Method Article

Мониторинг функции легких с помощью электроимпедансной томографии в отделении интенсивной терапии

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

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

Импедансная электротомография — это неинвазивный, нерадиационный инструмент мониторинга легочной вентиляции в режиме реального времени. Измеряя изменения импеданса в грудной клетке, он может визуализировать распределение воздуха по каждому вдоху. Электроимпедансная томография, первоначально предназначенная для мониторинга вентиляции, также может измерять перфузию при внутривенном введении физиологического раствора.

Abstract

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

Электроимпедансная томография (ЭИТ) — это революционный, неинвазивный и не требующий облучения метод визуализации для непрерывного мониторинга вентиляции в режиме реального времени. Он также имеет применение в мониторинге легочной перфузии. ЭИТ количественно оценивает характер вентиляции и перфузии в легком по результатам измерения и обработки изменений импеданса в грудной клетке. Это мощный инструмент для клиницистов для визуализации изменений функции легких при каждом дыхании.

Инновационным применением ЭИТ является ее способность оценивать легочную перфузию с помощью кинетического анализа введения гипертонического раствора во время задержки дыхания. Раствор вызывает изменение импеданса в грудной клетке по мере ее циркуляции через легочную сосудистую систему. Этот косвенный метод позволяет оценить характер перфузии, внося значительный вклад в наше понимание динамики легочного кровотока у постели больного.

ЭИТ является не только инструментом мониторинга, но и может иметь решающее значение для диагностики респираторных патологий, таких как пневмоторакс и бронхиальная интубация. Это может помочь выявить этиологию несоответствия вентиляции/перфузии (V/Q) у пациентов, получающих инвазивную искусственную вентиляцию легких, что невозможно с помощью других диагностических инструментов. Кроме того, ЭИТ может помочь в индивидуальной оптимизации настроек аппарата ИВЛ, таких как титрование с положительным давлением в конце выдоха (PEEP) и дыхательный объем для улучшения оксигенации и здоровья легких в отделении интенсивной терапии.

Таким образом, ЭИТ представляет собой смену парадигмы в прикроватном легочном мониторинге и диагностике. Ее неинвазивный характер и оперативность данных делают ЭИТ незаменимым инструментом в современной респираторной медицине. Благодаря своему растущему применению ЭИТ будет играть ключевую роль в углублении нашего понимания и подхода к респираторной помощи, особенно в условиях интенсивной терапии.

Introduction

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

Электроимпедансная томография (ЭИТ) — это метод мониторинга легких, который переводит изменения импеданса с течением времени в топографические изображения. Это достигается за счет подачи низкого электрического переменного тока (5-10 мА) от электродов, расположенных по окружности туловища (рис. 1А). Импеданс отражает сопротивление ткани протеканию этого электрического тока. Во время вдоха импеданс увеличивается, тогда как во время выдоха он уменьшается. Аналогичное изменение импеданса происходит при присутствии внутривенных жидкостей. Например, когда жидкости, которые имеют более высокую электропроводность по сравнению с кровью, вводятся через центральный катетер, происходит соответствующее снижение электрического сопротивления 1,2,3,4.

Для практичности электроды ЭИТ (в количестве 16 или 32) размещаются на ремне, который затем располагается вокруг грудной клетки пациента, в частности, между4-м и5-м межреберными промежутками. Такое расположение обеспечивает оптимальный обзор легких и снижает помехи в диафрагме. В процессе измерения два разных электрода последовательно подают заданный ток, в то время как остальные электроды действуют как приемники для соответствующих показаний напряжения. Этот процесс быстро повторяется для каждой пары электродов, вращающихся вокруг грудной клетки с частотой 20-50 Гц. Такое быстрое вращение объясняет, почему ЭИТ имеет высокое временное разрешение. Торакальный аппарат ЭИТ рассчитывает распределение электрического сопротивления в поперечном сечении грудной клетки от каждого цикла измерения и преобразует эти значения в двумерное изображение. Затем это изображение отображается в режиме реального времени на специальном мониторе.

ЭИТ имеет несколько клинических применений. На основе импедансной технологии можно контролировать распределение воздуха внутри грудной клетки и распределение перфузии, особенно при введении контрастного вещества для создания вариаций импеданса легких. Определение настроек PEEP у пациентов с искусственной вентиляцией легких является сложной и важной задачей для минимизации повреждения легких. Кроме того, его способность отслеживать изменения вентиляции и перфузии с течением времени дает бесценные данные для лонгитюдного мониторинга пациента. Этот аспект имеет решающее значение в динамичной клинической среде, где состояние пациента может быстро развиваться5.

