Method Article

Monitorización de la función pulmonar con tomografía de impedancia eléctrica en la unidad de cuidados intensivos

DOI:

10.3791/66756

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September 6th, 2024

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1Department of Anesthesia, Critical Care and Pain Medicine, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, 2Department of Anesthesiology, Faculty of Medicine, Chulalongkorn University. King Chulalongkorn Memorial Hospital, 3Department of Anesthesiology and Intensive Care Medicine, Catholic University of Sacred Heart, 4School of Medicine and Surgery, University of Milano-Bicocca, 5Department of Respiratory Care, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, 6Electronics Engineering, Aeronautics Institute of Technology, 7Instituto do Coracao (InCor), Hospital das Clinicas HCFMUSP, Faculdade de Medicina, Universidade de Sao Paulo

In This Article

Summary

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La tomografía de impedancia eléctrica es una herramienta de monitorización de la ventilación pulmonar en tiempo real, no invasiva, libre de radiación. Al medir los cambios de impedancia en el tórax, puede visualizar la distribución del aire respiración por respiración. Inicialmente destinada a la monitorización de la ventilación, la tomografía de impedancia eléctrica también puede medir la perfusión mediante la inyección intravenosa de una solución salina.

Abstract

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La tomografía por impedancia eléctrica (EIT) es una técnica de imagen innovadora, no invasiva y libre de radiación para el monitoreo continuo de la ventilación en tiempo real. También tiene aplicación en la monitorización de la perfusión pulmonar. La EIT cuantifica los patrones de ventilación y perfusión en todo el pulmón a partir de la medición y el procesamiento de los cambios de impedancia en el tórax. Es una herramienta poderosa para que los médicos visualicen los cambios en la función pulmonar respiración a respiración.

Una aplicación innovadora de la EIT es su capacidad para evaluar la perfusión pulmonar mediante el análisis cinético de una inyección de solución hipertónica durante una apnea. La solución genera un cambio de impedancia en el tórax a medida que circula a través de la vasculatura pulmonar. Este método indirecto permite la estimación de los patrones de perfusión, contribuyendo significativamente a nuestra comprensión de la dinámica del flujo sanguíneo pulmonar a pie de cama.

La EIT no es solo una herramienta de monitorización, sino que también puede ser fundamental para el diagnóstico de patologías respiratorias como el neumotórax y la intubación bronquial. Puede ayudar a identificar la etiología del desajuste ventilación/perfusión (V/Q) en pacientes que reciben ventilación mecánica invasiva, lo que no es posible con otras herramientas diagnósticas. Además, la EIT puede ayudar en la optimización individual de la configuración de los ventiladores, como la titulación de la presión positiva al final de la espiración (PEEP) y el volumen corriente, mejorando la oxigenación y la salud pulmonar en cuidados intensivos.

En resumen, la EIT representa un cambio de paradigma en la monitorización y el diagnóstico pulmonar a pie de cama. Su naturaleza no invasiva y la inmediatez de los datos hacen de la EIT una herramienta indispensable en la medicina respiratoria moderna. Con sus crecientes aplicaciones, la EIT será fundamental para avanzar en nuestra comprensión y enfoque de la atención respiratoria, particularmente en entornos de cuidados intensivos.

Introduction

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La tomografía de impedancia eléctrica (EIT) es una técnica de monitorización pulmonar que traduce las variaciones de la impedancia a lo largo del tiempo en imágenes topográficas. Esto se logra inyectando una corriente eléctrica alterna baja (5-10 mA) desde electrodos colocados circunferencialmente a través del torso (Figura 1A). La impedancia refleja la oposición de un tejido al flujo de esta corriente eléctrica. Durante la inspiración, la impedancia aumenta, mientras que disminuye durante la espiración. Un cambio similar en la impedancia ocurre en presencia de fluidos intravenosos. Por ejemplo, cuando se inyectan fluidos que tienen una conductividad eléctrica más alta en comparación con la sangre a través de un catéter central, hay una disminución correspondiente en la impedancia eléctrica 1,2,3,4.

Por motivos prácticos, los electrodos de EIT (16 o 32) se colocan en un cinturón, que luego se coloca alrededor del tórax del paciente, específicamente entre los espacios intercostales4º y5º . Esta ubicación proporciona una vista óptima de los pulmones y reduce la interferencia del diafragma. En el proceso de medición, dos electrodos diferentes inyectan una corriente preestablecida secuencialmente, mientras que los electrodos restantes actúan como receptores para las lecturas de voltaje correspondientes. Este proceso se repite rápidamente para cada par de electrodos, girando alrededor del tórax a una frecuencia de 20-50 Hz. Esta rápida rotación es la razón por la que EIT tiene una alta resolución temporal. Un dispositivo EIT torácico calcula la distribución de la impedancia eléctrica en la sección transversal del tórax de cada ciclo de medición y convierte estos valores en una imagen bidimensional. A continuación, esta imagen se muestra en tiempo real en un monitor dedicado.

