Method Article

Monitoring van de longfunctie met elektrische impedantietomografie op de intensive care

DOI:

10.3791/66756

⸱

September 6th, 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

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

Elektrische impedantietomografie is een niet-invasieve, stralingsvrije, real-time tool voor het monitoren van longventilatie. Door impedantieveranderingen in de thorax te meten, kan het de verdeling van lucht adem voor adem visualiseren. Elektrische impedantietomografie was oorspronkelijk bedoeld voor ventilatiebewaking, maar kan ook de perfusie meten via intraveneuze injectie van een zoutoplossing.

Abstract

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

Elektrische impedantietomografie (EIT) is een baanbrekende, niet-invasieve en stralingsvrije beeldvormingstechniek voor continue, real-time ventilatiebewaking. Het heeft ook een toepassing in pulmonale perfusiebewaking. EIT kwantificeert ventilatie- en perfusiepatronen in de longen van de meting en verwerking van impedantieveranderingen in de thorax. Het is een krachtig hulpmiddel voor clinici om adem-voor-adem veranderingen in de longfunctie te visualiseren.

Een innovatieve toepassing van EIT is de mogelijkheid om longperfusie te beoordelen met behulp van de kinetische analyse van een injectie met hypertone oplossing tijdens het inhouden van de adem. De oplossing genereert een impedantieverandering in de thorax terwijl deze door het pulmonale vaatstelsel circuleert. Deze indirecte methode maakt het mogelijk om perfusiepatronen te schatten, wat aanzienlijk bijdraagt aan ons begrip van de dynamiek van de pulmonale bloedstroom aan het bed.

EIT is niet alleen een hulpmiddel voor monitoring, maar kan ook van cruciaal belang zijn voor de diagnose van respiratoire pathologieën zoals pneumothorax en bronchiale intubatie. Het kan helpen bij het identificeren van de etiologie van ventilatie/perfusie (V/Q) mismatch bij patiënten die invasieve mechanische beademing krijgen, wat niet mogelijk is met andere diagnostische hulpmiddelen. Bovendien kan EIT helpen bij de individuele optimalisatie van beademingsinstellingen, zoals titratie van positieve eind-expiratoire druk (PEEP) en teugvolume, waardoor de oxygenatie en de gezondheid van de longen op de intensive care worden verbeterd.

Samenvattend vertegenwoordigt EIT een paradigmaverschuiving in longbewaking en diagnostiek aan het bed. Het niet-invasieve karakter en de directheid van de gegevens maken EIT tot een onmisbaar hulpmiddel in de moderne respiratoire geneeskunde. Met zijn groeiende toepassingen zal EIT van cruciaal belang zijn bij het bevorderen van ons begrip van en onze benadering van respiratoire zorg, met name in intensive care-omgevingen.

Introduction

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

Elektrische impedantietomografie (EIT) is een techniek voor longmonitoring die variaties in impedantie in de loop van de tijd vertaalt in topografische beelden. Dit wordt bereikt door een lage elektrische wisselstroom (5-10 mA) te injecteren van elektroden die rondom de romp zijn geplaatst (Figuur 1A). Impedantie weerspiegelt de weerstand van een weefsel tegen de stroom van deze elektrische stroom. Tijdens inspiratie neemt de impedantie toe, terwijl deze afneemt tijdens de uitademing. Een vergelijkbare verandering in impedantie treedt op in aanwezigheid van intraveneuze vloeistoffen. Wanneer bijvoorbeeld vloeistoffen met een hogere elektrische geleidbaarheid in vergelijking met het bloed via een centrale katheter worden geïnjecteerd, is er een overeenkomstige afname van de elektrische impedantie 1,2,3,4.

Voor praktische bruikbaarheid worden de elektroden van EIT (16 of 32 in getal) op een riem geplaatst, die vervolgens rond de thorax van de patiënt wordt geplaatst, met name tussen de 4een 5e intercostale ruimtes. Deze plaatsing zorgt voor een optimaal zicht op de longen en vermindert de interferentie van het middenrif. Tijdens het meetproces injecteren twee verschillende elektroden achtereenvolgens een vooraf ingestelde stroom, terwijl de overige elektroden fungeren als ontvangers voor de overeenkomstige spanningsmetingen. Dit proces wordt snel herhaald voor elk paar elektroden en draait rond de thorax met een frequentie van 20-50 Hz. Deze snelle rotatie is de reden waarom EIT een hoge temporele resolutie heeft. Een thoracaal EIT-apparaat berekent de verdeling van de elektrische impedantie in de doorsnede van de borstkas van elke meetcyclus en zet deze waarden om in een tweedimensionaal beeld. Dit beeld wordt vervolgens in realtime weergegeven op een speciale monitor.

