устройство PulmoVista 500 EIT будет настроено и проверено на безопасность в соответствии с предоставленным руководством по обучению и эксплуатации. (4) Предоставленная система электродов будет размещена вокруг груди пациента, как показано на рисунке 2. (5) Система EIT будет подключена к массиву электродов и аппарату ИВЛ V500. (6) Как только будет определено, что качество сигнала соответствует требованиям, будет выполнена запись, которая будет надежно сохранена. (7) Пояс и устройство для ЭИТ будут сняты и возвращены на хранение, а аппарат ИВЛ V500 останется на пациенте на весь курс ИВЛ. Начальное время настройки и мониторинга составляет приблизительно 1 час. (8) Повторные записи будут выполняться каждое утро в течение первых 5 дней, затем через день, если требуется > 5 дней ИВЛ, и в течение 2 часов после серьезных вмешательств, таких как положение лежа, увеличение или уменьшение ПДКВ или САД на 2 см вод. ст. или более, приемы рекрутмента, интубация (при неинвазивной вентиляции), а также до и после экстубации. Последующие мониторинговые мероприятия будут длиться примерно 30 минут. Ни одна настройка или сеанс мониторинга не будут проводиться без одобрения дежурной медсестры и респираторного терапевта.

Модификация лечебных экспозиций

Перевод пациента на аппарат ИВЛ Draeger V500 не произойдет в следующих ситуациях:

1. Пациенты, которые, по мнению исследования, проведенного в сотрудничестве с медицинской командой, слишком нестабильны для перехода на V500, но достаточно стабильны, чтобы накладывать ЭИТ, будут обследованы без аппарата ИВЛ Draeger V500. Вместо этого будет проводиться ручная запись настроек и измерений вентилятора.
2. Включены пациенты, получающие неинвазивную вентиляцию легких. (5) Методы сбора данных, оценки, вмешательства и график (какие оценки проводились, как часто) Данные будут собираться из нескольких источников. Первоначальная оценка будет проведена в течение 48 часов после начала искусственной вентиляции легких. Будут записаны основные показатели жизнедеятельности, последний газ крови, отчет CXR, настройки вентилятора, легочная механика и изображения EIT. Жизненно важные признаки будут собраны из T3. Газы крови будут взяты из Powerchart. Легочная механика и изображения EIT будут получены с помощью системы PulmoVista 500. PulmoVista получит настройки вентилятора и легочную механику через соединение с вентилятором Draeger V500. Ручная технологическая карта (бумага) результатов будет записана и сравнена с электронными файлами. После проверки ручная схема будет утилизирована надлежащим образом.

Система Pulmovista 500 отслеживает не только региональное распределение вентиляции, но и клинически полезную и регистрируемую в настоящее время информацию, такую ​​как динамическая податливость, сопротивление и настройки вентилятора. Хотя в настоящее время исследовательская группа не будет направлять вентиляцию на основе изображений/данных EIT, ежедневные сводные данные о тенденциях могут быть полезными. Родители не будут исключены из просмотра изображений, если они того пожелают. Однако никакие данные не будут переданы, если только они не будут запрошены командой. Изображения или данные EIT не будут использоваться для рутинной клинической помощи или вмешательств, за исключением случаев, когда существует проблема безопасности, о которой команда будет немедленно уведомлена и попросит провести клиническую оценку. См. раздел «Риск/выгода» онлайн-протокола CHeRP.

(6) График исследования (если применимо)

1. Первоначальная настройка и запись будут проведены как можно скорее после начала искусственной вентиляции легких. Ожидается, что общая настройка и запись займут 1 час.
2. Обычные последующие записи будут проводиться каждое утро в течение первых 5 дней ИВЛ; затем через день до освобождения.
3. Интервенционные записи будут проводиться в течение 2 часов после изменения PEEP или MAP на 2 см H2O или более, положения лежа на животе, интубации, экстубации или режимов вентиляции (включая ЭКМО или HFV).

E. Критерии нежелательных явлений и процедуры сообщения. Следующие осложнения будут контролироваться во время процесса визуализации, включая сроки исследования 1-3 выше, и о серьезных осложнениях будет немедленно сообщено IRB. Незначительные явления включают: раздражение кожи, продолжающееся более 1 часа после снятия пояса, увеличение частоты дыхания более чем на 20 %, временную гиповентиляцию, определяемую увеличением ETCO2 на 10 мм рт. ст., временное увеличение FIO2 > 0,3 и гипоксия, определяемая по десатурации (<88%) в течение более 1 минуты. О незначительных событиях, которые происходят более 3 раз, будет сообщено в IRB с планом действий, как их избежать.