La EIT tiene varias aplicaciones clínicas. Con base en la tecnología de impedancia, es posible monitorear la distribución del aire dentro del tórax y la distribución de la perfusión, especialmente cuando se administra un agente de contraste para crear variaciones en la impedancia pulmonar. Determinar la configuración de la PEEP para pacientes con ventilación mecánica es desafiante y esencial para minimizar la lesión pulmonar. Además, su capacidad para rastrear los cambios en la ventilación y la perfusión a lo largo del tiempo ofrece datos invaluables para el seguimiento longitudinal del paciente. Este aspecto es crucial en entornos clínicos dinámicos donde las condiciones del paciente pueden evolucionar rápidamente5.

La EIT facilita la visualización no solo de la mecánica global obtenida a través del sensor de caudal o de los datos del ventilador si el dispositivo EIT está conectado con el ventilador, sino que también proporciona información crucial sobre la sobredistensión y el colapso regional 6,7,8,9. Las imágenes generadas proporcionan información funcional sobre los pulmones, pero no están destinadas al diagnóstico anatómico y no emiten radiación. En los Estados Unidos de América, el dispositivo EIT ENLIGHT 2100 es actualmente el único aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA). Otras compañías están ahora en proceso de obtener la aprobación de la FDA para el uso de EIT en las poblaciones de adultos, niños y recién nacidos. Para este trabajo, utilizamos hardware (p. ej., cinturones y pantalla), ventilación y mapas de perfusión del dispositivo ENLIGHT 2100.

La configuración del conjunto EIT incluye tres piezas esenciales del equipo, además del monitor en sí, que son un cinturón de electrodos, el sensor de flujo y el cable de referencia. El cinturón de electrodos se utiliza para obtener una imagen tomográfica bidimensional. La imagen pulmonar del EIT se construye en una representación bidimensional con diferentes resoluciones, como 32 x 32, 24 x 24 o 16 x 16 píxeles, según el tamaño del perímetro torácico y las especificaciones del fabricante. Las imágenes se generan a partir de mediciones de voltaje utilizando algoritmos de reconstrucción. El sensor de flujo está diseñado para uso en un solo paciente y viene en dos tamaños: uno para adultos y pacientes pediátricos, y otro para neonatos. El sensor de flujo pediátrico para adultos no puede medir el volumen corriente inferior a 40 mL, mientras que el sensor neonatal puede registrar el volumen corriente de 0 a 100 mL. Sin el sensor de flujo, el EIT solo muestra datos de impedancia. Una vez que el sensor de flujo está conectado a un paciente, es posible sincronizar los datos de las formas de onda de impedancia con los parámetros de presión, flujo y volumen. El cable de referencia es reutilizable y sirve como punto de referencia para el valor de inyección de la corriente eléctrica.

Seguimiento médico; paciente con electrodos; Diagrama de diagnóstico para la colocación de electrodos.
Figura 1: Colocación de la correa de electrodos de tomografía de impedancia eléctrica. (A) Cinturón de electrodos de tomografía de impedancia eléctrica colocado alrededor del tórax en el4º y5º espacio intercostal. (B) Medición del pecho. El pecho se mide envolviendo una cinta métrica alrededor de todo el pecho. Sin embargo, la mayoría de los pacientes están postrados en cama y la medición de todo el tórax es inviable. En las imágenes se ilustra un enfoque alternativo. Se evalúa el perímetro torácico desde la apófisis espinosa hasta el esternón. A continuación, la medida se duplica para tener en cuenta la porción contralateral del tórax. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

El objetivo principal de este documento de video es proporcionar al lector el conocimiento y las habilidades necesarias para dominar la grabación e interpretación de imágenes EIT. En la búsqueda de este objetivo, proporcionaremos una descripción general de los principios de la EIT, mostraremos sus capacidades de visualización en tiempo real para la distribución del aire en los pulmones y exploraremos sus aplicaciones extendidas en la evaluación de la perfusión. Al lograr estos objetivos, nuestro objetivo es permitir que la audiencia utilice con confianza la tecnología EIT para la evaluación pulmonar.

Protocol

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Las imágenes proporcionadas en este documento fueron anonimizadas y formaron parte de protocolos en curso registrados en ClinicalTrials.gov bajo el número NCT04497454 y aprobados por el comité de ética local (Universidad de São Paulo Incor/HC-FMUSP 4001231, Brasil).