EIT heeft verschillende klinische toepassingen. Op basis van impedantietechnologie is het mogelijk om de luchtverdeling in de thorax en de verdeling van de perfusie te controleren, vooral wanneer een contrastmiddel wordt toegediend om variaties in de longimpedantie te creëren. Het bepalen van de PEEP-instellingen voor mechanisch beademde patiënten is zowel uitdagend als essentieel om longletsel tot een minimum te beperken. Bovendien biedt de mogelijkheid om ventilatie- en perfusieveranderingen in de loop van de tijd te volgen gegevens van onschatbare waarde voor longitudinale patiëntbewaking. Dit aspect is van cruciaal belang in dynamische klinische omgevingen waar de toestand van de patiënt snel kan evolueren5.

EIT vergemakkelijkt niet alleen de visualisatie van de wereldwijde mechanica die wordt verkregen via de flowsensor of de gegevens van de ventilator als het EIT-apparaat is aangesloten op de ventilator, maar biedt ook cruciale informatie over overmatige uitzetting en regionale ineenstorting 6,7,8,9. De gegenereerde beelden geven functionele informatie over de longen, maar zijn niet bedoeld voor anatomische diagnose en zenden geen straling uit. In de Verenigde Staten van Amerika is het EIT-apparaat ENLIGHT 2100 momenteel het enige dat is goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA). Andere bedrijven zijn nu bezig met het verkrijgen van FDA-goedkeuring voor EIT-gebruik bij volwassenen, kinderen en pasgeborenen. Voor dit artikel hebben we hardware (bijv. riemen en scherm), ventilatie en perfusiekaarten van het ENLIGHT 2100-apparaat gebruikt.

De opstelling van de EIT-set omvat drie essentiële apparaten, afgezien van de monitor zelf, namelijk een riem met elektroden, de flowsensor en de referentiekabel. De riem van elektroden wordt gebruikt om een tomografisch tweedimensionaal beeld te verkrijgen. Het EIT-longbeeld wordt geconstrueerd tot een tweedimensionale weergave met verschillende resoluties, zoals 32 x 32, 24 x 24 of 16 x 16 pixels, afhankelijk van de omvang van de borstomtrek en de specificaties van de fabrikant. Beelden worden gegenereerd op basis van spanningsmetingen met behulp van reconstructie-algoritmen. De flowsensor is ontworpen voor gebruik bij één patiënt en is verkrijgbaar in twee maten: een voor volwassenen en pediatrische patiënten en een andere voor pasgeborenen. De flowsensor voor volwassenen-kinderen kan het ademvolume niet minder dan 40 ml meten, terwijl de neonatale sensor het teugvolume van 0 tot 100 ml kan registreren. Zonder de flowsensor geeft het EIT alleen impedantiegegevens weer. Zodra de flowsensor is aangesloten op een patiënt, wordt het mogelijk om de gegevens van de impedantiegolfvormen te synchroniseren met de druk-, debiet- en volumeparameters. De referentiekabel is herbruikbaar en dient als referentiepunt voor de injectiewaarde van de elektrische stroom.

figure-introduction-1
Figuur 1: Plaatsing van de elektroderiem voor elektrische impedantietomografie. (A) Elektrische impedantietomografie-elektroderiem geplaatst rond de borstkas op de 4een 5eintercostale ruimte. (B) Het meten van de borstkas. De borst wordt gemeten door een meetlint om de hele borst te wikkelen. De meeste patiënten zijn echter bedlegerig en de meting van de hele borstkas is onhaalbaar. Een alternatieve aanpak wordt geïllustreerd in de afbeeldingen. De omtrek van de borstkas wordt beoordeeld vanaf de processus spinosus tot het borstbeen. De meting wordt vervolgens verdubbeld om rekening te houden met het contralaterale deel van de borstkas. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

De primaire focus van deze videopaper is om de lezer de kennis en vaardigheden te bieden die nodig zijn om bekwaam te worden in het opnemen en interpreteren van EIT-beelden. Om dit doel te bereiken, zullen we een overzicht geven van de EIT-principes, de real-time visualisatiemogelijkheden voor luchtverdeling in de longen demonstreren en de uitgebreide toepassingen ervan in perfusiebeoordeling verkennen. Door deze doelstellingen te bereiken, willen we het publiek in staat stellen om vol vertrouwen EIT-technologie te gebruiken voor longbeoordeling.

Protocol

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

De afbeeldingen in dit artikel zijn geanonimiseerd en maken deel uit van lopende protocollen die bij ClinicalTrials.gov zijn geregistreerd onder het nummer NCT04497454 en zijn goedgekeurd door de lokale ethische commissie (Universiteit van São Paulo Incor/HC-FMUSP 4001231, Brazilië).