ЭИТ облегчает визуализацию не только глобальной механики, полученной с помощью датчика потока или данных с аппарата ИВЛ, если устройство ЭИТ подключено к аппарату ИВЛ, но и предоставляет важную информацию о перерастяжении и региональном коллапсе 6,7,8,9. Полученные изображения предоставляют функциональную информацию о легких, но не предназначены для анатомической диагностики и не излучают излучение. В Соединенных Штатах Америки устройство EIT ENLIGHT 2100 в настоящее время является единственным, одобренным Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA). Другие компании в настоящее время находятся в процессе получения одобрения FDA на использование EIT для взрослых, детей и новорожденных. Для этой работы мы использовали аппаратное обеспечение (например, ремни и экран), карты вентиляции и перфузии от устройства ENLIGHT 2100.

Комплект EIT включает в себя три основных элемента оборудования, помимо самого монитора, которые включают в себя ленту электродов, датчик расхода и контрольный кабель. Пояс электродов используется для получения томографического двумерного изображения. Изображение легких ЭИТ конструируется в двумерное представление с различными разрешениями, такими как 32 x 32, 24 x 24 или 16 x 16 пикселей, в зависимости от размера периметра грудной клетки и спецификаций производителя. Изображения генерируются на основе измерений напряжения с использованием алгоритмов восстановления. Датчик потока предназначен для использования одним пациентом и выпускается в двух размерах: один для взрослых и детей, а другой для новорожденных. Взросло-детский датчик потока не может измерять дыхательный объем менее 40 мл, в то время как неонатальный датчик может регистрировать дыхательный объем от 0 до 100 мл. Без датчика расхода EIT отображает только данные об импедансе. После подключения датчика расхода к пациенту становится возможным синхронизировать данные с импедансных осциллограмм с параметрами давления, расхода и объема. Эталонный кабель является многоразовым и служит в качестве точки отсчета для вводимой величины электрического тока.

Медицинское наблюдение; пациент с электродами; Диагностическая схема для размещения электродов.
Рисунок 1: Размещение электродной ленты для электроимпедансной томографии. (А) Электроимпедансный электродный ремень, размещенный вокруг грудной клетки в4-м и5-м межреберье. (В) Измерение грудной клетки. Грудную клетку измеряют, оборачивая мерную ленту вокруг всей грудной клетки. Тем не менее, большинство пациентов прикованы к постели, и измерение всей грудной клетки не представляется возможным. Альтернативный подход проиллюстрирован на изображениях. Периметр грудной клетки оценивается от остистого отростка до грудины. Затем измерение удваивается, чтобы учесть контралатеральную часть грудной клетки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Основная цель этого видеодокумента — предоставить читателю знания и навыки, необходимые для того, чтобы стать опытным в записи и интерпретации изображений EIT. Для достижения этой цели мы представим обзор принципов ЭИТ, продемонстрируем его возможности визуализации в режиме реального времени для распределения воздуха в легких, а также исследуем его расширенное применение для оценки перфузии. Достигая этих целей, мы стремимся дать аудитории возможность уверенно использовать технологию ЭИТ для оценки состояния легких.

Protocol

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

Изображения, представленные в этой статье, были анонимизированы и являются частью текущих протоколов, зарегистрированных в ClinicalTrials.gov под номером NCT04497454 и одобренных местным этическим комитетом (Университет Сан-Паулу Инкор/HC-FMUSP 4001231, Бразилия).