Основные события, которые остановят исследование и о которых будет немедленно сообщено в IRB:

• Десатурация < 80% (постоянно контролируется пульсоксиметрией) в течение более 1 минуты.
• Брадикардия < 60 ударов в минуту
• Установлено, что снижение податливости легких связано с ремнем. Все нежелательные явления будут еженедельно рассматриваться всей исследовательской группой, и будет разрабатываться подробный отчет о случаях. Если серьезные или незначительные события происходят более 3 раз, исследование не будет продолжаться до тех пор, пока исследовательская группа и IRB не сочтут, что продолжать его безопасно.

F. Методы управления данными При входе каждому пациенту будет присвоен уникальный номер, не связанный с его медицинской картой, для целей отслеживания пациента. Этот номер будет введен в частную исследовательскую базу данных МПБ, защищенную паролем (RedCap), доступ к которой может получить только исследовательский персонал МПБ.

Электронная таблица будет храниться у постели больного в течение периодов сбора данных для каждой точки данных, которая будет вводиться вручную. Эта таблица будет уничтожена после проверки электрических и ручных данных.

G. Метод контроля качества Качество передачи данных будет обеспечиваться вторым следователем, который подтвердит ручные и электронные данные. Программное обеспечение RedCap и SPSS будет использоваться для помощи в анализе данных и обеспечении целостности данных путем создания предупреждений для незаполненных полей, а также неожиданных или, возможно, неправильно введенных результатов.

H. План анализа данных Данные EIT: Система визуализации легких — Dräger PulmoVista 500 (Dräger Medical, Любек, Германия). Шестнадцать копланарных электродов будут размещены на одинаковом расстоянии вокруг грудной клетки на уровне парастернального шестого межреберья. Референтный электрод будет размещен на правой стороне живота рядом с линией талии. Электроды №1 и №16 располагают симметрично слева и справа от грудины соответственно так, чтобы электроды №8 и №9 охватывали позвоночник. Эта конфигурация приводит к поперечным изображениям в рентгенологическом стандарте, от каудального до краниального, подобно сканированию кошки. Реконструкция изображения легких будет выполняться в соответствии с консенсусом Graz для электроимпедансной томографии (GREIT)34 с использованием программного обеспечения для реконструкции электрического импеданса и диффузной оптики.35 Данные каждого субъекта будут отфильтрованы, а изображения будут реконструированы с использованием вышеупомянутой программной платформы с открытым исходным кодом. Затем каждое реконструированное изображение легких будет сегментировано на интересующие области, и изменения импеданса для каждой области будут расшифрованы. Процедура будет повторяться для каждой из записей EIT отдельных субъектов. Кроме того, мы будем использовать только в порядке наблюдения алгоритм, разработанный текущей исследовательской группой, чтобы определить, когда изменения в механике легких могут отражать перерастяжение или коллапс легкого.20 Эти отдельные точки и настройки ИВЛ, при которых они были собраны, будут расшифрованы и сопоставлены со стандартом медицинской помощи на единицу практики. Изменения импеданса показывают, насколько открыто или закрыто легкое. Этот подход был ранее подробно описан нашей исследовательской группой.20 I. Статистическая мощность и анализ выборки Возрастные категории

1- < 6 месяцев 6 месяцев - < 1 года 1-7 лет 8-14 лет > 14 лет Это пилотное обсервационное исследование детей с искусственной вентиляцией легких в наших педиатрических отделениях интенсивной терапии. Мы предложили цель 50 пациентов в течение двух лет. Мы ожидаем 10% отсева. Нашей целью было бы получить 5-7 пациентов для каждой возрастной категории ниже. Поскольку наш опыт и предварительные данные в этой области связаны с тяжелым повреждением легких и тем фактом, что мы хотим исследовать гетерогенных пациентов с механической вентиляцией легких, мы не смогли точно определить размер выборки и поэтому решили, что это будет пилотное исследование. . Предпочтение будет отдаваться пациентам с заболеваниями легких с небольшим объемом, таким как, помимо прочего, ОРДС, CDH, гипоксическая дыхательная недостаточность, пациентам, переведенным для возможной ЭКМО, и астматикам.

J. Исследовательская организация Пилотное исследование в одном учреждении.