1. Hoe het EIT-apparaat te gebruiken

  1. EIT-riem en plaatsing
    1. Meet de borstwand voor een nauwkeurige selectie van de riemmaat.
    2. Meet de thoracale omtrek tussen de 4een 5eintercostale ruimtes met behulp van een meetlint (Figuur 1B). Verplaats bij patiënten met grote borsten de riem naar een hogere intercostale ruimte.
    3. Bedek de elektrodeband met een wegwerpmateriaal met geleidende gel.
      OPMERKING: Dit zorgt voor hechting aan de huid van de patiënt, zelfs bij patiënten met veel haar, waardoor het impedantiesignaal gemakkelijker kan worden opgevangen.
    4. Plaats deriemen op de 4e en 5eintercostale ruimtes van de borstwand van de patiënt (hetzelfde als de gemeten omtrek) en zorg ervoor dat de elektroden elkaar niet overlappen bij het plaatsen van de riemen.
    5. Behoud continuïteit zonder openingen in de rug, aangezien het beeldreconstructie-algoritme een voorste opening toestaat die evenredig is met de riemmaat.
    6. Draai de patiënt tijdens het plaatsen van de riem om bij de rug te komen. Beveilig de luchtwegen, alle inwonende veneuze of arteriële lijnen en drains en volg specifieke richtlijnen van beroepsbeoefenaren in de gezondheidszorg.
  2. Sluit de flowsensor aan op het ventilatorcircuit dicht bij het Y-stuk en plaats deze met de sensor naar boven om vochtophoping en signaalinterferentie te voorkomen (Figuur 2A).
  3. Sluit de referentie-elektrode aan op een elektrocardiografische (ECG) elektrode.
    OPMERKING: Het monitoren van een patiënt zonder de referentiekabel is niet mogelijk (Figuur 2B).
    1. Plaats bij volwassen en pediatrische patiënten de elektrode op de buik of schouder.
    2. Plaats bij neonatale patiënten de elektrode op het been.
  4. Schakel het EIT in en voer de demografische gegevens van de patiënt in (Figuur 3).
  5. Begin met monitoren en vermijd bewegingen van de patiënt; er wordt een referentiebeeld gegenereerd en het ventilatiescherm wordt weergegeven na het starten van de monitor (Figuur 4). Er worden twee beelden gegenereerd: het dynamische beeld en de ventilatiekaart.
    OPMERKING: Tijdens de opname is het van cruciaal belang om te voorkomen dat bewegingen van de patiënt de riemen verstoren.
  6. Stap voor stap voor de PEEP-titratietool op het EIT-apparaat
    1. Selecteer de PEEP-titratietool in het pictogram van het hoofdscherm .
    2. Open Gereedschapsopties door op het pictogram Gereedschapsopties te klikken.
    3. Stel tijdsintervallen in om de tijdsintervallen voor PEEP-veranderingen tijdens titratie aan te passen om de ventilatie in elke toestand te stabiliseren.
      OPMERKING: Het tijdsinterval is afhankelijk van de toestand van de patiënt (bijv. instabiliteit van de hemodynamica) en de instructies van het apparaat.
    4. Pas de drempelwaarde aan voor automatische detectie van PEEP-wijzigingen.
    5. Start titratie door op Start te drukken op het PEEP-titratiescherm om het aftellen te starten op basis van de aangepaste tijd voor PEEP-wijzigingen.
    6. Pas desgevraagd de PEEP-waarde op de ventilator aan volgens het protocol. Het apparaat detecteert deze verandering automatisch en start een nieuw aftellen.
    7. Bewaak de PEEP-wijzigingen - het scherm wordt bijgewerkt bij elke PEEP-wijziging. Als de automatische detectie mislukt, stop dan handmatig en geef commentaar op de procedure. Geef eventueel opmerkingen of geef de titratie een naam. De PEEP-titratiegrafiek wordt dan weergegeven.
  7. Stap-voor-stap voor perfusietool op het EIT-apparaat
    1. Voorbereiding van de patiënt
      1. Zorg voor voldoende sedatie en indien nodig voor neuromusculaire blokkade, want elke ademhalingsinspanning kan de procedure verstoren.
        OPMERKING: De patiënt kan niet-detecteerbare ademhalingsinspanningen vertonen ondanks mechanische ventilatiebewaking.
    2. Start de procedure. Start de procedure door op het pictogram Start in de EIT-software te klikken.
    3. Herkenning van de beademingscyclus
      1. Laat de software een paar beademingscycli herkennen om basisgegevens vast te stellen.
    4. Apneu en injectie
      1. Schakel over naar de modus continue positieve luchtwegdruk (CPAP) of drukondersteunende ventilatie (PSV) met een drukondersteuning van 0 cmH2O. Houd dit langer dan 20 s aan. Injecteer gedurende deze periode snel en consequent 10 ml van een 7,5% hypertone zoutoplossing of 8,4% bicarbonaat via een centraal veneuze toegangskatheter bij de interne halsader of subclavia.
    5. Herstel de ventilatie. Zodra de injectie is voltooid, keert u terug naar de normale ventilatie-instellingen.
    6. Reconstructie van het beeld
      1. Laat het EIT-algoritme het perfusiebeeld reconstrueren op basis van de first-pass kinetiek van het contrast dat door het hart en de longen stroomt.