1. Как начать пользоваться устройством EIT

  1. Ремень EIT и его размещение
    1. Измерьте грудную стенку для точного выбора размера ремня.
    2. Измерьте периметр грудной клетки между4-м и5-м межреберными промежутками с помощью измерительной ленты (рисунок 1Б). У пациенток с большой грудью переместите ремень на более высокое межреберье.
    3. Накройте электродный пояс одноразовым материалом с проводящим гелем.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Это обеспечивает прилегание к коже пациента, даже у пациентов с большим количеством волос, облегчая захват импедансного сигнала.
    4. Расположите ремни на4-м и5-м межреберных пространствах грудной стенки пациента (так же, как и измеренный периметр) и убедитесь в отсутствии перекрытия электродов при размещении поясов.
    5. Сохраняйте непрерывность без зазоров на спине, так как алгоритм реконструкции изображения допускает зазор спереди, пропорциональный размеру ремня.
    6. Во время установки ремня поворачивайте пациента так, чтобы получить доступ к спине. Обезопасьте дыхательные пути, все постоянные венозные или артериальные катетеры и дренажи и следуйте специальным рекомендациям, предоставленным медицинскими работниками.
  2. Подключите датчик расхода к вентиляционному контуру рядом с Y-образным образцом и расположите его датчиком вверх, чтобы предотвратить скопление жидкости и помехи сигнала (рис. 2A).
  3. Подсоедините электрод сравнения к электрокардиографическому (ЭКГ) электроду.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Наблюдение за пациентом без контрольного кабеля невозможно (Рисунок 2B).
    1. Для взрослых и детей поместите электрод на брюшную полость или плечо.
    2. Для неонатальных пациентов расположите электрод на ноге.
  4. Включите ЭИТ и введите демографические данные пациента (рисунок 3).
  5. Начните наблюдение и избегайте любых движений пациента; После начала мониторинга генерируется эталонное изображение, и экран вентиляции отображается (рис. 4). Генерируются два изображения: динамическое изображение и карта вентиляции.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Во время записи крайне важно избегать любых движений пациента, мешающих работе ремней.
  6. Шаг за шагом для титрования инструмента PEEP на устройстве EIT
    1. Выберите инструмент для титрования PEEP на главном экране .
    2. Чтобы получить доступ к настройкам инструмента, нажмите на значок «Параметры инструмента ».
    3. Установите временные интервалы, чтобы настроить временные интервалы для изменений PEEP во время титрования, чтобы стабилизировать вентиляцию в каждом состоянии.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Временной интервал зависит от состояния пациента (например, нестабильности гемодинамики) и инструкций устройства.
    4. Настройте пороговое значение для автоматического обнаружения изменений PEEP.
    5. Запустите титрование, нажав кнопку «Пуск » на экране «Титрование PEEP », чтобы начать обратный отсчет на основе скорректированного времени для изменений PEEP.
    6. При появлении запроса отрегулируйте значение PEEP на аппарате ИВЛ в соответствии с протоколом. Устройство автоматически обнаружит это изменение и начнет новый обратный отсчет.
    7. Мониторинг изменений PEEP - экран обновляется при каждом изменении PEEP. Если автоматическое обнаружение не сработало, вручную остановитесь и прокомментируйте процедуру. При необходимости укажите комментарии или присвойте титрованию имя. После этого отобразится график титрования PEEP.
  7. Пошаговая инструкция по перфузионному инструменту на аппарате ВИТ
    1. Подготовка пациента
      1. Обеспечьте достаточную седацию и, при необходимости, нервно-мышечную блокаду, так как любое дыхательное усилие может нарушить процедуру.
        ПРИМЕЧАНИЕ: У пациента могут наблюдаться неопределяемые дыхательные усилия, несмотря на мониторинг искусственной вентиляции легких.
    2. Начните процедуру. Начните процедуру, щелкнув значок «Пуск » в программном обеспечении EIT.
    3. Распознавание вентиляционного цикла
      1. Позвольте программному обеспечению распознавать несколько вентиляционных циклов для установления исходных данных.
    4. Апноэ и инъекции
      1. Переключитесь в режим непрерывной вентиляции с положительным давлением в дыхательных путях (CPAP) или с поддержкой давления (PSV) с поддержкой давления 0 смH2O. Поддерживайте это положение более 20 с. В течение этого периода следует быстро и последовательно ввести 10 мл 7,5% гипертонического раствора физраствора или 8,4% бикарбоната через катетер центрального венозного доступа во внутреннюю яремную или подключичную вену.
    5. Восстановите вентиляцию. После завершения инъекции вернитесь к обычным настройкам вентиляции.
    6. Реконструкция изображения
      1. Пусть алгоритм ЭИТ реконструирует изображение перфузии на основе кинетики первого прохождения контраста, протекающего через сердце и легкие.

