Method Article

Surveillance de la fonction pulmonaire par tomographie d’impédance électrique dans l’unité de soins intensifs

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La tomographie par impédance électrique est un outil de surveillance de la ventilation pulmonaire en temps réel, non invasif et sans rayonnement. En mesurant les changements d’impédance dans le thorax, il peut visualiser la distribution de l’air respiration par respiration. Initialement destinée à la surveillance de la ventilation, la tomographie par impédance électrique permet également de mesurer la perfusion par injection intraveineuse d’une solution saline.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La tomographie par impédance électrique (TEI) est une technique d’imagerie révolutionnaire, non invasive et sans rayonnement pour la surveillance continue et en temps réel de la ventilation. Il a également une application dans la surveillance de la perfusion pulmonaire. L’EIT quantifie les modèles de ventilation et de perfusion dans le poumon à partir de la mesure et du traitement des changements d’impédance dans le thorax. Il s’agit d’un outil puissant permettant aux cliniciens de visualiser les changements de la fonction pulmonaire respiration par respiration.

Une application innovante de l’EIT est sa capacité à évaluer la perfusion pulmonaire à l’aide de l’analyse cinétique d’une injection de solution hypertonique pendant une apnée. La solution génère un changement d’impédance dans le thorax lorsqu’elle circule dans le système vasculaire pulmonaire. Cette méthode indirecte permet d’estimer les modèles de perfusion, contribuant ainsi de manière significative à notre compréhension de la dynamique du flux sanguin pulmonaire au chevet du patient.

L’EIT n’est pas seulement un outil de surveillance, mais peut également être essentiel pour le diagnostic de pathologies respiratoires telles que le pneumothorax et l’intubation bronchique. Il peut aider à identifier l’étiologie de l’inadéquation ventilation/perfusion (V/Q) chez les patients recevant une ventilation mécanique invasive, ce qui n’est pas possible avec d’autres outils de diagnostic. De plus, l’EIT peut aider à l’optimisation individuelle des paramètres du ventilateur, tels que le titrage de la pression expiratoire positive (PEP) et le volume courant améliorant l’oxygénation et la santé pulmonaire dans les soins intensifs.

En résumé, l’EIT représente un changement de paradigme dans la surveillance pulmonaire et le diagnostic au chevet du patient. Sa nature non invasive et l’immédiateté des données font de l’EIT un outil indispensable en médecine respiratoire moderne. Grâce à ses applications croissantes, l’EIT jouera un rôle essentiel dans l’avancement de notre compréhension et de notre approche des soins respiratoires, en particulier dans les milieux de soins intensifs.

Introduction

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La tomographie d’impédance électrique (TEI) est une technique de surveillance pulmonaire qui traduit les variations d’impédance au fil du temps en images topographiques. Ceci est réalisé en injectant un faible courant alternatif électrique (5-10 mA) à partir d’électrodes positionnées circonférentiellement sur le torse (Figure 1A). L’impédance reflète l’opposition d’un tissu au flux de ce courant électrique. Pendant l’inspiration, l’impédance augmente, alors qu’elle diminue pendant l’expiration. Un changement similaire d’impédance se produit en présence de fluides intraveineux. Par exemple, lorsque des fluides qui ont une conductivité électrique plus élevée que le sang sont injectés via un cathéter central, il y a une diminution correspondante de l’impédance électrique 1,2,3,4.

Pour plus de praticité, les électrodes de l’EIT (au nombre de 16 ou 32) sont placées sur une ceinture, qui est ensuite positionnée autour du thorax du patient, plus précisément entre les 4eet 5eespaces intercostaux . Ce placement offre une vue optimale des poumons et réduit les interférences du diaphragme. Dans le processus de mesure, deux électrodes différentes injectent un courant prédéfini de manière séquentielle, tandis que les électrodes restantes servent de récepteurs pour les lectures de tension correspondantes. Ce processus est rapidement répété pour chaque paire d’électrodes, en tournant autour du thorax à une fréquence de 20 à 50 Hz. Cette rotation rapide est la raison pour laquelle l’EIT a une résolution temporelle élevée. Un appareil EIT thoracique calcule la distribution de l’impédance électrique dans la section transversale du thorax à partir de chaque cycle de mesure et convertit ces valeurs en une image bidimensionnelle. Cette image est ensuite affichée en temps réel sur un moniteur dédié.

L’EIT a plusieurs applications cliniques. Grâce à la technologie d’impédance, il est possible de surveiller la distribution de l’air à l’intérieur du thorax et la distribution de la perfusion, en particulier lorsqu’un agent de contraste est administré pour créer des variations d’impédance pulmonaire. Déterminer les paramètres de PEP pour les patients sous ventilation mécanique est à la fois difficile et essentiel pour minimiser les lésions pulmonaires. De plus, sa capacité à suivre les changements de ventilation et de perfusion au fil du temps offre des données inestimables pour le suivi longitudinal des patients. Cet aspect est crucial dans les environnements cliniques dynamiques où l’état des patients peut évoluer rapidement5.

L’EIT facilite non seulement la visualisation de la mécanique globale obtenue par le capteur de débit ou les données du ventilateur si le dispositif EIT est connecté au ventilateur, mais fournit également des informations cruciales sur la surtension et l’effondrement régional 6,7,8,9. Les images générées fournissent des informations fonctionnelles sur les poumons mais ne sont pas destinées au diagnostic anatomique et n’émettent pas de rayonnement. Aux États-Unis d’Amérique, le dispositif EIT ENLIGHT 2100 est actuellement le seul approuvé par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis. D’autres entreprises sont actuellement en train d’obtenir l’approbation de la FDA pour l’utilisation de l’EIT chez les adultes, les enfants et les nouveau-nés. Pour cet article, nous avons utilisé le matériel (par exemple, des ceintures et un écran), la ventilation et les cartes de perfusion de l’appareil ENLIGHT 2100.