figure-protocol-1
Figuur 2: Plaatsing van de flowsensor. (A) Plaatsing van de flowsensor tussen het circuit en de ETT. (B) De riem rond de thorax is verbonden met het EIT-apparaat. De flowsensor is verbonden tussen de ETT en het circuit. Referentiekabel aangesloten op de elektrode op de buik. Afkorting: ETT = endotracheale tube. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-protocol-2
Afbeelding 3: Het initialisatiescherm van het bewakingsapparaat voor elektrische impedantietomografie. Velden gemarkeerd met rode sterretjes geven verplichte informatie aan die moet worden ingevuld voor een goede installatie en werking. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-protocol-3
Figuur 4: Het EIT-scherm met een dynamisch beeld, een ventilatiekaart en een plethysmogram. Aan de linkerkant van het scherm bevindt zich een ventilatieverdeling verdeeld per regio ((A/P, R/L). Aan de rechterkant van het scherm bevinden zich ventilatieparameters, waaronder aandrijfdruk, PEEP, auto PEEP, PIP, PPlat Alv, VT, CRS, RR en RAW. Afkortingen: EIT = elektrische impedantietomografie; A/P=voorkant/achter, R/L=rechts/links; PEEP = positieve expiratoire druk; PIP = piek inademingsdruk; PPlat Alv = alveolaire plateaudruk; VT = teugvolume; CRS = compliantie van het ademhalingssysteem; RR = ademhalingsfrequentie; RAW = weerstand van de luchtwegen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Results

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

Ventilatie monitoring
Het dynamische beeld (Figuur 4) toont real-time variaties van de luchtverdeling tijdens ventilatie met behulp van kleuren variërend van donkerblauw (minst geventileerd) tot wit (meest geventileerd) om regionale veranderingen weer te geven. Grijze gebieden geven geen variatie in ventilatie aan. De dynamische beelden maken het mogelijk om snel verschillen in intrapulmonale tijdconstanten en de aanwezigheid van paradoxale patronen te identificeren. Het is belangrijk op te merken dat gebieden met beperkte luchtvariatie tijdens een ademhalingscyclus het gevolg kunnen zijn van overmatige uitzetting of ingeklapte gebieden.

De "ventilatiekaart" (figuur 4) illustreert hoe het luchtvolume zich tijdens ademcycli over een gedefinieerde doorsnede verdeelt. Helderblauw geeft longgebieden aan die het grootste deel van het teugvolume ontvangen, wat evenredig is met het signaal voor verandering van de impedantie tussen inspiratie en vervaldatum. Omgekeerd staat donkerblauw voor gebieden met een lage volumevariatie. De ventilatiekaart maakt het mogelijk om de regionale ventilatieverdeling in de longen te beoordelen. De longen zijn verdeeld in voorste/achterste en rechts/links-regio's, waardoor gedetailleerde beoordeling en de weergave van plethysmografen in specifieke regio's op het scherm mogelijk zijn4.

De plethysmogram thoraximpedantievariatiecurve (figuur 4) vertegenwoordigt de golfamplitude die overeenkomt met het teugvolume, waarbij de basislijn overeenkomt met pulmonale beluchting of functionele restcapaciteit (FRC) of eind-expiratoir longvolume (EELV). Beluchtingsinformatie kan relatieve veranderingen in het totale intrathoracale luchtvolume schatten.

Luchtwegparameters aan de rechterkant van het scherm (Afbeelding 4) worden vastgelegd door de stroomsensor en weergegeven als golfvormgrafieken en getallen. Parameters zoals aandrijfdruk, automatische PEEP, alveolaire plateaudruk, compliantie en weerstand (in de numerieke kolom aan de rechterkant) worden berekend tijdens gecontroleerde cycli. De parameters PEEP, piekdruk, ademvolume en ademhalingsfrequentie worden in alle cycli weergegeven. Het gebruik van de proximale flowsensor maakt de integratie van ventilatie- en impedantiegegevens op hetzelfde scherm mogelijk, ongeacht het merk of model van de mechanische ventilator.

PEEP-titratietool (Afbeelding 5)
De patiënt moet worden gesynchroniseerd met het beademingsapparaat, waarbij spontane ademhalingsinspanningen en bewegingen worden vermeden die de PEEP-titratie kunnen beïnvloeden. Dit kan worden bereikt met adequate sedatie en indien nodig met verlammingsmiddelen. De flowsensor en ventilatorslang moeten vrij zijn van obstakels, zoals vloeistof en afscheidingen, om een nauwkeurige bewaking te behouden.