1. Cómo empezar a usar el dispositivo EIT

  1. Cinturón EIT y colocación
    1. Mida la pared torácica para una selección precisa del tamaño del cinturón.
    2. Mida el perímetro torácico entre el4º y el5º espacio intercostal con una cinta métrica (Figura 1B). En pacientes con senos grandes, mueva el cinturón a un espacio intercostal más alto.
    3. Cubra la correa de electrodos con un material desechable con gel conductor.
      NOTA: Esto asegura la adherencia a la piel del paciente, incluso en aquellos pacientes con mucho pelo, facilitando la captación de la señal de impedancia.
    4. Coloque los cinturones en el4º y5º espacio intercostal de la pared torácica del paciente (igual que el perímetro medido) y asegúrese de que no haya superposición de los electrodos al colocar los cinturones.
    5. Mantener la continuidad sin huecos en la espalda ya que el algoritmo de reconstrucción de imagen permite un hueco anterior proporcional al tamaño del cinturón.
    6. Durante la colocación del cinturón, gire al paciente para acceder a la espalda. Asegure las vías respiratorias, todas las vías venosas o arteriales permanentes y los drenajes, y siga las pautas específicas proporcionadas por los profesionales de la salud.
  2. Conecte el sensor de flujo al circuito ventilatorio cerca de la pieza Y y colóquelo con el sensor hacia arriba para evitar la acumulación de líquido y la interferencia de la señal (Figura 2A).
  3. Conecte el electrodo de referencia a un electrodo electrocardiográfico (ECG).
    NOTA: No es posible monitorizar a un paciente sin el cable de referencia (Figura 2B).
    1. Para pacientes adultos y pediátricos, coloque el electrodo en el abdomen o el hombro.
    2. En el caso de los pacientes neonatales, coloque el electrodo en la pierna.
  4. Encienda el EIT e introduzca los datos demográficos del paciente (Figura 3).
  5. Comience a monitorear y evite cualquier movimiento del paciente; se genera una imagen de referencia y se muestra la pantalla de ventilación después de comenzar a monitorear (Figura 4). Se generan dos imágenes: la imagen dinámica y el mapa de ventilación.
    NOTA: Durante la grabación, es crucial evitar que cualquier movimiento del paciente interfiera con los cinturones.
  6. Paso a paso para la herramienta de valoración PEEP en el dispositivo EIT
    1. Seleccione la herramienta de valoración PEEP en el icono de la pantalla principal .
    2. Acceda a las opciones de herramientas haciendo clic en el icono Opciones de herramientas .
    3. Establezca intervalos de tiempo para ajustar los intervalos de tiempo para los cambios de PEEP durante la valoración para estabilizar la ventilación en cada condición.
      NOTA: El intervalo de tiempo depende de la condición del paciente (p. ej., inestabilidad hemodinámica) y de las instrucciones del dispositivo.
    4. Ajuste el valor de umbral para la detección automática de cambios de PEEP.
    5. Inicie la valoración pulsando Inicio en la pantalla de valoración de PEEP para iniciar la cuenta regresiva en función del tiempo ajustado para los cambios de PEEP.
    6. Cuando se le solicite, ajuste el valor de PEEP en el ventilador de acuerdo con el protocolo. El dispositivo detectará automáticamente este cambio e iniciará una nueva cuenta regresiva.
    7. Supervise los cambios de PEEP: la pantalla se actualiza con cada cambio de PEEP. Si se produce un error en la detección automática, deténgase manualmente y comente el procedimiento. Si lo desea, puede proporcionar comentarios o asignar un nombre a la valoración. A continuación, se mostrará el gráfico de valoración de PEEP.
  7. Paso a paso para la herramienta de perfusión en el dispositivo EIT
    1. Preparación del paciente
      1. Asegurar una sedación suficiente y, si es necesario, un bloqueo neuromuscular, ya que cualquier esfuerzo respiratorio puede interrumpir el procedimiento.
        NOTA: El paciente puede presentar esfuerzos respiratorios indetectables a pesar de la monitorización de la ventilación mecánica.
    2. Inicie el procedimiento. Inicie el procedimiento haciendo clic en el icono de inicio dentro del software EIT.
    3. Reconocimiento del ciclo ventilatorio
      1. Permita que el software reconozca algunos ciclos ventilatorios para establecer datos de referencia.
    4. Apnea e inyección
      1. Cambie al modo de presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP) o ventilación con soporte de presión (PSV) con un soporte de presión de 0 cmH2O. Manténgalo durante más de 20 s. Durante este período, inyecte rápida y constantemente 10 mL de una solución salina hipertónica al 7,5% o bicarbonato al 8,4% a través de un catéter de acceso venoso central en la vena yugular interna o subclavia.
    5. Restablezca la ventilación. Una vez completada la inyección, vuelva a los ajustes de ventilación habituales.
    6. Reconstrucción de imagen
      1. Deje que el algoritmo EIT reconstruya la imagen de perfusión basándose en la cinética de primer paso del contraste que fluye a través del corazón y los pulmones.