Установка механической вентиляции с датчиком потока; Схема интерфейса пациента и компонентов схемы.
Рисунок 2: Размещение датчика расхода. (A) Размещение датчика расхода между контуром и ETT. (B) Ремень вокруг грудной клетки подключен к устройству EIT. Датчик расхода подключается между ETT и контуром. Кабель опорного напряжения подключается к электроду на брюхе. Сокращение: ETT = эндотрахеальная трубка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Интерфейс медицинского программного обеспечения, экран настройки пациента, поля ввода данных для диагностики и анализа.
Рисунок 3: Экран инициализации устройства контроля электроимпедансной томографии. Поля, отмеченные красными звездочками, указывают на обязательную информацию, которую необходимо заполнить для правильной настройки и работы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Схема системы вентиляции с динамическим изображением, картой вентиляции и анализом данных дыхания.
Рисунок 4: Экран EIT, отображающий динамическое изображение, карту вентиляции и плетизмограмму. В левой части экрана находится распределение вентиляции, разделенное по регионам ((A/P, R/L). В правой части экрана расположены параметры вентиляции, включая давление привода, PEEP, auto PEEP, PIP, PPlat Alv, VT, CRS, RR и RAW. Сокращения: EIT = электроимпедансная томография; A/P = передний/задний, R/L = правый/левый; PEEP = положительное давление на выдохе; PIP = пиковое давление на вдохе; PPlat Alv = давление альвеолярного плато; VT = приливный объем; CRS = податливость дыхательной системы; RR = частота дыхания; RAW = сопротивление дыхательных путей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Results

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

Контроль вентиляции
Динамическое изображение (рис. 4) отображает изменения распределения воздуха во время вентиляции в режиме реального времени с использованием цветов от темно-синего (наименее вентилируемый) до белого (наиболее вентилируемый) для представления региональных изменений. Серые зоны указывают на отсутствие изменений в вентиляции. Динамические изображения позволяют быстро идентифицировать различия во внутрилегочных временных константах и наличие парадоксальных закономерностей. Важно отметить, что участки с ограниченным изменением воздуха во время дыхательного цикла могут возникать в результате перерастяжения или коллапса участков.

«Карта вентиляции» (рис. 4) показывает, как объем воздуха распределяется по определенному поперечному сечению во время дыхательных циклов. Ярко-синим цветом обозначены области легких, на которые приходится большая часть дыхательного объема, пропорционального изменению импедансного сигнала между вдохом и выдохом. И наоборот, темно-синим цветом обозначены области с малым изменением объема. Карта вентиляции позволяет оценить распределение региональной вентиляции в легких. Легкие разделены на переднюю/заднюю и правую/левую области, что позволяет проводить детальную оценку и отображать плетизмографию в определенных областях на экране4.

Кривая изменения импеданса грудной клетки плетизмограммы (рис. 4) представляет собой амплитуду волны, соответствующую дыхательному объему, с исходным уровнем, эквивалентным аэрации легких или функциональной остаточной емкости (FRC) или объему легких в конце выдоха (EELV). Информация об аэрации позволяет оценить относительные изменения общего объема внутригрудного воздуха.

Параметры дыхательных путей в правой части экрана (рис. 4) регистрируются датчиком потока и отображаются в виде графиков и чисел формы сигнала. Такие параметры, как давление привода, автоматический PEEP, давление альвеолярного плато, податливость и сопротивление (в числовом столбце справа) рассчитываются во время контролируемых циклов. Параметры PEEP, пиковое давление, дыхательный объем и частота дыхания будут отображаться во всех циклах. Использование проксимального датчика потока позволяет интегрировать данные вентиляции и импеданса на одном экране, независимо от марки или модели аппарата искусственной вентиляции легких.

Инструмент для титрования PEEP (Рисунок 5)
Пациент должен быть синхронизирован с аппаратом искусственной вентиляции легких, избегая спонтанных дыхательных усилий и движений, которые могут повлиять на титрование PEEP. Этого можно достичь с помощью адекватной седации, а при необходимости и с помощью паралитических средств. Датчик потока и трубка вентилятора не должны содержать каких-либо препятствий, таких как жидкость и выделения, для обеспечения точного мониторинга.

ЭИТ обнаруживает изменения в региональной вентиляции и, при интеграции с расходомером, способна оценивать регионарную механику дыхания, включая давление в дыхательных путях, дыхательный объем и поток. Он представляет результаты в процентах свернутых и гиперрастянутых областей на разных уровнях PEEP путем расчета региональных изменений соответствия. Некоторые авторы предлагали титровать PEEP до точки пересечения между процентом перенапряжения (белая кривая на рисунке 5 и белая область на рисунке 6) и процентом коллапса (синяя кривая на рисунке 5 и синяя область на рисунке 6). На этом уровне PEEP наблюдается минимальная встречаемость как гиперрастянутых, так и коллапсированных областей (оранжевая кривая на рисунке 5), а также функции легких. В текущих исследованиях выясняется, является ли клинически выгодным метод PEEP, установленный в точке пересечения между гипердистензией и коллапсом.