La configuration de l’ensemble EIT comprend trois équipements essentiels, en plus du moniteur lui-même, à savoir une ceinture d’électrodes, le capteur de débit et le câble de référence. La ceinture d’électrodes est utilisée pour obtenir une image tomographique bidimensionnelle. L’image du poumon EIT est construite dans une représentation bidimensionnelle avec des résolutions variables, telles que 32 x 32, 24 x 24 ou 16 x 16 pixels, en fonction de la taille du périmètre de la poitrine et des spécifications du fabricant. Les images sont générées à partir de mesures de tension à l’aide d’algorithmes de reconstruction. Le capteur de débit est conçu pour une utilisation par un seul patient et est disponible en deux tailles : une pour les adultes et les patients pédiatriques, et une autre pour les nouveau-nés. Le capteur de débit adulte-pédiatrique ne peut pas mesurer un volume courant inférieur à 40 ml, tandis que le capteur néonatal peut enregistrer un volume courant de 0 à 100 ml. Sans le capteur de débit, l’EIT n’affiche que les données d’impédance. Une fois que le capteur de débit est connecté à un patient, il devient possible de synchroniser les données des formes d’onde d’impédance avec les paramètres de pression, de débit et de volume. Le câble de référence est réutilisable et sert de point de référence pour la valeur d’injection du courant électrique.

Suivi médical ; patient avec électrodes ; Schéma de diagnostic pour le placement des électrodes.
Figure 1 : Placement de la courroie d’électrodes de tomographie par impédance électrique. (A) Ceinture d’électrodes de tomographie par impédance électrique placée autour de la poitrine au 4e et 5e espace intercostal. (B) Mesure de la poitrine. La poitrine est mesurée en enroulant un ruban à mesurer autour de toute la poitrine. Cependant, la plupart des patients sont alités et la mesure de l’ensemble de la poitrine est irréalisable. Une approche alternative est illustrée dans les images. Le périmètre thoracique est évalué de l’apophyse épineuse au sternum. La mesure est ensuite doublée pour tenir compte de la partie controlatérale de la poitrine. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

L’objectif principal de ce document vidéo est de fournir au lecteur les connaissances et les compétences nécessaires pour devenir compétent dans l’enregistrement et l’interprétation des images EIT. Dans la poursuite de cet objectif, nous fournirons un aperçu des principes de l’EIT, présenterons ses capacités de visualisation en temps réel de la distribution de l’air dans les poumons et explorerons ses applications étendues dans l’évaluation de la perfusion. En atteignant ces objectifs, nous visons à permettre au public d’utiliser en toute confiance la technologie EIT pour l’évaluation pulmonaire.

Protocol

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Les images fournies dans cet article ont été anonymisées et font partie des protocoles en cours enregistrés chez ClinicalTrials.gov sous le numéro NCT04497454 et approuvés par le comité d’éthique local (Université de São Paulo Incor/HC-FMUSP 4001231, Brésil).

1. Comment commencer à utiliser l’appareil EIT

  1. Ceinture EIT et placement
    1. Mesurez la paroi thoracique pour une sélection précise de la taille de la ceinture.
    2. Mesurez le périmètre thoracique entre les 4e et 5e espaces intercostaux à l’aide d’un ruban à mesurer (Figure 1B). Chez les patients ayant de gros seins, déplacez la ceinture vers un espace intercostal plus élevé.
    3. Couvrez la ceinture d’électrodes avec un matériau jetable avec du gel conducteur.
      REMARQUE : Cela garantit l’adhérence à la peau du patient, même chez les patients ayant beaucoup de poils, facilitant la capture du signal d’impédance.
    4. Placez les ceintures sur les 4e et 5e espaces intercostaux de la paroi thoracique du patient (comme le périmètre mesuré) et assurez-vous qu’il n’y a pas de chevauchement des électrodes lors de la mise en place des ceintures.
    5. Maintenir la continuité sans espaces dans le dos puisque l’algorithme de reconstruction d’image permet un espace antérieur proportionnel à la taille de la bande.
    6. Pendant la mise en place de la ceinture, tournez le patient pour accéder au dos. Sécurisez les voies respiratoires, toutes les lignes veineuses ou artérielles à demeure et les drains, et suivez les directives spécifiques fournies par les professionnels de la santé.
  2. Connectez le capteur de débit au circuit de ventilation à proximité de la pièce en Y et positionnez-le avec le capteur vers le haut pour éviter l’accumulation de fluide et les interférences de signal (Figure 2A).
  3. Connectez l’électrode de référence à une électrode électrocardiographique (ECG).
    REMARQUE : il n’est pas possible de surveiller un patient sans le câble de référence (Figure 2B).
    1. Pour les patients adultes et pédiatriques, positionnez l’électrode sur l’abdomen ou l’épaule.
    2. Pour les patients néonatals, positionnez l’électrode sur la jambe.
  4. Activez l’EIT et saisissez les données démographiques du patient (Figure 3).
  5. Commencer à surveiller et éviter tout mouvement du patient ; une image de référence est générée et l’écran de ventilation s’affiche après le début de la surveillance (Figure 4). Deux images sont générées : l’image dynamique et la carte de ventilation.
    REMARQUE : Pendant l’enregistrement, il est crucial d’éviter que tout mouvement du patient n’interfère avec les ceintures.
  6. Étape par étape pour l’outil de titrage PEP sur l’appareil EIT
    1. Sélectionnez l’outil de titrage PEP à partir de l’icône de l’écran principal .
    2. Accédez aux options de l’outil en cliquant sur l’icône Options de l’outil .
    3. Définissez des intervalles de temps pour ajuster les intervalles de temps pour les changements de PEP pendant le titrage afin de stabiliser la ventilation dans chaque condition.
      REMARQUE : L’intervalle de temps dépend de l’état du patient (par exemple, instabilité hémodynamique) et des instructions de l’appareil.
    4. Ajustez la valeur Seuil pour la détection automatique des modifications PEP.
    5. Démarrez le titrage en appuyant sur Démarrer sur l’écran de titrage PEP pour lancer le compte à rebours basé sur le temps ajusté pour les changements de PEP.
    6. Lorsque vous y êtes invité, ajustez la valeur PEP sur le ventilateur conformément au protocole. L’appareil détectera automatiquement ce changement et lancera un nouveau compte à rebours.
    7. Surveillez les modifications PEEP - l’écran se met à jour à chaque modification PEEP. En cas d’échec de la détection automatique, arrêtez manuellement la procédure et commentez-la. Si vous le souhaitez, fournissez des commentaires ou nommez le titrage. Le graphique de titrage PEEP s’affichera alors.
  7. Pas à pas pour l’outil de perfusion sur le dispositif EIT
    1. Préparation du patient
      1. Assurez-vous d’une sédation suffisante et, si nécessaire, d’un blocage neuromusculaire, car tout effort respiratoire peut perturber la procédure.
        REMARQUE : Le patient peut présenter des efforts respiratoires indétectables malgré la surveillance de la ventilation mécanique.
    2. Lancez la procédure. Démarrez la procédure en cliquant sur l’icône Démarrer dans le logiciel EIT.
    3. Reconnaissance du cycle ventilatoire
      1. Laissez le logiciel reconnaître quelques cycles ventilatoires pour établir des données de base.
    4. Apnée et injection
      1. Passez en mode pression positive continue (CPAP) ou ventilation assistée par pression (PSV) avec une charge de pression de 0 cmH2O. Maintenez cette fonction pendant plus de 20 s. Pendant cette période, injectez rapidement et régulièrement 10 ml d’une solution saline hypertonique à 7,5 % ou de bicarbonate à 8,4 % par un cathéter d’accès veineux central au niveau de la veine jugulaire interne ou sous-clavière.
    5. Rétablir la ventilation. Une fois l’injection terminée, revenez à des réglages de ventilation normaux.
    6. Reconstruction d’image
      1. Laissons l’algorithme EIT reconstruire l’image de perfusion en fonction de la cinétique de premier passage du contraste circulant dans le cœur et les poumons.