EIT detecteert veranderingen in regionale ventilatie en is, wanneer geïntegreerd met een debietmeter, in staat om regionale ademhalingsmechanica te schatten, waaronder luchtwegdruk, teugvolume en stroming. Het presenteert de resultaten als percentages van ingestorte en hyperopgezwollen gebieden op verschillende PEEP-niveaus door regionale nalevingsveranderingen te berekenen. Sommige auteurs stelden voor om PEEP te titreren naar het kruispunt tussen het percentage van overdistensie (witte curve in figuur 5 en wit gebied in figuur 6) en het percentage van collaps (blauwe curve in figuur 5 en blauw gebied in figuur 6). Op dit PEEP-niveau is er een minimaal voorkomen van zowel hyperopgezwollen als ingeklapte gebieden (oranje curve in figuur 5) en longfunctie. Lopende studies onderzoeken of de PEEP, ingesteld op het kruispunt tussen hyperdistensie en collaps, klinisch voordelig is.

figure-results-1
Figuur 5: De PEEP-titratietool op het EIT-scherm. De oranje curve staat voor compliantie, de witte curve voor hyperdistensie en de blauwe curve voor collaps. Afkortingen: EIT = elektrische impedantietomografie; PEEP = positieve expiratoire druk. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-2
Figuur 6: Weergave van de percentages van hyperdistensie (wit) en collaps (blauw), en naleving voor verschillende PEEP-waarden op het EIT-scherm. Afkortingen: EIT = elektrische impedantietomografie; PEEP = positieve expiratoire druk. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Beoordeling van longperfusie met EIT: een gids voor zorgverleners
Elektrische impedantietomografie (EIT) is onlangs erkend als een waardevol monitoringinstrument voor longventilatie door veranderingen in elektrische geleidbaarheid te meten. Hoewel EIT zich voornamelijk richt op het beoordelen van de luchtverdeling in de longen, kan het door middel van innovatieve technieken ook waardevolle inzichten verschaffen in longperfusie.

Veranderingen in impedantie door de beweging van bloed in de thorax zijn van veel kleinere amplitude dan die gerelateerd aan ventilatie. EIT wordt dus van oudsher niet gebruikt om perfusie te meten. Bepaalde methoden met intraveneuze injectie van een hypertone zoutoplossing in combinatie met een ademinhoudingsmanoeuvre kunnen echter impedantieveranderingen die verband houden met de bloedstroom isoleren en versterken. Terwijl deze oplossing door de bloedvaten reist, verandert het de elektrische eigenschappen van het bloed, die EIT kan detecteren. EIT kan indirect perfusiepatronen afleiden door de impedantieveranderingen te observeren die door deze oplossing worden veroorzaakt terwijl deze door het pulmonale vaatstelsel circuleert. Deze benadering stelt ons in staat om tegelijkertijd een beter begrip te krijgen van zowel ventilatie als perfusie in de longen10. Deze tool is alleen bedoeld voor onderzoeksdoeleinden in de VS en/of volgens de voorschriften van lokale ziekenhuizen en/of de goedkeuring van andere landen door regelgevende instanties van juridische instanties.

Visualisatie van longperfusie
De intraveneuze injectie van een oplossing met een hoge elektrische geleidbaarheid, zoals hypertone zoutoplossing of natriumbicarbonaat, helpt bij het visualiseren van de bloedstroom in het pulmonale vaatstelsel 11,12,13. Gebieden met een hogere perfusie vertonen andere impedantiepatronen in vergelijking met minder geperfuseerde gebieden. Deze innovatieve toepassing van EIT maakt een relatieve beoordeling van perfusie mogelijk naast ventilatiebeeldvorming, en biedt een uitgebreid beeld van de longfunctie, wat helpt om hypoxemie veroorzaakt door perfusiedefecten, meestal behandeld met therapieën die de longperfusie moduleren, te onderscheiden van hypoxemie veroorzaakt door beademingsstoornissen, vaak aangepakt met ventilatiestrategieën of positieveranderingen. Deze applicatie maakt het ook mogelijk om de veranderingen in regionale longperfusie te monitoren als reactie op de gevestigde behandeling (zoals geïnhaleerd stikstofmonoxide, anticoagulantia en trombolytica).

Perfusie hulpmiddel
De perfusietool binnen EIT is speciaal ontworpen om de pulmonale bloedstroom te visualiseren tijdens gecontroleerde mechanische ventilatie. Het gaat om de injectie van een hypertone zoutoplossing in een ader tijdens een korte apneuperiode. Het resulterende beeld toont de verdeling van de longperfusie, met kleuren variërend van geel (wat een hogere perfusie aangeeft) tot donkerrood (wat een lagere perfusie aangeeft) in de doorsnede van de borstkas (zie figuur 7).

figure-results-3
Figuur 7: Variaties in het percentage van de verdeling van de perfusie naar verschillende delen van de borstkas. Getoond zijn variaties in perfusie naar voor, achter, rechts en links, met kleuren variërend van geel (hogere perfusie) tot donkerrood (lagere perfusie) in de doorsnede van de borstkas. Het is ook mogelijk om de bewerkte video online te laten zien van het contrast dat door het hart stroomt in blauwe kleur naar de longen in rode kleuren. Afkortingen: A = anterieure; P = posterieur; R = rechts; L = links. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Online en offline analyse
EIT meet continu plethysmogrammen en de verdeling van lucht door de longen. De impedantievariatie weerspiegelt veranderingen in het getijdenvolume, waardoor regionale evaluatie van de longen mogelijk is. Het plethysmogram geeft grafisch de veranderingen in het longvolume weer tijdens inademing en uitademing (Figuur 8). De variatie van de lucht kan in verschillende delen van de longen worden gemeten. Dit is een van de meest voordelige metingen van EIT, omdat het regionale ventilatie beoordeelt.