Податливость и гиперрастяжение в сравнении с диаграммой PEEP; анализ механики легких; визуализация данных.
Рисунок 5: Инструмент для титрования PEEP на экране EIT. Оранжевая кривая представляет податливость, белая кривая — гиперрастяжение, а синяя кривая — коллапс. Сокращения: EIT = электроимпедансная томография; PEEP = положительное давление выдоха. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Диаграмма податливости легких; уровни PEEP, гиперрастяжение, коллапс-вариации; Анализ компьютерной томографии.
Рисунок 6: Отображение процентных значений гипердистенсии (белый) и коллапса (синий), а также соответствие различным значениям PEEP на экране EIT. Сокращения: EIT = электроимпедансная томография; PEEP = положительное давление выдоха. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Оценка легочной перфузии с помощью ЭИТ: руководство для медицинских работников
Электроимпедансная томография (ЭИТ) недавно была признана ценным инструментом мониторинга вентиляции легких путем измерения изменений электропроводности. В то время как ЭИТ в первую очередь фокусируется на оценке распределения воздуха в легких, она также может дать ценную информацию о перфузии легких с помощью инновационных методов.

Изменения сопротивления от движения крови в грудной клетке имеют гораздо меньшую амплитуду, чем изменения, связанные с вентиляцией легких. Таким образом, ЭИТ традиционно не используется для измерения перфузии. Тем не менее, некоторые методы, включающие внутривенное введение гипертонического физиологического раствора в сочетании с маневром задержки дыхания, могут изолировать и усилить изменения импеданса, связанные с кровотоком. Когда этот раствор проходит по кровеносным сосудам, он изменяет электрические свойства крови, которые может обнаружить ЭИТ. ЭИТ может косвенно определять характер перфузии, наблюдая за изменениями импеданса, вызванными этим раствором при его циркуляции по легочной сосудистой сети. Такой подход позволяет нам получить более глубокое понимание вентиляции и перфузии в легких одновременно10. Этот инструмент предназначен только для исследовательских целей в США и/или в соответствии с правилами местных больниц и/или одобрением других стран регулирующими органами.

Визуализация легочной перфузии
Внутривенное введение раствора с высокой электропроводностью, такого как гипертонический раствор или бикарбонат натрия, помогает визуализировать кровоток в легочной сосудистой сети 11,12,13. Области с более высокой перфузией демонстрируют другие картины импеданса по сравнению с менее перфузными областями. Это инновационное применение ЭИТ позволяет проводить относительную оценку перфузии наряду с визуализацией вентиляции, обеспечивая всестороннее представление о функции легких, что помогает дифференцировать гипоксемию, вызванную дефектами перфузии, обычно лечащейся методами лечения, модулирующими перфузию легких, от гипоксемии, вызванной нарушениями вентиляции, часто устраняемой с помощью стратегий вентиляции или изменения положения. Это приложение также позволяет контролировать изменения регионарной легочной перфузии в ответ на назначенное лечение (например, ингаляционный оксид азота, антикоагулянты и тромболитические препараты).

Перфузионный инструмент
Перфузионный инструмент в составе ЭИТ специально разработан для визуализации легочного кровотока во время контролируемой искусственной вентиляции легких. Он включает в себя введение гипертонического физиологического раствора в вену во время короткого периода апноэ. Полученное изображение отображает распределение легочной перфузии с цветами от желтого (указывающего на более высокую перфузию) до темно-красного (указывающего на более низкую перфузию) в поперечном сечении грудной клетки (см. рисунок 7).

Легочная перфузионная карта; Диаграмма с перфузионным анализом, показывающая отфильтрованные и подогнанные тренды.
Рисунок 7: Вариации в процентном соотношении распределения перфузии по различным областям грудной клетки. Показаны вариации перфузии спереди, сзади, справа и влево, с цветами от желтого (более высокая перфузия) до темно-красного (более низкая перфузия) в поперечном сечении грудной клетки. Также есть возможность запустить обработанное видео в режиме онлайн, показывающее контраст, протекающий через сердце синим цветом, после в легкие красными цветами. Сокращения: A = передний; P = задний; R = правый; L = левый. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Онлайн и оффлайн анализ
ЭИТ непрерывно измеряет плетизмограммы и распределение воздуха по легким. Изменение импеданса отражает изменения дыхательного объема, что позволяет проводить региональную оценку легких. Плетизмограмма графически представляет изменения объема легких во время вдоха и выдоха (Рисунок 8). Колебания воздуха могут быть измерены в разных частях легких. Это одно из наиболее выгодных измерений от EIT, поскольку оно оценивает региональную вентиляцию.