Configuration de ventilation mécanique avec capteur de débit ; schéma de l’interface patient et des composants du circuit.
Figure 2 : Emplacement du capteur de débit. (A) Placement du capteur de débit entre le circuit et l’ETT. (B) La ceinture autour du thorax est reliée au dispositif EIT. Le capteur de débit est connecté entre l’ETT et le circuit. Câble de référence connecté à l’électrode sur le ventre. Abréviation : ETT = tube endotrachéal. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Interface du logiciel médical, écran de configuration du patient, champs de saisie de données pour le diagnostic et l’analyse.
Figure 3 : L’écran d’initialisation du dispositif de surveillance de la tomographie d’impédance électrique. Les champs marqués d’un astérisque rouge indiquent les informations obligatoires qui doivent être remplies pour une configuration et un fonctionnement corrects. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Schéma du système de ventilation avec image dynamique, carte de ventilation et analyse des données respiratoires.
Figure 4 : L’écran EIT affichant une image dynamique, une carte de ventilation et un pléthysmogramme. Sur le côté gauche de l’écran, il y a la distribution de la ventilation divisée par région (A/P, R/L). Sur le côté droit de l’écran, il y a des paramètres de ventilation, notamment la pression de conduite, PEEP, auto PEEP, PIP, PPlat Alv, VT, CRS, RR et RAW. Abréviations : EIT = tomographie d’impédance électrique ; A/P = antérieur/postérieur, R/L = droite/gauche ; PEP = pression expiratoire positive ; PIP = pression inspiratoire de pointe ; PPlat Alv = pression du plateau alvéolaire ; VT = volume courant ; CRS = compliance du système respiratoire ; RR = fréquence respiratoire ; RAW = résistance des voies respiratoires. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Results

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Surveillance de la ventilation
L’image dynamique (figure 4) montre les variations en temps réel de la distribution de l’air pendant la ventilation en utilisant des couleurs allant du bleu foncé (le moins ventilé) au blanc (le plus ventilé) pour représenter les changements régionaux. Les zones grises n’indiquent aucune variation de la ventilation. Les images dynamiques permettent d’identifier rapidement les différences de constantes de temps intrapulmonaires et la présence de motifs paradoxaux. Il est important de noter que les zones où la variation d’air est limitée au cours d’un cycle respiratoire peuvent résulter d’une surtension ou d’un affaissement des zones.

La « carte de ventilation » (figure 4) illustre comment le volume d’air se répartit sur une section transversale définie pendant les cycles respiratoires. Le bleu vif indique les régions pulmonaires qui reçoivent la majeure partie du volume courant, ce qui est proportionnel au changement du signal d’impédance entre l’inspiration et l’expiration. À l’inverse, le bleu foncé représente les zones à faible variation de volume. La carte de ventilation permet d’évaluer la distribution régionale de la ventilation dans les poumons. Les poumons sont divisés en régions antérieure/postérieure et droite/gauche, ce qui permet une évaluation détaillée et l’affichage des pléthysmographes dans des régions spécifiques sur l’écran4.

La courbe de variation de l’impédance thoracique du pléthysmogramme (Figure 4) représente l’amplitude de l’onde correspondant au volume courant, avec la référence équivalente à l’aération pulmonaire ou à la capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) ou au volume pulmonaire expiratoire en fin d’expiration (EELV). Les informations sur l’aération permettent d’estimer les changements relatifs du volume total d’air intrathoracique.