Configuración de ventilación mecánica con sensor de flujo; Diagrama de la interfaz del paciente y los componentes del circuito.
Figura 2: Colocación del sensor de caudal. (A) Colocación del sensor de flujo entre el circuito y el ETT. (B) El cinturón alrededor del tórax está conectado al dispositivo EIT. El sensor de caudal está conectado entre el ETT y el circuito. Cable de referencia conectado al electrodo en el vientre. Abreviatura: ETT = tubo endotraqueal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Interfaz de software médico, pantalla de configuración del paciente, campos de entrada de datos para diagnóstico y análisis.
Figura 3: Pantalla de inicialización del dispositivo de monitorización de tomografía de impedancia eléctrica. Los campos marcados con asteriscos rojos indican información obligatoria que debe completarse para una configuración y operación adecuadas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Diagrama del sistema de ventilación con imagen dinámica, mapa de ventilación y análisis de datos respiratorios.
Figura 4: La pantalla del EIT muestra una imagen dinámica, un mapa de ventilación y un pletismograma. En el lado izquierdo de la pantalla, hay una distribución de ventilación dividida por región ((A/P, R/L). En el lado derecho de la pantalla, hay parámetros de ventilación que incluyen presión de conducción, PEEP, auto PEEP, PIP, PPlat Alv, VT, CRS, RR y RAW. Abreviaturas: EIT = tomografía de impedancia eléctrica; A/P = anterior / posterior, R / L = derecha / izquierda; PEEP = presión espiratoria positiva; PIP = presión inspiratoria máxima; PPlat Alv = presión de la meseta alveolar; VT = volumen corriente; CRS = distensibilidad del sistema respiratorio; RR = frecuencia respiratoria; RAW = resistencia de la vía aérea. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Results

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Monitoreo de ventilación
La imagen dinámica (Figura 4) muestra las variaciones en tiempo real de la distribución del aire durante la ventilación utilizando colores que van desde el azul oscuro (menos ventilado) hasta el blanco (más ventilado) para representar los cambios regionales. Las áreas grises indican que no hay variación en la ventilación. Las imágenes dinámicas permiten identificar rápidamente las diferencias en las constantes de tiempo intrapulmonar y la presencia de patrones paradójicos. Es importante tener en cuenta que las áreas con variación de aire limitada durante un ciclo respiratorio pueden ser el resultado de una sobredistensión o áreas colapsadas.

El "mapa de ventilación" (Figura 4) ilustra cómo se distribuye el volumen de aire a través de una sección transversal definida durante los ciclos de respiración. El azul brillante indica las regiones pulmonares que reciben la mayor parte del volumen corriente, que es proporcional al cambio de la señal de impedancia entre la inspiración y la espiración. Por el contrario, el azul oscuro representa áreas con baja variación de volumen. El mapa de ventilación permite evaluar la distribución regional de la ventilación dentro de los pulmones. Los pulmones se dividen en regiones anterior/posterior y derecha/izquierda, lo que permite una evaluación detallada y la visualización de pletismógrafos en regiones específicas en la pantalla4.

La curva de variación de la impedancia del tórax del pletismografía (Figura 4) representa la amplitud de la onda correspondiente al volumen corriente, con el valor basal equivalente a la aireación pulmonar o a la Capacidad Residual Funcional (FRC) o al Volumen Pulmonar Final de la Espiración (EELV). La información de aireación puede estimar los cambios relativos en el volumen total de aire intratorácico.

Los parámetros de las vías respiratorias en el lado derecho de la pantalla (Figura 4) son capturados por el sensor de flujo y se muestran como gráficos y números de forma de onda. Los parámetros como la presión de conducción, la PEEP automática, la presión de la meseta alveolar, la distensibilidad y la resistencia (en la columna numérica de la derecha) se calculan durante los ciclos controlados. Los parámetros PEEP, presión máxima, volumen corriente y frecuencia respiratoria se mostrarán en todos los ciclos. El uso del sensor de flujo proximal permite la integración de los datos de ventilación e impedancia en una misma pantalla, independientemente de la marca o modelo del ventilador mecánico.

Herramienta de valoración PEEP (Figura 5)
El paciente debe estar sincronizado con el ventilador, evitando el esfuerzo respiratorio espontáneo y el movimiento que pueda afectar a la titulación de la PEEP. Esto se puede lograr con una sedación adecuada y, si es necesario, con agentes paralizantes. El sensor de flujo y el tubo del ventilador deben estar libres de obstrucciones, como líquidos y secreciones, para mantener un monitoreo preciso.