Устройство EIT создает матрицу 32 x 32 для картирования всей области легких. Эта матрица передается в сетку, охватывающую все легкие. Каждому крошечному квадрату в сетке, известному как пиксель, присваивается значение удельного сопротивления или импеданса. Изменения значений импеданса соответствуют изменениям объема легких в определенной части легкого.

Используя специальное программное обеспечение, EIT берет эти изменения значений импеданса и генерирует изображение. Это изображение помогает нам понять величину изменения объема, представленного на цветовой шкале. Ярко-синий цвет означает высокую громкость, а темно-синий — низкую громкость. Отсутствие вариаций импеданса или изменений приливного объема представлено серым цветом (Рисунок 8). По сути, он функционирует как карта, точно определяющая, где эти изменения произошли в легком.

Динамическая диаграмма вентиляции с графиком импеданс-время и анализом легочной единицы для мониторинга TIMPEL.
Рисунок 8: Динамическое изображение вентиляции, иллюстрирующее каждый пиксель в матрице 32 x 32, всего 1 024 пикселя. Амплитуда вентиляции представлена амплитудой волны и интенсивностью цвета, где серый указывает на отсутствие объема и переход от ярко-синего к темно-синему представляет высокий и низкий объем соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Существует множество клинических ситуаций, в которых ЭИТ может быть полезной. Например, при раннем выявлении осложнений и состояний, которые могут привести к повреждению легких, таких как ателектаз, перерастяжение и пневмоторакс. Ателектаз является одной из наиболее распространенных патологий у госпитализированных пациентов. Он включает в себя частичный или полный коллапс легочной ткани, уменьшение объемов легких и нарушение газообмена. Ателектаз может быть обнаружен с помощью ЭИТ, как показано на рисунке 9А. Рисунки 9А и 9В представляют собой изображения карты вентиляции от одного и того же пациента с интервалом менее 13 минут. На рисунке 9А только 23% изменений импеданса происходят в задней области, что также можно увидеть по уменьшению ярко-синих и темно-синих областей, наблюдаемых в этой области. После увеличения PEEP с 4 до 10смН2 О на рисунке 9B показано усиление вентиляции в задней части легкого, которое увеличилось с 23% до 43%. По сравнению с рисунком 9А, у пациента наблюдается увеличение комплаентности с 18,8 до 27,6 мл/смН2О. Примечательно, что этот выигрыш происходит в двусторонней задней области, что очевидно по увеличению светлых и темно-синих областей в задней части (рисунок 9В). Кроме того, наблюдается снижение давления при движении, что указывает на то, что дальнейшее увеличение дыхательного объема и PEEP не создает дополнительной нагрузки на легкие 14,15.

Схема распределения вентиляции с параметрами PEEP, plateau, RR, VT, с отображением карт вентиляции A и B.
Рисунок 9: Различия в вентиляции при различных значениях PEEP. (A) При PEEP 4 смH2O изображение показывает разницу в вентиляции между передней (более вентилируемой) и задней (менее вентилируемой) областями. (B) После увеличения PEEP с 4 до 10смН2О наблюдается улучшение вентиляции в задней области. Сокращение: PEEP = положительное давление выдоха. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Чрезмерное растяжение относится к чрезмерному расширению или растяжению легочной ткани за пределы ее физиологических возможностей, что приводит к потенциальному повреждению альвеол и окружающих структур. Чрезмерное растяжение может произойти, когда давление, оказываемое аппаратом искусственной вентиляции легких для надувания легких, слишком велико. Мониторинг регионарного импеданса легких во время процедур искусственной вентиляции легких позволяет избежать чрезмерного растяжения и повреждения легких16. На рисунке 10А пациент находится на ПДК 22смН2О, тогда как на рисунке 10В ПДК снижен до 12смН2О. На рисунке 10B динамическое изображение вентиляции от EIT показывает увеличение светлых и темно-синих областей в переднем легком, что указывает на усиление вентиляции. Одновременно наблюдается уменьшение светлых и темно-синих областей в задней части легкого (с 67% до 43%), что свидетельствует об уменьшении чрезмерного растяжения, связанного с более высоким PEEP 22 см H2O на рисунке 10A. Этот пример демонстрирует способность ЭИТ выявлять чрезмерное растяжение и способствовать протективной вентиляции легких черезлегкие 9.