Les paramètres des voies respiratoires sur le côté droit de l’écran (Figure 4) sont capturés par le capteur de débit et affichés sous forme de graphiques et de chiffres sous forme de forme d’onde. Des paramètres tels que la pression motrice, l’auto PEP, la pression de plateau alvéolaire, la compliance et la résistance (dans la colonne numérique de droite) sont calculés pendant les cycles contrôlés. Les paramètres PEEP, pression de pointe, volume courant et fréquence respiratoire seront affichés dans tous les cycles. L’utilisation du capteur de débit proximal permet d’intégrer les données de ventilation et d’impédance sur le même écran, quelle que soit la marque ou le modèle de ventilateur mécanique.

Outil de titrage PEP (Figure 5)
Le patient doit être synchronisé avec le ventilateur, évitant ainsi les efforts et les mouvements respiratoires spontanés qui peuvent affecter le titrage de la PEP. Cela peut être atteint avec une sédation adéquate, et si nécessaire avec des agents paralysants. Le tube du capteur de débit et du ventilateur doit être exempt de toute obstruction, telle que des liquides et des sécrétions, afin de maintenir une surveillance précise.

L’EIT détecte les changements dans la ventilation régionale et, lorsqu’il est intégré à un débitmètre, est capable d’estimer la mécanique respiratoire régionale, y compris la pression des voies respiratoires, le volume courant et le débit. Il présente les résultats en pourcentage de zones effondrées et hyperdistendues à différents niveaux de PEP en calculant les changements de conformité régionaux. Certains auteurs ont proposé de titrer la PEP jusqu’au point de croisement entre le pourcentage de surdistension (courbe blanche sur la figure 5 et zone blanche sur la figure 6) et le pourcentage d’effondrement (courbe bleue sur la figure 5 et zone bleue sur la figure 6). À ce niveau de PEP, il y a un minimum d’occurrence de zones hyperdistendues et affaissées (courbe orange sur la figure 5) et de fonction pulmonaire. Des études en cours visent à déterminer si la PEP définie au point de croisement entre l’hyperdistension et le collapsus est cliniquement avantageuse.

Observance et hyperdistension par rapport au tableau PEP ; analyse de la mécanique pulmonaire ; visualisation des données.
Figure 5 : L’outil de titrage PEP sur l’écran EIT. La courbe orange représente la conformité, la courbe blanche représente l’hyperdistension et la courbe bleue représente l’effondrement. Abréviations : EIT = tomographie d’impédance électrique ; PEP = pression expiratoire positive. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Diagramme de conformité pulmonaire ; niveaux de PEP, hyperdistension, variations de collapsus ; Analyse par tomodensitométrie.
Figure 6 : Affichage des pourcentages d’hyperdistension (blanc) et de collapsus (bleu), et conformité pour différentes valeurs de PEP sur l’écran EIT. Abréviations : EIT = tomographie d’impédance électrique ; PEP = pression expiratoire positive. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Évaluation de la perfusion pulmonaire par EIT : un guide pour les prestataires de soins de santé
La tomographie par impédance électrique (TEI) a récemment été reconnue comme un outil de surveillance précieux pour la ventilation pulmonaire en mesurant les changements de conductivité électrique. Bien que l’EIT se concentre principalement sur l’évaluation de la distribution de l’air dans les poumons, il peut également fournir des informations précieuses sur la perfusion pulmonaire grâce à des techniques innovantes.

Les changements d’impendence dus au mouvement du sang dans le thorax sont d’une amplitude beaucoup plus faible que ceux liés à la ventilation. Ainsi, l’EIT n’a pas été traditionnellement utilisé pour mesurer la perfusion. Cependant, certaines méthodes impliquant l’injection intraveineuse d’une solution saline hypertonique en combinaison avec une manœuvre d’apnée peuvent isoler et amplifier les changements d’impédance liés au flux sanguin. Lorsque cette solution se déplace dans les vaisseaux sanguins, elle modifie les propriétés électriques du sang, ce que l’EIT peut détecter. L’EIT peut indirectement déduire les modèles de perfusion en observant les changements d’impédance causés par cette solution lorsqu’elle circule dans le système vasculaire pulmonaire. Cette approche nous permet de mieux comprendre simultanément la ventilation et la perfusion dans les poumons10. Cet outil est destiné à des fins de recherche uniquement aux États-Unis et/ou conformément aux réglementations des hôpitaux locaux et/ou à l’approbation d’autres pays par des organismes de réglementation juridiques.

Visualisation de la perfusion pulmonaire
L’injection intraveineuse d’une solution à haute conductivité électrique, telle qu’une solution saline hypertonique ou du bicarbonate de sodium, aide à visualiser le flux sanguin dans le système vasculaire pulmonaire 11,12,13. Les zones où la perfusion est plus élevée présentent des modèles d’impédance différents de ceux des régions moins perfusées. Cette application innovante de l’EIT permet une évaluation relative de la perfusion parallèlement à l’imagerie de ventilation, fournissant une vue complète de la fonction pulmonaire, ce qui aide à différencier l’hypoxémie causée par des défauts de perfusion, généralement traitée avec des thérapies qui modulent la perfusion pulmonaire, de l’hypoxémie causée par des troubles ventilatoires, souvent traitée par des stratégies de ventilation ou des changements de position. Cette application permet également de surveiller les changements dans la perfusion pulmonaire régionale en réponse au traitement établi (tels que le monoxyde d’azote inhalé, les anticoagulants et les médicaments thrombolytiques).

