2015 Zuyderland MC Joost Wullems Ventilation Practitioner i.o.
14-10-2015
[EIT DE INDIVIDUELE PULMONALE VENTILATIE OBSERVATIE MONITOR.]
-1-
Inhoud: • • • • • • • • •
Inhoudopgave Samenvatting Introductie Materiaal en Methode Methode van meten Resultaten Ervaring Discussie Bijlagen o 1. Literatuurlijst o 2. Wat is EIT o 3. EIT setting o 4. Relatieve ademuitzetting
2 3 3 4 4 6 7 7 8 9 10 11
-2-
EIT de individuele pulmonale ventilatie observatie monitor. Samenvatting Introductie Het is duidelijk dat mechanische ventilatie longschade kan veroorzaken. Individuele beademingsvoorwaarden hebben de voorkeur om eventuele schade te voorkomen. Electrical Impedance Tomography (EIT) (bijlage 2) zou kunnen zorgen voor een individuele optimalere beademingsstrategie. Om te beoordelen of een EIT systeem meerwaarde heeft op onze IC, hebben wij een EIT systeem op proef gekregen. De non-invasieve en patiëntvriendelijke toepassing was doorslaggevend om dit systeem te beoordelen in een klinische setting. In onderstaand onderzoek worden 5 casussen beschreven, waarbij EIT is toegepast. Onze doelstelling was inzichtelijk te krijgen of EIT kan helpen, om de oxigenatie te verbeteren en beademingsgerelateerde longschade te voorkomen (VILI). Methode Bij 5 patiënten zijn voor en na het veranderen van een beademingsinstelling (event) EIT beelden (Silent Spaces, Tidel images en mediale stretch factor) gemaakt. De beelden en de beademingsinstellingen zijn retrospectief met elkaar vergeleken. Om duidelijk te krijgen of de individuele beademingsaanpassing een verbetering van de oxigenatie teweeg heeft gebracht, is er voor en na een event een PaO2/FiO2 ratio berekend. Bij 1 patiënt is gedurende 12 uur het EIT beeld gebruikt als bedsite monitor, om de optimale longventilatie houding te vinden in bed. Voor en na deze 12 uur is een PaO2/Fio2 ratio berekend en zijn de EIT beelden en beademingsinstellingen met elkaar vergeleken. Resultaat Iedere beademingsverandering en houding, welke een lagere en of een hogere P/F ratio tot gevolg had, het EIT beeld dit ook bevestigde. Introductie Mechanische beademing en een IC zijn verbonden met elkaar. Volumina en inspiratiedrukken zijn belangrijke onderdelen van mechanische beademing. Niet alleen omdat ze samen met de ademfrequentie zorgen voor een alveolaire ventilatie, maar ook omdat te grote teugvolumes en te hoge inspiratiedrukken ventilator induced lung injury (VILI) kunnen veroorzaken. Inzichten in de mechanismen van VILI hebben ons geleerd dat er risico bestaat op overrekking van de ‘gezonde’ longblaasjes tegen het eind van de inademing als gevolg van hoge druk of grote teugvolumes. Tevens bestaat er risico op het samenvallen van ‘zieke’ longblaasjes tijdens de uitademing bij het gebruik van een te lage positieve eind expiratoire druk (PEEP). Er komen grote krachten op het longweefsel in de overgangsgebieden tussen de longblaasjes die open blijven en die samenvallen aan het eind van de uitademing (tidal recruitment). Dit
wordt gedefinieerd als ‘shear- stress’. De uitdaging bij beademing is het voorkomen van overrekking en dus het voorkomen van ‘shearstress’[1] . Het voorkomen van overrekking gebeurt door beademing met kleine teugvolumes (6 ml/kg ideaal lichaamsgewicht) en optimale PEEP. Dit is gebaseerd op de studies, gedaan door het ARDSnet work trials in 2002/2004 [4,5]. Onze uitdaging als gezondheidsprofessionals is dus enerzijds de gaswisseling optimaliseren en anderzijds proberen de schade te beperken. Ondanks dat beademing voor bepaalde patiënten noodzakelijk is voor herstel, kan het potentieel dus ook een verslechtering van de gezondheidssituatie teweegbrengen. Helaas hebben we tijdens de beademing nog geen mogelijkheid exact te zien welke regionale longvelden worden,geventileerd. Dit kan mogelijke schade tot gevolg hebben.
-3-
We zijn op zoek naar een monitor die, ons informatie kan geven over de regionale long ventilatie. Belangrijk is, dat de monitor naast het bed van de patiënt geplaatst kan worden en gegevens niet-invasief verkregen kunnen worden. Een state of the art technologie, die hiervoor geschikt geacht wordt, is EIT. De laatste jaren is er veel gepubliceerd over EIT [4] en heeft EIT zich doorontwikkeld. Om te kijken of het EIT systeem meerwaarde heeft op onze IC hebben wij het systeem van Swisstom, de BB2, op proef gekregen. In ons onderzoek zijn 5 casussen beschreven, waar EIT is toegepast. We proberen duidelijk te krijgen of EIT een voorspellende waarde heeft voor de P/F ratio. En longschade kan voorkomen (VILI). Materiaal en methode Gezien de beperkte financiële middelen was het in dit onderzoek niet mogelijk om meer dan 5 patiënten te includeren. Alle patiënten hebben minimaal 6 uur aan de EIT gelegen. Om te worden geïncludeerd moeten patiënten mechanisch beademd worden door de G5 beademingsmachine van Hamilton. Tevens dient de patiënt aangesloten te zijn op de BB2 monitor van Swisstom (bijlage 3).