Визуализация ядерной медицины; перфузия сердца; сравнение процентного стока; левые 67%, правые 43%.
Рисунок 10: Изменения в PEEP. (A) PEEP 22 см H2O; (B) PEEP 12 см H2O. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Пневмоторакс – это состояние, характеризующееся наличием воздуха в плевральной полости, пространстве между легким и грудной стенкой. Такое накопление воздуха может привести к коллапсу легких, медиастинальному сдвигу и гемодинамическому коллапсу. С помощью ЭИТ изменения импеданса грудной клетки можно наблюдать в режиме реального времени, как показано на динамическом изображении вентиляции 17,18,19. На динамическом изображении вентиляции есть один признак, показывающий подозрение на пневмоторакс, называемый признаком «не в фазе». Знак «не в фазе» относится к визуальному признаку, когда изменения импеданса в легких не совпадают с дыхательным циклом. При нормальном дыхательном цикле изменения импеданса в легких должны быть синхронизированы с фазами вдоха и выдоха. При возникновении пневмоторакса динамическое изображение вентиляции будет демонстрировать отклонение от ожидаемой картины, поскольку изменения импеданса не синхронизированы с нормальными фазами вдоха и выдоха. Кроме того, повышение исходного уровня плетизмографа, означающее увеличение импеданса легкого в конце выдоха (EELI), несмотря на снижение PEEP, может дополнительно указывать на наличие пневмоторакса (рис. 11).

Измерение импеданса во время дыхательного цикла, диаграмма, показывающая фазы вдоха/выдоха.
Рисунок 11: Знак «не в фазе» на карте вентиляции. В то же время плетизмограф показывает повышение исходного уровня, несмотря на снижение PEEP. Оба результата убедительно подтверждают наличие пневмоторакса. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Discussion

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

Нарушение дыхания и необходимость поддерживающего вмешательства, включая инвазивную искусственную вентиляцию легких, часто встречаются у госпитализированных пациентов. Таким образом, мониторинг вентиляции и легочной перфузии имеет решающее значение для быстрой и персонализированной диагностики и лечения. В отличие от более стандартных методов визуализации, таких как рентгенография и компьютерная томография (КТ), ЭИТ обеспечивает неинвазивную, нерадиационную визуализацию легких и их региональных характеристик в режиме реального времени 1,2,3,4,20. Благодаря этим возможностям ЭИТ полезна у постели больного как в отделении интенсивной терапии, так и в операционной. ЭИТ не только обеспечивает мониторинг вентиляции, но и дает возможность анализировать легочную перфузию, что в настоящее время невозможно в рутинной клинической практике 6,7,8.

Во время искусственной вентиляции легких защита легких является ключевой целью лечения. Одной из целей является предотвращение ателектаза и перерастяжения легких, которые могут привести к альвеолярному повреждению. Как правило, PEEP назначают для предотвращения ателектаза и поддержания объема легких. Определение оптимального варианта PEEP для отдельных пациентов, известного как «титрование PEEP», является важнейшим методом, особенно при таких состояниях, как острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС), ожирение и абдоминальная гипертензия21,22.

Традиционный метод титрования PEEP основан на оксигенации и механике легких. Однако этот подход не учитывает регионарные изменения легких и то, являются ли области легкого гиперрастенными или коллапсами. Передовые методы, такие как ЭИТ, обеспечивают детальную визуализацию легких в режиме реального времени во время вдоха и выдоха. Титрование PEEP с использованием ЭИТ позволяет оптимизировать оксигенацию и механику легких, сводя к минимуму перенапряжение и коллапс паренхимы 23,24,25,26,27,28.

Совсем недавно был разработан перфузионный инструмент ЭИТ, обеспечивающий детальную оценку регионарного легочного кровотока, что позволяет врачам и медицинскому персоналу оценить связь вентиляции и перфузии. Легочная перфузия, оцененная с помощью ЭИТ, также использовалась для определения ответа на корректировку вентиляции и оксигенацию, а также ответа на легочную вазодилататорную терапию 9,23,25,29,30,31. Кроме того, ЭИТ также может выявлять большие дефекты легочной перфузии, что указывает на наличие тромбоэмболии32,33.