Outil de perfusion
L’outil de perfusion de l’EIT est spécialement conçu pour visualiser le flux sanguin pulmonaire pendant la ventilation mécanique contrôlée. Il s’agit de l’injection d’une solution saline hypertonique dans une veine pendant une brève période d’apnée. L’image résultante montre la distribution de la perfusion pulmonaire, avec des couleurs allant du jaune (indiquant une perfusion plus élevée) au rouge foncé (indiquant une perfusion plus faible) dans la section transversale du thorax (voir Figure 7).

Carte de perfusion pulmonaire ; Schéma avec analyse de perfusion, montrant les tendances filtrées et ajustées.
Figure 7 : Variations du pourcentage de distribution de la perfusion dans différentes régions du thorax. On voit des variations de perfusion vers l’avant, l’arrière, la droite et la gauche, avec des couleurs allant du jaune (perfusion supérieure) au rouge foncé (perfusion inférieure) dans la section transversale de la poitrine. Il est également possible d’exécuter la vidéo traitée en ligne montrant le contraste traversant le cœur en bleu après les poumons en rouge. Abréviations : A = antérieur ; P = postérieur ; R = droite ; L = gauche. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Analyse en ligne et hors ligne
L’EIT mesure en permanence les pléthysmogrammes et la distribution de l’air dans les poumons. La variation d’impédance reflète les changements de volume courant, ce qui permet une évaluation régionale des poumons. Le pléthysmogramme représente graphiquement les changements de volume pulmonaire pendant l’inspiration et l’expiration (Figure 8). La variation de l’air peut être mesurée dans différentes parties des poumons. Il s’agit de l’une des mesures les plus avantageuses de l’EIT, car elle évalue la ventilation régionale.

Le dispositif EIT crée une matrice 32 x 32 pour cartographier l’ensemble de la zone pulmonaire. Cette matrice est acheminée dans une grille couvrant l’ensemble des poumons. Chaque petit carré de la grille, appelé pixel, se voit attribuer une valeur de résistivité ou d’impédance. Les modifications des valeurs d’impédance correspondent aux modifications du volume pulmonaire dans la partie spécifique du poumon.

À l’aide d’un logiciel dédié, EIT prend ces changements de valeurs d’impédance et génère une image. Cette image nous aide à comprendre l’ampleur de la variation de volume, représentée sur une échelle de couleurs. Le bleu vif signifie un volume élevé et le bleu foncé indique un faible volume. Aucune variation d’impédance ou aucun changement de volume courant n’est représenté en gris (Figure 8). Essentiellement, il fonctionne comme une carte, indiquant précisément où ces changements se sont produits dans les poumons.

Diagramme de ventilation dynamique avec graphique impédance-temps et analyse de l’unité pulmonaire pour la surveillance TIMPEL.
Figure 8 : L’image dynamique de la ventilation illustrant chaque pixel d’une matrice 32 x 32, soit un total de 1 024 pixels. L’amplitude de la ventilation est représentée par l’amplitude de l’onde et l’intensité de la couleur, le gris indiquant qu’il n’y a pas de volume et passant du bleu vif au bleu foncé représentant respectivement un volume élevé à un volume faible. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Il existe de nombreuses situations cliniques où l’EIT peut être bénéfique. Par exemple, dans l’identification précoce des complications et des affections pouvant entraîner des lésions pulmonaires, telles que l’atélectasie, la surdistension et le pneumothorax. L’atélectasie est l’une des pathologies les plus fréquentes chez les patients hospitalisés. Il s’agit d’un collapsus partiel ou complet du tissu pulmonaire, d’une réduction des volumes pulmonaires et d’une altération des échanges gazeux. L’atélectasie a pu être détectée par EIT, comme le montre la figure 9A. Les figures 9A et 9B sont les images de la carte de ventilation du même patient, à moins de 13 minutes d’intervalle. Dans la figure 9A, seulement 23 % des changements d’impédance se produisent dans la région postérieure, ce qui peut également être vu par une réduction des zones bleu vif et bleu foncé observées dans cette région. Suite à une augmentation de la PEP de 4 à 10 cmH2O, la figure 9B révèle une augmentation de la ventilation dans le poumon postérieur qui est passée de 23 % à 43 %. Par rapport à la figure 9A, le patient présente une augmentation de l’observance de 18,8 à 27,6 mL/cmH2O. Notamment, ce gain se produit dans la région postérieure bilatérale, ce qui est évident par l’augmentation des zones bleu clair et bleu foncé dans la partie postérieure (Figure 9B). De plus, il y a une réduction de la pression motrice, ce qui indique que d’autres augmentations du volume courant et de la PEP n’imposent pas de stress supplémentaire aux poumons14,15.

Schéma de distribution de la ventilation avec paramètres PEP, plateau, RR, VT, montrant les cartes de ventilation A et B.
Figure 9 : Différences de ventilation à différentes valeurs de PEP. (A) À PEP 4 cmH2O, l’image montre une différence de ventilation entre les régions antérieure (plus ventilée) et postérieure (moins ventilée). (B) Suite à une augmentation de la PEP de 4 à 10 cmH2O, une amélioration de la ventilation dans la région postérieure est évidente. Abréviation : PEP = pression expiratoire positive. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

La surdistension fait référence à la surexpansion ou à l’étirement du tissu pulmonaire au-delà de sa capacité physiologique, entraînant des dommages potentiels aux alvéoles et aux structures environnantes. Une surdistension peut se produire lorsque la pression appliquée par un ventilateur mécanique pour gonfler les poumons est trop élevée. La surveillance de l’impédance pulmonaire régionale pendant les procédures ventilatoires permet d’éviter la surdistension et les lésions pulmonaires16. Sur la figure 10A, le patient est sous PEP de 22 cmH2O, alors que sur la figure 10B, la PEP est réduite à 12 cmH2O. Dans la figure 10B, l’image dynamique de la ventilation de l’EIT montre une augmentation des zones bleu clair et bleu foncé dans le poumon antérieur, indiquant une augmentation de la ventilation. Simultanément, il y a une réduction des zones bleu clair et bleu foncé dans le poumon postérieur (de 67 % à 43 %), suggérant un soulagement de la surdistension associé à la PEP plus élevée de 22 cmH2O dans la figure 10A. Cet exemple montre la capacité de l’EIT à identifier la surdistension et à favoriser une ventilation protectrice pulmonaire dans tout le poumon9.