El EIT detecta cambios en la ventilación regional y, cuando se integra con un medidor de flujo, es capaz de estimar la mecánica respiratoria regional, incluida la presión de las vías respiratorias, el volumen corriente y el flujo. Presenta los resultados como porcentajes de áreas colapsadas e hiperdistendidas en diferentes niveles de PEEP mediante el cálculo de los cambios regionales en el cumplimiento. Algunos autores propusieron valorar la PEEP hasta el punto de cruce entre el porcentaje de sobredistensión (curva blanca en la Figura 5 y área blanca en la Figura 6) y el porcentaje de colapso (curva azul en la Figura 5 y área azul en la Figura 6). A este nivel de PEEP, hay una ocurrencia mínima tanto de áreas hiperdistendidas y colapsadas (curva naranja en la Figura 5) como de función pulmonar. Los estudios en curso están investigando si el conjunto de PEEP en el punto de cruce entre la hipertensión y el colapso es clínicamente ventajoso.

Gráfico de cumplimiento e hiperdistensión frente a PEEP; análisis de mecánica pulmonar; visualización de datos.
Figura 5: La herramienta de valoración de PEEP en la pantalla del EIT. La curva naranja representa la conformidad, la curva blanca representa la hipertensión y la curva azul representa el colapso. Abreviaturas: EIT = tomografía de impedancia eléctrica; PEEP = presión espiratoria positiva. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Diagrama de distensibilidad pulmonar; niveles de PEEP, hiperdistensión, variaciones de colapso; Análisis de tomografía computarizada.
Figura 6: Visualización de los porcentajes de hipertensión (blanco) y colapso (azul), y cumplimiento de los diferentes valores de PEEP en la pantalla del EIT. Abreviaturas: EIT = tomografía de impedancia eléctrica; PEEP = presión espiratoria positiva. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Evaluación de la perfusión pulmonar con EIT: una guía para los profesionales sanitarios
Recientemente se ha reconocido que la tomografía de impedancia eléctrica (EIT) es una valiosa herramienta de monitoreo para la ventilación pulmonar al medir los cambios en la conductividad eléctrica. Si bien la EIT se centra principalmente en la evaluación de la distribución del aire dentro de los pulmones, también puede proporcionar información valiosa sobre la perfusión pulmonar a través de técnicas innovadoras.

Los cambios en la impedancia por el movimiento de la sangre en el tórax son de mucha menor amplitud que los relacionados con la ventilación. Por lo tanto, la EIT no se ha utilizado tradicionalmente para medir la perfusión. Sin embargo, ciertos métodos que involucran la inyección intravenosa de una solución salina hipertónica en combinación con una maniobra de apnea pueden aislar y amplificar los cambios de impedancia relacionados con el flujo sanguíneo. A medida que esta solución viaja a través de los vasos sanguíneos, altera las propiedades eléctricas de la sangre, que EIT puede detectar. La EIT puede inferir indirectamente los patrones de perfusión mediante la observación de los cambios de impedancia causados por esta solución a medida que circula a través de la vasculatura pulmonar. Este abordaje nos permite obtener una comprensión más profunda de la ventilación y la perfusión dentro de los pulmones simultáneamente10. Esta herramienta es solo para fines de investigación en los EE. UU. y / o de acuerdo con las regulaciones de los hospitales locales y / o la aprobación de otras naciones por parte de los organismos legales, reguladores.

Visualización de la perfusión pulmonar
La inyección intravenosa de una solución con alta conductividad eléctrica, como solución salina hipertónica o bicarbonato de sodio, ayuda a visualizar el flujo sanguíneo dentro de la vasculatura pulmonar 11,12,13. Las áreas con mayor perfusión exhiben diferentes patrones de impedancia en comparación con las regiones menos perfundidas. Esta innovadora aplicación de la EIT permite una evaluación relativa de la perfusión junto con la imagen de ventilación, proporcionando una visión completa de la función pulmonar, lo que ayuda a diferenciar la hipoxemia causada por defectos de perfusión, generalmente tratada con terapias que modulan la perfusión pulmonar, de la hipoxemia causada por alteraciones ventilatorias, a menudo abordadas con estrategias de ventilación o cambios de posición. Esta aplicación también permite monitorizar los cambios en la perfusión pulmonar regional en respuesta al tratamiento establecido (como óxido nítrico inhalado, anticoagulantes y fármacos trombolíticos).

Herramienta de perfusión
La herramienta de perfusión dentro de EIT está diseñada específicamente para visualizar el flujo sanguíneo pulmonar durante la ventilación mecánica controlada. Consiste en la inyección de una solución salina hipertónica en una vena durante un breve período de apnea. La imagen resultante muestra la distribución de la perfusión pulmonar, con colores que van desde el amarillo (que indica una perfusión más alta) hasta el rojo oscuro (que indica una perfusión más baja) en la sección transversal del tórax (ver figura 7).