Het EIT-apparaat maakt een matrix van 32 x 32 om het hele longgebied in kaart te brengen. Deze matrix wordt overgebracht naar een raster dat de hele longen bedekt. Elk klein vierkantje in het raster, bekend als een pixel, krijgt een waarde van weerstand of impedantie toegewezen. Veranderingen in de impedantiewaarden komen overeen met veranderingen in het longvolume in het specifieke deel van de long.

Met behulp van speciale software neemt EIT deze veranderingen in impedantiewaarden op en genereert een beeld. Deze afbeelding helpt ons de omvang van de variatie in volume te begrijpen, weergegeven op een kleurenschaal. Helderblauw betekent een hoog volume en donkerblauw geeft een laag volume aan. Geen variatie in impedantie of geen verandering in teugvolume wordt weergegeven in grijze kleur (Figuur 8). In wezen functioneert het als een kaart, die precies aangeeft waar deze veranderingen in de long plaatsvonden.

figure-results-4
Figuur 8: Het dynamische ventilatiebeeld dat elke pixel in een matrix van 32 x 32 illustreert, in totaal 1.024 pixels. De amplitude van de ventilatie wordt weergegeven door de amplitude van de golf en de intensiteit van de kleur, waarbij grijs geen volume aangeeft en overgaat van helderblauw naar donkerblauw voor respectievelijk hoog naar laag volume. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Er zijn tal van klinische situaties waarin EIT nuttig kan zijn. Bijvoorbeeld bij vroege identificatie van complicaties en aandoeningen die kunnen leiden tot longletsel, zoals atelectase, overmatige uitzetting en pneumothorax. Atelectase is een van de meest voorkomende pathologieën bij gehospitaliseerde patiënten. Het gaat om de gedeeltelijke of volledige ineenstorting van het longweefsel, waardoor het longvolume afneemt en de gasuitwisseling wordt belemmerd. Atelectase kan worden gedetecteerd door EIT, zoals weergegeven in figuur 9A. Figuur 9A en Figuur 9B zijn de ventilatiekaartbeelden van dezelfde patiënt, minder dan 13 minuten uit elkaar. In figuur 9A treedt slechts 23% van de impedantieveranderingen op in het posterieure gebied, wat ook te zien is aan een vermindering van helderblauwe en donkerblauwe gebieden die in dit gebied worden waargenomen. Na een toename van PEEP van 4 tot 10 cmH2O, toont figuur 9B een verhoogde ventilatie in de achterste long, die toenam van 23% naar 43%. Vergeleken met figuur 9A vertoont de patiënt een toename van de therapietrouw van 18,8 tot 27,6 ml/cmh2O. Deze winst treedt met name op in het bilaterale posterieure gebied, wat blijkt uit de toegenomen licht- en donkerblauwe gebieden in het posterieure deel (Figuur 9B). Bovendien is er een vermindering van de aandrijfdruk, wat aangeeft dat verdere verhogingen van het teugvolume en PEEP geen extra belasting van de longen met zich meebrengen14,15.

figure-results-5
Figuur 9: Verschillen in ventilatie bij verschillende PEEP-waarden. (A) Bij PEEP 4 cmH2O toont de afbeelding een verschil in ventilatie tussen de voorste (meer geventileerde) en achterste (minder geventileerde) gebieden. (B) Na een verhoging van PEEP van 4 tot 10 cmH2O is een verbeterde ventilatie in het posterieure gebied zichtbaar. Afkorting: PEEP = positive-end expiratoire druk. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Overmatige uitzetting verwijst naar de overexpansie of uitrekking van longweefsel boven zijn fysiologische capaciteit, wat leidt tot mogelijke schade aan de longblaasjes en de omliggende structuren. Overmatige uitzetting kan optreden wanneer de druk die wordt uitgeoefend door een mechanisch beademingsapparaat om de longen op te blazen te hoog is. Het bewaken van de regionale longimpedantie tijdens beademingsprocedures voorkomt overmatige uitzetting en longbeschadiging16. In figuur 10A krijgt de patiënt een PEEP van 22 cmH2O, terwijl in figuur 10B de PEEP is teruggebracht tot 12 cmH2O. In figuur 10B toont het dynamische ventilatiebeeld van EIT een toename van licht- en donkerblauwe gebieden in de voorste long, wat wijst op een verhoogde ventilatie. Tegelijkertijd is er een vermindering van licht- en donkerblauwe gebieden in de achterste long (van 67% naar 43%), wat wijst op een verlichting van overdistensie geassocieerd met de hogere PEEP van 22 cmH2O in figuur 10A. Dit voorbeeld toont het vermogen van EIT om overmatige uitzetting te identificeren en longprotectieve ventilatie over de long te bevorderen9.