Image de la médecine nucléaire ; perfusion cardiaque ; comparaison du débit en pourcentage ; à gauche 67 %, à droite 43 %.
Figure 10 : Modifications de la PEP. A) PEP de 22 cmH2O ; (B) PEP de 12 cmH2O. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Le pneumothorax est une affection caractérisée par la présence d’air dans la cavité pleurale, l’espace entre le poumon et la paroi thoracique. Cette accumulation d’air peut entraîner un collapsus pulmonaire, un décalage médiastinal et un collapsus hémodynamique. Avec l’EIT, les changements d’impédance du thorax ont pu être observés en temps réel, comme le montre l’image dynamique de la ventilation 17,18,19. Il y a un signe dans l’image dynamique de la ventilation montrant la suspicion de pneumothorax, appelé signe « déphasé ». Le signe « déphasé » fait référence à une indication visuelle où les changements d’impédance dans le poumon ne s’alignent pas correctement avec le cycle respiratoire. Dans un cycle respiratoire normal, les changements d’impédance dans les poumons doivent être synchronisés avec les phases d’inspiration et d’expiration. Lorsqu’un pneumothorax se produit, l’image dynamique de la ventilation démontre un écart par rapport au modèle attendu, car les changements d’impédance ne sont pas synchronisés avec les phases normales d’inhalation et d’expiration. De plus, une élévation de la ligne de base du pléthysmographe signifiant une augmentation de l’impédance pulmonaire de fin d’expiration (EELI), malgré la réduction de la PEP, peut indiquer la présence d’un pneumothorax (Figure 11).

Mesure d’impédance pendant le cycle respiratoire, schéma montrant les phases d’inspiration/expiration.
Figure 11 : Le panneau « déphasé » sur une carte de ventilation. Simultanément, le pléthysmographe présente une élévation de la ligne de base, malgré une réduction de la PEP. Les deux résultats soutiennent et confirment fortement la présence d’un pneumothorax. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Discussion

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L’insuffisance respiratoire et la nécessité d’une intervention de soutien, y compris la ventilation mécanique invasive, sont courantes chez les patients hospitalisés. Par conséquent, la surveillance de la ventilation et de la perfusion pulmonaire est essentielle pour un diagnostic et un traitement rapides et personnalisés. Contrairement aux techniques d’imagerie plus standard telles que les rayons X et la tomodensitométrie (CT-scan), l’EIT fournit une imagerie non invasive et sans rayonnement des poumons et de leurs caractéristiques régionales en temps réel 1,2,3,4,20. L’EIT est utile au chevet du patient à la fois dans l’unité de soins intensifs et dans la salle d’opération en raison de ces capacités. L’EIT permet non seulement de surveiller la ventilation, mais aussi d’analyser la perfusion pulmonaire, ce qui n’est pas actuellement possible dans la pratique clinique de routine 6,7,8.

Lors de la ventilation mécanique, la protection des poumons est un objectif clé du traitement. L’un des objectifs est d’éviter l’atélectasie et la distension excessive des poumons, qui peuvent entraîner des lésions alvéolaires. En règle générale, la PEP est administrée pour prévenir l’atélectasie et maintenir le volume pulmonaire. L’identification de la PEP optimale pour chaque patient, connue sous le nom de « titration PEP », est une méthode cruciale, en particulier dans des conditions telles que le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA), l’obésité et l’hypertension abdominale21,22.

La méthode conventionnelle de titrage PEP repose sur l’oxygénation et la mécanique pulmonaire. Cependant, cette approche ne tient pas compte des changements pulmonaires régionaux et du fait que certaines zones du poumon sont hyperdistendues ou affaissées. Des techniques avancées telles que l’EIT fournissent une imagerie détaillée et en temps réel des poumons pendant l’inspiration et l’expiration. Le titrage PEP à l’aide de l’EIT permet d’optimiser l’oxygénation et la mécanique pulmonaire tout en minimisant la surdistension et l’affaissementdu parenchyme 23,24,25,26,27,28.

Plus récemment, l’outil de perfusion d’IET a été développé pour fournir une évaluation détaillée du débit sanguin pulmonaire régional, permettant aux médecins et au personnel médical d’estimer la relation ventilation-perfusion. La perfusion pulmonaire évaluée par EIT a également été utilisée pour déterminer la réponse aux ajustements de la ventilation et à l’oxygénation ainsi que la réponse au traitement vasodilatateur pulmonaire 9,23,25,29,30,31. De plus, l’EIT peut également détecter d’importants défauts de perfusion pulmonaire, suggérant la présence d’une thrombo-embolie32,33.

L’EIT présente quelques contre-indications. Tout d’abord, l’EIT n’est actuellement pas recommandée chez les patients porteurs de stimulateurs cardiaques ou de défibrillateurs implantables. À l’heure actuelle, il n’existe aucune étude évaluant les interférences électriques du signal EIT et de la fonction du stimulateur cardiaque. Deuxièmement, le signal d’impédance peut être altéré par des affections telles qu’un pneumomédiastin important ou un emphysème sous-cutané, ce qui nuit à l’interprétation correcte des cartes de ventilation et de perfusion. Enfin, l’exigence selon laquelle la ceinture doit être en contact étroit avec la peau présente des défis lors de l’utilisation de l’EIT chez les patients porteurs de bandages thoraciques34.