Mapa de perfusión pulmonar; Diagrama con análisis de perfusión, mostrando tendencias filtradas y ajustadas.
Figura 7: Variaciones en el porcentaje de distribución de la perfusión a diferentes regiones del tórax. Se muestran variaciones en la perfusión anterior, posterior, derecha e izquierda, con colores que van desde el amarillo (mayor perfusión) hasta el rojo oscuro (menor perfusión) en la sección transversal del tórax. También es posible ejecutar el video procesado en línea que muestra el contraste que fluye a través del corazón en color azul y luego a los pulmones en colores rojos. Abreviaturas: A = anterior; P = posterior; R = derecha; L = izquierda. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Análisis online y offline
La EIT mide continuamente los pletismogramas y la distribución del aire a través de los pulmones. La variación de la impedancia refleja los cambios en el volumen corriente, lo que permite la evaluación regional de los pulmones. El pletismograma representa gráficamente los cambios en el volumen pulmonar durante la inspiración y la espiración (Figura 8). La variación del aire se puede medir en diferentes partes de los pulmones. Esta es una de las mediciones más ventajosas del EIT, ya que evalúa la ventilación regional.

El dispositivo EIT crea una matriz de 32 x 32 para mapear toda el área pulmonar. Esta matriz se transporta en una rejilla que cubre todos los pulmones. A cada pequeño cuadrado dentro de la cuadrícula, conocido como píxel, se le asigna un valor de resistividad o impedancia. Los cambios en los valores de impedancia corresponden a cambios en el volumen pulmonar en la parte específica del pulmón.

Utilizando un software dedicado, EIT toma estos cambios en los valores de impedancia y genera una imagen. Esta imagen nos ayuda a comprender la magnitud de la variación de volumen, representada en una escala de colores. El azul brillante significa un volumen alto y el azul oscuro indica un volumen bajo. La ausencia de variación en la impedancia o el cambio en el volumen corriente se representa en color gris (Figura 8). Esencialmente, funciona como un mapa, señalando con precisión dónde ocurrieron estos cambios dentro del pulmón.

Diagrama de ventilación dinámica con gráfico de impedancia-tiempo y análisis de unidades pulmonares para monitorización TIMPEL.
Figura 8: La imagen dinámica de ventilación que ilustra cada píxel en una matriz de 32 x 32, con un total de 1.024 píxeles. La amplitud de la ventilación está representada por la amplitud de la onda y la intensidad del color, donde el gris indica que no hay volumen y la transición del azul brillante al azul oscuro representa el volumen alto a bajo, respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Existen numerosas situaciones clínicas en las que la EIT puede ser beneficiosa. Por ejemplo, en la identificación temprana de complicaciones y afecciones que pueden conducir a una lesión pulmonar, como atelectasia, sobredistensión y neumotórax. La atelectasia es una de las patologías más comunes en los pacientes hospitalizados. Consiste en el colapso parcial o completo del tejido pulmonar, lo que reduce el volumen pulmonar y perjudica el intercambio gaseoso. La atelectasia pudo ser detectada por EIT como se muestra en la Figura 9A. La Figura 9A y la Figura 9B son las imágenes del mapa de ventilación del mismo paciente, con menos de 13 minutos de diferencia. En la Figura 9A, solo el 23% de los cambios de impedancia ocurren en la región posterior, lo que también se puede ver por una reducción en las áreas de azul brillante y azul oscuro observadas en esta región. Tras un aumento de la PEEP de 4 a 10 cmH2O, la figura 9B revela un aumento de la ventilación en el pulmón posterior, que aumentó del 23% al 43%. En comparación con la Figura 9A, el paciente presenta un aumento de la distensibilidad de 18,8 a 27,6 mL/cmH2O. Cabe destacar que esta ganancia se produce en la región posterior bilateral, lo que se evidencia por el aumento de las áreas de color azul claro y oscuro en la parte posterior (Figura 9B). Además, hay una reducción de la presión motriz, lo que indica que los aumentos adicionales en el volumen corriente y la PEEP no imponen un estrés adicional a los pulmones14,15.

Diagrama de distribución de ventilación con parámetros PEEP, meseta, RR, VT, que muestra los mapas de ventilación A y B.
Figura 9: Diferencias en la ventilación a diferentes valores de PEEP. (A) En PEEP 4 cmH2O, la imagen muestra una diferencia en la ventilación entre las regiones anterior (más ventilada) y posterior (menos ventilada). (B) Después de un aumento en la PEEP de 4 a 10 cmH2O, es evidente una mejora de la ventilación en la región posterior. Abreviatura: PEEP = presión espiratoria positiva. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