ЭИТ имеет несколько противопоказаний. Во-первых, ЭИТ в настоящее время не рекомендуется пациентам с кардиостимуляторами или имплантируемыми дефибрилляторами. В настоящее время нет исследований, оценивающих электрическую интерференцию сигнала ЭИТ и функции кардиостимулятора. Во-вторых, импедансный сигнал может быть изменен такими состояниями, как значительный пневмомедиастинум или подкожная эмфизема, что ухудшает правильную интерпретацию карт вентиляции и перфузии. Наконец, требование о том, чтобы ремень находился в тесном контакте с кожей, создает проблемы при использовании ЭИТ у пациентов с грудными бандажами34.

Крайне важно проявлять осторожность и избегать использования перфузионного инструмента при определенных сценариях: пациенты, получающие увеличивающиеся дозы вазопрессоров; пациенты с гипернатриемией; пациенты с активным пневмотораксом и/или бронхоплевральной фистулой; новорожденные и дети пациенты. Использование ЭИТ для оценки перфузии наряду с традиционной визуализацией искусственной вентиляции легких позволяет медицинским работникам глубже понять функцию легких, помогая в диагностике и лечении пациентов в различных клинических условиях.

Рекомендации для конкретных групп населения
Принципы технологии ЭИТ применимы к новорожденным, детям и взрослым пациентам соответственно с соответствующим периметром грудной клетки и размером пояса. Пояса для новорожденных являются одноразовыми и рекомендуются для установки на 24 часа вместо 48 часов для взрослых. Создан специальный датчик потока, способный измерять малые приливные объемы (от 3 мл до 100 мл), связанные с этой популяцией и имеющие соответствующее мертвое пространство в 1 мл.

Например, онлайн-мониторинг классифицирует легкие по заранее определенным областям интереса (ROI). четыре половинки (левая, правая, передняя и задняя), или четыре горизонтальных слоя. Тем не менее, автономный анализ может предоставить больше возможностей для углубленного анализа, например, попиксельного. Все данные из EIT хранятся в собственном формате, известном как управление информацией о продукте (PIM). Файл PIM инкапсулирует предварительно обработанную информацию, в том числе измеренное напряжение до томографической реконструкции, неотфильтрованные сигналы и параметры вентиляции. Чтобы извлечь файл PIM для анализа в автономном режиме, подключите USB-накопитель к слоту на устройстве EIT; Затем выберите индексного пациента. Офлайн-анализ полезен, потому что он предоставляет все подробные данные, необходимые для понимания физиологии легких.

В качестве инструмента прикроватной диагностики ЭИТ может помочь в диагностике таких состояний, как ателектаз, перерастяжение и пневмоторакс. В дополнение к клинической картине и физикальному осмотру, ЭИТ предлагает подробную информацию по этим диагнозам. EIT обеспечивает более быстрое извлечение информации по сравнению с классическим исследованием. Эта возможность позволяет врачам и другому медицинскому персоналу диагностировать и своевременно лечить пациентов 24,35,36,37.

Изучение того, как использовать и интерпретировать ЭИТ, имеет важное значение, поскольку оно оказывается полезным в клинической практике. Его неинвазивный характер и возможности мониторинга в режиме реального времени делают ЭИТ ценным инструментом для врачей в различных медицинских учреждениях.

Disclosures

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

Глазиэле Алькала, Кайо К. А. Мораис и Маркус Виктор получили гонорары за консультации, в то время как Кэролин Ла Вита получила гонорары от компании Timpel, которая производит устройство, используемое в этом исследовании. Марсело Б.. Амато является миноритарным акционером Timpel. Ни у одного из других авторов нет конфликта интересов.

Acknowledgements

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

Мы выражаем искреннюю признательность всем соавторам за их вклад в эту статью и благодарим TIMPEL Medical за щедрую поддержку этой рукописи оборудованием и поддержкой.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Оборудование EIT (ENLIGHT2100)Медицинские
поясаTimpel
поясов Timpel Timpel Эталонный
Philips
Медицинское
решение Timpel с высокой электропроводностью (например, гипертонический раствор, бикарбонат натрия)Не применимо
Покрытие медицинских Медицинский датчик расхода кабель

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