Il est crucial de faire preuve de prudence et d’éviter d’utiliser l’outil de perfusion dans certains cas de figure : patients recevant des doses croissantes de vasopresseurs ; patients atteints d’hypernatrémie ; patients atteints de pneumothorax actif et/ou de fistule bronchopleurale ; nouveau-nés et pédiatriques. L’utilisation de l’EIT pour l’évaluation de la perfusion en plus de l’imagerie de ventilation traditionnelle permet aux prestataires de soins de santé d’avoir une compréhension plus approfondie de la fonction pulmonaire, ce qui facilite le diagnostic et le traitement des patients dans divers contextes cliniques.

Considérations pour des populations spécifiques
Les principes de la technologie EIT s’appliquent aux nouveau-nés, aux enfants et aux patients adultes, avec un périmètre thoracique et une taille de ceinture correspondants. Les ceintures pour nouveau-nés sont jetables et il est recommandé de les placer pendant 24 h au lieu de 48 h pour les adultes. Un capteur de débit spécifique a été créé, capable de mesurer les petits volumes courants (de 3 mL à 100 mL) associés à cette population et ayant un espace mort correspondant de 1 mL.

La surveillance en ligne catégorise les poumons en régions d’intérêt (ROI) prédéfinies, par exemple. quatre moitiés (gauche, droite, antérieure et postérieure) ou quatre couches horizontales. Cependant, l’analyse hors ligne pourrait offrir davantage de possibilités d’analyse approfondie, par exemple pixel par pixel. Toutes les données d’EIT sont stockées dans un format propriétaire connu sous le nom de Product Information Management (PIM). Le fichier PIM encapsule des informations prétraitées, y compris la tension mesurée avant la reconstruction tomographique, les signaux non filtrés et les paramètres de ventilation. Pour extraire le fichier PIM à des fins d’analyse hors ligne, branchez une clé USB dans l’emplacement du périphérique EIT ; Ensuite, sélectionnez le patient index. L’analyse hors ligne est utile car elle fournit toutes les données détaillées nécessaires à la compréhension de la physiologie pulmonaire.

En tant qu’outil de diagnostic au chevet du patient, l’EIT pourrait aider à diagnostiquer des affections telles que l’atélectasie, la surdistension et le pneumothorax. En plus de la présentation clinique et de l’examen physique, l’EIT offre des informations détaillées pour ces diagnostics. L’EIT permet une récupération d’informations plus rapide par rapport à l’enquête classique. Cette capacité permet aux médecins et autres membres du personnel médical de diagnostiquer et de traiter rapidement les patients 24,35,36,37.

Apprendre à utiliser et à interpréter l’EIT est essentiel car il s’avère bénéfique dans la pratique clinique. Sa nature non invasive et ses capacités de surveillance en temps réel font de l’EIT un outil précieux pour les cliniciens de santé dans divers contextes médicaux.

Disclosures

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Glasiele Alcala, Caio C. A. Morais et Marcus Victor ont reçu des honoraires de consultation, tandis que Carolyn La Vita a reçu des honoraires de témoignage de Timpel, qui fabrique un appareil utilisé dans cette étude. Marcelo B. P. Amato est un actionnaire minoritaire de Timpel. Aucun des autres auteurs n’a de conflit d’intérêts.

Acknowledgements

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Nous exprimons notre sincère gratitude à tous les co-auteurs pour leur contribution à cet article et remercions TIMPEL Medical d’avoir généreusement soutenu ce manuscrit avec de l’équipement et du soutien.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Equipement EIT (ENLIGHT2100)Timpel Medical
BeltsTimpel
Medical Belt coverage  ;Timpel Medical
Capteur de débitCâble de référence Philips
Solution médicale
Timpel à haute conductivité électrique (par ex. solution saline hypertonique, bicarbonate de sodium)Sans objet