La sobredistensión se refiere a la sobreexpansión o estiramiento del tejido pulmonar más allá de su capacidad fisiológica, lo que provoca un daño potencial en los alvéolos y las estructuras circundantes. La sobredistensión puede ocurrir cuando la presión aplicada desde un ventilador mecánico para inflar los pulmones es demasiado alta. La monitorización de la impedancia pulmonar regional durante los procedimientos ventilatorios evita la sobredistensión y la lesión pulmonar16. En la figura 10A, el paciente está en PEEP de 22 cmH2O, mientras que en la figura 10B, la PEEP se reduce a 12 cmH2O. En la Figura 10B, la imagen dinámica de ventilación de EIT muestra un aumento en las áreas de color azul claro y oscuro en el pulmón anterior, lo que indica un aumento de la ventilación. Simultáneamente, hay una reducción de las áreas de color azul claro y oscuro en el pulmón posterior (del 67% al 43%), lo que sugiere un alivio de la sobredistensión asociada con la PEEP más alta de 22 cmH2O en la Figura 10A. Este ejemplo muestra la capacidad de la EIT para identificar la sobredistensión y promover la ventilación pulmonar protectora a través del pulmón9.

Imagen de medicina nuclear; perfusión cardíaca; comparación de flujo porcentual; izquierda 67%, derecha 43%.
Figura 10: Cambios en la PEEP. (A) PEEP de 22 cmH2O; (B) PEEP de 12 cmH2O. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

El neumotórax es una afección caracterizada por la presencia de aire en la cavidad pleural, el espacio entre el pulmón y la pared torácica. Esta acumulación de aire puede provocar colapso pulmonar, desplazamiento mediastínico y colapso hemodinámico. Con la EIT, los cambios en la impedancia del tórax se pudieron observar en tiempo real, como se muestra en la Imagen Dinámica de Ventilación 17,18,19. Hay un signo en la Imagen Dinámica de Ventilación que muestra la sospecha de neumotórax, llamado signo de "desfase". El signo de "desfasado" se refiere a una indicación visual en la que los cambios de impedancia en el pulmón no se alinean correctamente con el ciclo respiratorio. En un ciclo respiratorio normal, los cambios de impedancia en el pulmón deben sincronizarse con las fases de inhalación y espiración. Cuando se produce un neumotórax, la imagen dinámica de ventilación demostrará una desviación del patrón esperado, ya que los cambios de impedancia no están sincronizados con las fases normales de inhalación y espiración. Además, una elevación en la línea de base del pletismógrafo que significa un aumento en la impedancia pulmonar al final de la espiración (EELI), a pesar de la reducción de la PEEP, puede indicar aún más la presencia de un neumotórax (Figura 11).

Medición de impedancia durante el ciclo respiratorio, diagrama que muestra las fases de inspiración/espiración.
Figura 11: El letrero de "desfasado" en un mapa de ventilación. Al mismo tiempo, el pletismógrafo exhibe una elevación de la línea de base, a pesar de una reducción en la PEEP. Ambos hallazgos apoyan y confirman fuertemente la presencia de neumotórax. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discussion

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La insuficiencia respiratoria y la necesidad de intervención de apoyo, incluida la ventilación mecánica invasiva, son comunes en los pacientes hospitalizados. Por lo tanto, la monitorización de la ventilación y la perfusión pulmonar es fundamental para un diagnóstico y tratamiento oportunos y personalizados. A diferencia de las técnicas de imagen más estándar, como los rayos X y la tomografía computarizada (TC), la EIT proporciona imágenes no invasivas y sin radiación de los pulmones y sus características regionales en tiempo real 1,2,3,4,20. La EIT es útil a pie de cama tanto en la unidad de cuidados intensivos como en el quirófano debido a estas capacidades. La EIT no solo proporciona monitorización ventilatoria, sino que también ofrece la capacidad de analizar la perfusión pulmonar, lo que actualmente no es factible en la práctica clínica habitual 6,7,8.

Durante la ventilación mecánica, la protección del pulmón es un objetivo clave del tratamiento. Uno de los objetivos es evitar la atelectasia y la sobredistensión de los pulmones, que pueden provocar lesiones alveolares. Por lo general, la PEEP se administra para prevenir la atelectasia y mantener el volumen pulmonar. La identificación de la PEEP óptima para pacientes individuales, conocida como "titulación de la PEEP", es un método crucial, especialmente en afecciones como el Síndrome de Dificultad Respiratoria Aguda (SDRA), la obesidad y la hipertensión abdominal21,22.

El método convencional para la titulación de la PEEP se basa en la oxigenación y la mecánica pulmonar. Sin embargo, este enfoque no tiene en cuenta los cambios pulmonares regionales y si las áreas del pulmón están hiperdistendidas o colapsadas. Técnicas avanzadas como la EIT proporcionan imágenes detalladas y en tiempo real de los pulmones durante la inspiración y la espiración. La titulación de la PEEP mediante EIT permite optimizar la oxigenación y la mecánica pulmonar, minimizando la sobredistensión y el colapso del parénquima 23,24,25,26,27,28.