figure-results-6
Figuur 10: Veranderingen in PEEP. (A) PEEP van 22 cmH2O; (B) PEEP van 12 cmH2O. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Pneumothorax is een aandoening die wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van lucht in de pleuraholte, de ruimte tussen de long en de borstwand. Deze ophoping van lucht kan leiden tot longcollaps, mediastinale verschuiving en hemodynamische collaps. Met EIT konden veranderingen in de thoraximpedantie in realtime worden waargenomen, zoals weergegeven in het dynamische ventilatiebeeld 17,18,19. Er is één teken in het dynamische ventilatiebeeld dat het vermoeden van pneumothorax aantoont, het zogenaamde "uit fase"-teken. Het teken "uit fase" verwijst naar een visuele indicatie waarbij de impedantieveranderingen in de long niet correct zijn uitgelijnd met de ademhalingscyclus. In een normale ademhalingscyclus moeten impedantieveranderingen in de long worden gesynchroniseerd met de inhalatie- en expiratiefasen. Wanneer pneumothorax optreedt, zal het dynamische ventilatiebeeld een afwijking van het verwachte patroon aantonen, aangezien de impedantieveranderingen niet worden gesynchroniseerd met de normale inhalatie- en expiratiefasen. Bovendien kan een verhoging van de basislijn van de plethysmograaf, wat een toename van de eindexpiratoire longimpedantie (EELI) betekent, ondanks PEEP-reductie, verder wijzen op de aanwezigheid van een pneumothorax (figuur 11).

figure-results-7
Figuur 11: Het "uit fase"-teken op een ventilatiekaart. Tegelijkertijd vertoont de plethysmograaf een verhoging van de baseline, ondanks een vermindering van PEEP. Beide bevindingen ondersteunen en bevestigen sterk de aanwezigheid van pneumothorax. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussion

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

Ademhalingsstoornissen en de behoefte aan ondersteunende interventie, waaronder invasieve mechanische beademing, komen vaak voor bij gehospitaliseerde patiënten. Daarom is het bewaken van ventilatie en longperfusie van cruciaal belang voor een snelle en gepersonaliseerde diagnose en behandeling. In tegenstelling tot meer standaard beeldvormingstechnieken zoals röntgenfoto's en computertomografiescans (CT-scan), biedt EIT niet-invasieve, stralingsvrije beeldvorming van de longen en hun regionale kenmerken in real-time 1,2,3,4,20. EIT is vanwege deze mogelijkheden nuttig aan het bed op zowel de intensive care als de operatiekamer. EIT biedt niet alleen ventilatiemonitoring, maar biedt ook de mogelijkheid om longperfusie te analyseren, wat momenteel niet haalbaar is in de routinematige klinische praktijk 6,7,8.

Tijdens mechanische beademing is het beschermen van de long een belangrijk behandeldoel. Een van de doelen is het voorkomen van atelectase en overmatige uitzetting van de longen, wat kan leiden tot alveolair letsel. Meestal wordt PEEP toegediend om atelectase te voorkomen en het longvolume te behouden. Het identificeren van de optimale PEEP voor individuele patiënten, bekend als "PEEP-titratie", is een cruciale methode, vooral bij aandoeningen zoals Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS), obesitas en abdominale hypertensie21,22.

De conventionele methode voor PEEP-titratie is gebaseerd op oxygenatie en longmechanica. Deze benadering houdt echter geen rekening met regionale longveranderingen en of delen van de long hyperopgezwollen of ingeklapt zijn. Geavanceerde technieken zoals EIT zorgen voor gedetailleerde, real-time beeldvorming van de longen aan het bed tijdens inademing en uitademing. PEEP-titratie met behulp van EIT maakt het mogelijk om de oxygenatie en longmechanica te optimaliseren, terwijl parenchym, overmatige uitzetting en collaps worden geminimaliseerd 23,24,25,26,27,28.

Meer recentelijk is de perfusietool van EIT ontwikkeld om een gedetailleerde evaluatie van de regionale pulmonale bloedstroom te bieden, waardoor artsen en medisch personeel de relatie tussen ventilatie en perfusie kunnen inschatten. De door EIT geëvalueerde longperfusie is ook gebruikt om de respons op ventilatieaanpassingen en oxygenatie te bepalen, evenals de respons op pulmonale vaatverwijdende therapie 9,23,25,29,30,31. Bovendien kan EIT ook grote longperfusiedefecten detecteren, wat de aanwezigheid van trombo-embolie suggereert32,33.