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Costa, E. L., Lima, R. G., Amato, M. B. Electrical impedance tomography. Curr Opin Crit Care. 15 (1), 18-24 (2009).
  2. Frerichs, I., et al. Chest electrical impedance tomography examination, data analysis, terminology, clinical use and recommendations: consensus statement of the TRanslational EIT developmeNt stuDy group. Thorax. 72 (1), 83-93 (2017).
  3. Borges, J. B., et al. Regional lung perfusion estimated by electrical impedance tomography in a piglet model of lung collapse. J Appl Physiol (1985). 112 (1985), 225-236 (2012).
  4. Victorino, J. A., et al. et al. Imbalances in regional lung ventilation: a validation study on electrical impedance tomography. Am J Respir Crit Care Med. 169 (7), 791-800 (2004).
  5. Heines, S. J. H., et al. Pulmonary pathophysiology development of COVID-19 assessed by serial Electrical Impedance Tomography in the MaastrICCht cohort. Sci Rep. 12 (1), 14517(2022).
  6. Nascimento, M. S., et al. Effect of general anesthesia and controlled mechanical ventilation on pulmonary ventilation distribution assessed by electrical impedance tomography in healthy children. PLoS One. 18 (3), e0283039(2023).
  7. Zhao, Z., Fu, F., Frerichs, I. Thoracic electrical impedance tomography in Chinese hospitals: a review of clinical research and daily applications. Physiol Meas. 41 (4), 01(2020).
  8. Kobylianskii, J., Murray, A., Brace, D., Goligher, E., Fan, E. Electrical impedance tomography in adult patients undergoing mechanical ventilation: A systematic review. J Crit Care. 35, 33-50 (2016).
  9. Costa, E. L., et al. Bedside estimation of recruitable alveolar collapse and hyperdistension by electrical impedance tomography. Intensive Care Med. 35 (6), 1132-1137 (2009).
  10. Mendes, P. V., et al. Lung perfusion during veno-venous extracorporeal membrane oxygenation in a model of hypoxemic respiratory failure. Intensive Care Med Exp. 10 (1), 15(2022).
  11. Gaulton, T. G., et al. Regional lung perfusion using different indicators in electrical impedance tomography. J Appl Physiol (1985). 135 (3), 500-507 (2023).
  12. Martin, K. T., et al. Electrical impedance tomography identifies evolution of regional perfusion in a porcine model of acute respiratory dstress syndrome. Anesthesiology. 139 (6), 815-826 (2023).
  13. Xin, Y., et al. Improving pulmonary perfusion assessment by dynamic contrast-enhanced computed tomography in an experimental lung injury model. J Appl Physiol (1985). 134 (6), 1496-1507 (2023).
  14. vander Burg, P. S., Miedema, M., de Jongh, F. H., van Kaam, A. H. Unilateral atelectasis in a preterm infant monitored with electrical impedance tomography: a case report. Eur J Pediatr. 173 (12), 1715-1717 (2014).
  15. Riva, T., et al. Evaluation of atelectasis using electrical impedance tomography during procedural deep sedation for MRI in small children: A prospective observational trial. J Clin Anesth. 77, 110626(2022).
  16. He, H., et al. Influence of overdistension/recruitment induced by high positive end-expiratory pressure on ventilation-perfusion matching assessed by electrical impedance tomography with saline bolus. Crit Care. 24 (1), 586(2020).
  17. Girrbach, F., et al. Detection of posttraumatic pneumothorax using electrical impedance tomography-An observer-blinded study in pigs with blunt chest trauma. PLoS One. 15 (1), e0227518(2020).
  18. Yang, Y., et al. Bedside electrical impedance tomography in early diagnosis of pneumothorax in mechanically ventilated ICU patients - a single-center retrospective cohort study. J Clin Monit Comput. 37 (2), 629-637 (2023).
  19. Kallio, M., et al. Electrical impedance tomography reveals pathophysiology of neonatal pneumothorax during NAVA. Clin Case Rep. 8 (8), 1574-1578 (2020).
  20. Pereira, S. M., et al. Individual positive end-expiratory pressure settings optimize intraoperative mechanical ventilation and reduce postoperative atelectasis. Anesthesiology. 129 (6), 1070-1081 (2018).
  21. Jimenez, J. V., Weirauch, A. J., Culter, C. A., Choi, P. J., Hyzy, R. C. Electrical impedance tomography in acute respiratory distress syndrome management. Crit Care Med. 50 (8), 1210-1223 (2022).
  22. Becher, T., et al. Individualization of PEEP and tidal volume in ARDS patients with electrical impedance tomography: a pilot feasibility study. Ann Intensive Care. 11 (1), 89(2021).
  23. Barbas, C. S. V., Amato, M. B. P. Electrical impedance tomography to titrate PEEP at bedside in ARDS. Respir Care. 67 (8), 1061-1063 (2022).
  24. Maciejewski, D., Putowski, Z., Czok, M., Krzych, L. J. Electrical impedance tomography as a tool for monitoring mechanical ventilation. An introduction to the technique. Adv Med Sci. 66 (2), 388-395 (2021).
  25. Jonkman, A. H., et al. Lung recruitment assessed by electrical impedance tomography (RECRUIT): A multicenter study of COVID-19 acute respiratory distress syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 208 (1), 25-38 (2023).
  26. Jimenez, J. V., et al. Electric impedance tomography-guided PEEP titration reduces mechanical power in ARDS: a randomized crossover pilot trial. Crit Care. 27 (1), 21(2023).
  27. Sella, N., et al. Electrical impedance tomography: A compass for the safe route to optimal PEEP. Respir Med. 187, 106555(2021).
  28. Slobod, D., et al. Integrating electrical impedance tomography and transpulmonary pressure monitoring to personalize PEEP in hypoxemic patients undergoing pressure support ventilation. Crit Care. 26 (1), 314(2022).
  29. Spina, S., et al. Modulation of pulmonary blood flow in patients with acute respiratory failure. Nitric Oxide. 136-137, 1-7 (2023).
  30. Cenci, S., Santiago, R. S., Bittner, E. A., Berra, L. Assessing regional lung perfusion changes to inhaled pulmonary vasodilators by electrical impedance tomography. Am J Respir Crit Care Med. 208 (9), e39-e40 (2023).
  31. Ekkapat, G., Ribeiro De Santis Santiago, R., Victor, M., Berra, L. Electrical impedance tomography for assessing the impact of inhaled nitric oxide on pulmonary artery pressure. Anesthesiology. , (2024).
  32. He, H., et al. Bedside evaluation of pulmonary embolism by saline contrast electrical impedance tomography method: A prospective observational study. Am J Respir Crit Care Med. 202 (10), 1464-1468 (2020).
  33. He, H., et al. Three broad classifications of acute respiratory failure etiologies based on regional ventilation and perfusion by electrical impedance tomography: a hypothesis-generating study. Ann Intensive Care. 11 (1), 134(2021).
  34. Ribeiro De Santis Santiago, R., et al. Lung imaging acquisition with electrical impedance tomography: Tackling common pitfalls. Anesthesiology. 139 (3), 329-341 (2023).
  35. Zhou, R., et al. Electrical impedance tomography to aid in the identification of hypoxemia etiology: Massive atelectasis or pneumothorax? A case report. Front Med (Lausanne). 9, 970087(2022).
  36. Rubin, J., Berra, L. Electrical impedance tomography in the adult intensive care unit: clinical applications and future directions. Curr Opin Crit Care. 28 (3), 292-301 (2022).
  37. Tomicic, V., Cornejo, R. Lung monitoring with electrical impedance tomography: technical considerations and clinical applications. J Thorac Dis. 11 (7), 3122-3135 (2019).

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