Más recientemente, la herramienta de perfusión de EIT se ha desarrollado para proporcionar una evaluación detallada del flujo sanguíneo pulmonar regional, lo que permite a los médicos y al personal médico estimar la relación ventilación-perfusión. La perfusión pulmonar evaluada por EIT también se ha utilizado para determinar la respuesta a los ajustes de ventilación y oxigenación, así como la respuesta a la terapia con vasodilatadores pulmonares 9,23,25,29,30,31. Además, la EIT también puede detectar grandes defectos de perfusión pulmonar, sugiriendo la presencia de tromboembolia32,33.

El EIT tiene algunas contraindicaciones. En primer lugar, actualmente no se recomienda la EIT en pacientes con marcapasos o desfibriladores implantables. En la actualidad, no existen estudios que evalúen la interferencia eléctrica de la señal EIT y la función del marcapasos. En segundo lugar, la señal de impedancia puede verse alterada por condiciones como el neumomediastino significativo o el enfisema subcutáneo, lo que perjudica la correcta interpretación de los mapas de ventilación y perfusión. Por último, la exigencia de que el cinturón esté en estrecho contacto con la piel presenta desafíos en el uso de la EIT con pacientes que tienen vendajes torácicos34.

Es crucial tener precaución y evitar el uso de la herramienta de perfusión en ciertos escenarios: pacientes que reciben dosis crecientes de vasopresores; pacientes con hipernatremia; pacientes con neumotórax activo y/o fístula broncopleural; pacientes neonatales y pediátricos. El uso de la EIT para la evaluación de la perfusión junto con las imágenes de ventilación tradicionales permite a los proveedores de atención médica una comprensión más profunda de la función pulmonar, lo que ayuda en el diagnóstico y el tratamiento de pacientes en diversos entornos clínicos.

Consideraciones para poblaciones específicas
Los principios de la tecnología EIT se aplican a los pacientes neonatos, pediátricos y adultos, en consecuencia, con el perímetro torácico y el tamaño del cinturón correspondientes. Los cinturones para neonatos son desechables y recomiendan su colocación durante 24 h en lugar de 48 h para los adultos. Se ha creado un sensor de caudal específico capaz de medir los pequeños volúmenes corrientes (de 3 mL a 100 mL) asociados a esta población y que tiene un espacio muerto correspondiente de 1 mL.

La monitorización en línea clasifica los pulmones en regiones de interés (ROI) predefinidas, por ejemplo. cuatro mitades (izquierda, derecha, anterior y posterior), o cuatro capas horizontales. Sin embargo, el análisis fuera de línea podría proporcionar más oportunidades para un análisis en profundidad, como píxel por píxel. Todos los datos de EIT se almacenan en un formato propietario conocido como Product Information Management (PIM). El archivo PIM encapsula información preprocesada, incluido el voltaje medido antes de la reconstrucción tomográfica, las señales sin filtrar y los parámetros de ventilación. Para extraer el archivo PIM para el análisis fuera de línea, conecte una unidad USB a la ranura del dispositivo EIT; A continuación, seleccione el paciente índice. El análisis fuera de línea es útil porque proporciona todos los datos detallados necesarios para comprender la fisiología pulmonar.

Como herramienta diagnóstica de cabecera, la EIT podría ayudar en el diagnóstico de afecciones como la atelectasia, la sobredistensión y el neumotórax. Además de la presentación clínica y el examen físico, el EIT ofrece información detallada para estos diagnósticos. EIT permite una recuperación de información más rápida en comparación con la investigación clásica. Esta capacidad permite a los médicos y otro personal médico diagnosticar y tratar rápidamente a los pacientes 24,35,36,37.

Aprender a utilizar e interpretar la EIT es esencial porque resulta beneficioso en la práctica clínica. Su naturaleza no invasiva y sus capacidades de monitorización en tiempo real hacen de la EIT una herramienta valiosa para los profesionales sanitarios en diversos entornos médicos.

Disclosures

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Glasiele Alcalá, Caio C. A. Morais y Marcus Victor recibieron honorarios de consultoría, mientras que Carolyn La Vita recibió honorarios testimoniales de Timpel, que fabrica un dispositivo utilizado en este estudio. Marcelo B. P. Amato es accionista minoritario de Timpel. Ninguno de los otros autores tiene conflictos de intereses.

Acknowledgements

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Expresamos nuestro sincero agradecimiento a todos los coautores por su contribución a este artículo y agradecemos a TIMPEL Medical por apoyar generosamente este manuscrito con equipo y apoyo.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Equipo EIT (ENLIGHT2100)Timpel
Cobertura de cinturonesmédicos
Timpel Sensor de flujo Timpel Medical
Cable de referencia de Philips
Soluciónmédica
con alta conductividad eléctrica (por ejemplo, solución salina hipertónica, bicarbonato de sodio)No aplicable
Cinturones médicos Timpel

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