EIT heeft een paar contra-indicaties. Ten eerste wordt EIT momenteel niet aanbevolen bij patiënten met pacemakers of implanteerbare defibrillators. Op dit moment zijn er geen studies die elektrische interferentie van het EIT-signaal en de pacemakerfunctie evalueren. Ten tweede kan het impedantiesignaal worden gewijzigd door aandoeningen zoals significant pneumomediastinum of subcutaan emfyseem, waardoor de juiste interpretatie van de ventilatie- en perfusiekaarten wordt belemmerd. Ten slotte vormt de eis dat de riem in nauw contact moet komen met de huid uitdagingen bij het gebruik van EIT bij patiënten met thoracale verbanden34.

Het is van cruciaal belang om voorzichtig te zijn en het gebruik van het perfusiehulpmiddel in bepaalde scenario's te vermijden: patiënten die toenemende doses vasopressoren krijgen; patiënten met hypernatriëmie; patiënten met actieve pneumothorax en/of bronchopleurale fistel; pasgeboren en pediatrische patiënten. Het gebruik van EIT voor perfusiebeoordeling naast traditionele ventilatiebeeldvorming geeft zorgverleners een beter begrip van de longfunctie, wat helpt bij de diagnose en behandeling van patiënten in verschillende klinische omgevingen.

Overwegingen voor specifieke populaties
De principes voor EIT-technologie zijn van toepassing op pasgeborenen, pediatrische en volwassen patiënten, waarbij de borstomtrek en de riemmaat overeenkomen. De gordels voor pasgeborenen zijn wegwerpbaar en raden aan om ze 24 uur te plaatsen in plaats van 48 uur voor volwassenen. Er is een specifieke stromingssensor gemaakt die in staat is om de kleine getijdenvolumes (van 3 ml tot 100 ml) te meten die bij deze populatie horen en een overeenkomstige dode ruimte van 1 ml hebben.

Online monitoring categoriseert de longen bijvoorbeeld in vooraf gedefinieerde interessegebieden (ROI). vier helften (links, rechts, voorste en achterste), of vier horizontale lagen. De offline analyse zou echter meer mogelijkheden kunnen bieden voor diepgaande analyse, zoals pixel voor pixel. Alle gegevens van EIT worden opgeslagen in een eigen formaat dat bekend staat als Product Information Management (PIM). Het PIM-bestand bevat voorbewerkte informatie, waaronder gemeten spanning vóór tomografische reconstructie, ongefilterde signalen en ventilatieparameters. Om het PIM-bestand uit te pakken voor offline analyse, sluit u een USB-station aan op de sleuf op het EIT-apparaat; Selecteer vervolgens de indexpatiënt. Offline analyse is nuttig omdat het alle gedetailleerde gegevens biedt die nodig zijn om de longfysiologie te begrijpen.

Als diagnostisch hulpmiddel aan het bed kan EIT helpen bij het diagnosticeren van aandoeningen zoals atelectase, overmatige uitzetting en pneumothorax. Naast klinische presentatie en lichamelijk onderzoek biedt EIT gedetailleerde informatie voor deze diagnoses. EIT maakt het mogelijk om sneller informatie op te halen in vergelijking met klassiek onderzoek. Deze mogelijkheid stelt artsen en ander medisch personeel in staat om patiënten te diagnosticeren en onmiddellijk te behandelen 24,35,36,37.

Het leren gebruiken en interpreteren van EIT is essentieel omdat het nuttig blijkt te zijn in de klinische praktijk. Het niet-invasieve karakter en de real-time monitoringmogelijkheden maken EIT tot een waardevol hulpmiddel voor clinici in de gezondheidszorg in verschillende medische omgevingen.

Disclosures

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

Glasiele Alcala, Caio CA Morais en Marcus Victor ontvingen advieskosten, terwijl Carolyn La Vita getuigeniskosten ontving van Timpel, dat een apparaat produceert dat in dit onderzoek wordt gebruikt. Marcelo B. P. Amato is een minderheidsaandeelhouder van Timpel. Geen van de andere auteurs heeft belangenconflicten.

Acknowledgements

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

We spreken onze oprechte waardering uit voor alle co-auteurs voor hun bijdrage aan dit artikel en danken TIMPEL Medical voor het genereus ondersteunen van dit manuscript met apparatuur en ondersteuning.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
EIT equipment (ENLIGHT2100)Timpel Medical
BeltsTimpel Medical
Belt coverage Timpel Medical
Flow sensorPhilips
Reference CableTimpel Medical
Solution with high electrical conductivity (bijv. hypertone zoutoplossing, natriumbicarbonaat)Niet van toepassing

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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Electrical Impedance TomographyLung Function MonitoringIntensive Care UnitPulmonary PerfusionVentilation DistributionPEEP TitrationHypertonic Saline InjectionRegional VentilationMechanical VentilationLung Pathology Detection

Related Articles