Inclusie criteria: Lengte van de patiënt (cm) Gewicht van de patiënt (kg) Leeftijd van de patiënt (min) Geslacht Beademd aan de G5
150 – 210 40 tot 150 16 jaar M/V Ja
Tabel 1: inclusie criteria
De data van de Hamilton zijn verzameld met behulp van de Hamilton data logger en opgeslagen op een pc. EIT monitor is beschikbaar gesteld door SwissTom, type BB2, en de support is geleverd door Maquet. De EIT data zijn geanalyseerd met IBEX software van SwissTom. Toestemming voor de proefplaatsing en de test periode is gegeven, na goedkeuring van het pakket van eisen, door de klinisch fysicus,
intensivisten, management en IC team. Toestemming voor EIT meting moet gegeven worden door de behandelend arts. Aangezien het gaat om een proefplaatsing en de gegevens pas achteraf worden geanalyseerd, was toestemming van de medisch ethische commissie niet nodig. Alle patiënten hebben toestemming gegeven voor metingen. Familie gaf toestemming indien de patiënt hiertoe zelf niet in staat was. Methode van meten Indien de indicatie is gesteld, om een beademingsinstelling te veranderen zal de patiënt worden aangesloten op de BB2 met de sensorbelt. Voor en na de beademingsaanpassing worden er bloedgasanalyses gedaan en de P/F ratio’s berekend. De berekende P/F ratio’s zullen met elkaar vergeleken worden. We hebben de ratio berekend om een verbetering van de oxygenatie in een getal te kunnen uitdrukken. De EIT registratie in dit onderzoek bestaat uit regionale ventilatie, Center of Ventilation (CoV), Silent Spaces en de mediaan van de gemiddelde relative stretch. Deze waarden worden retroperspectief geanalyseerd. Bij de eerste 4 patiënten werd de eerste meting (T1) 5 minuten voor de aanpassing van de beademing gedaan. De tweede meting (T2) volgde (minimaal) 5 minuten na de aanpassing. Bij patiënt 5 is een 12 uurs continu registratie gedaan. Door deze continu registratie hopen we een antwoord te krijgen op de vraag, of EIT gestuurde houding de oxygenatie kan optimaliseren. Gedurende de continu registratie zijn er 2 metingen gedaan. De eerste meting zonder EIT en de tweede met EIT. Bij beide metingen is T1 de starttijd en T2, na 12 uur, is de eindtijd. Tussen T1 en T2 zijn er geen beademingsveranderingen geweest. 5 min voor T1 en 5 min na T2 zijn er bloedgasanalyses gedaan en P/F ratio’s berekend. De Hamilton verzamelt de data van de continu registratie in seconden. Deze data in seconden zijn omgerekend naar gemiddelden per ademteug
4
waarde Beademing Freq ∆ Peep (cmH2O) ∆ Pcontrol (cmH2O) ∆ Psupp (cmH2O)∆ P peak (cmH2O)* VTE(ml) ∆ Cstat (ml/cmH2O) ∆ Oxygen (%) ∆ EIT DATA Silent spaces nns <%> Silent spaces dds <%> stretch/ mediaan P/F ratio (kPa)
Patiënt 1 T1 T2 sp Sp 20 15 8 15 NB NB 12 12 22 35 463 580 52 56
Patiënt 2 T1 T2 Sp sp 19 24 15 8 NB NB 10 10 31 28 689 803 75 101
Patiënt 3 T1 psimv 20 10 10 12 19 418 58
T2 psimv 20 15 10 12 24 427 56
Patiënt 4 T1 psimv 15 20 10 10 31 501 54
T2 Sp 17 15 NB 8 24 380 38
Patiënt 5 T1 T2 Sp sp 18 21 8 8 NB NB 5 5 22 26 325 380 75 85
0.25
0.25
0.30
0.30
0.45
0.45
0.45
0.45
0.30
0.30
1
5
4
6
4
5
5
8
12
6
8
5
5
5
2
1
0
0
4
3
0.31
0.34
0.31
0.35
0.48
0.34
0.51
0.57
0.36
0.40
37
29
46
36
60
43
50
27
23
22
Tabel 3 (boven): Beademings - EIT waarden voor (T1) en na (T2) de beademingsaanpassingen. ∆ =Uiterste meetwaarden van T1 en T2.*= De beademings instellingen zijn gemiddelden per ademteug. Fig 4: EIT beelden voor en na de beademings aanpassingen. Kleur correspondeert met de locatie in de longen.
5
Resultaten Tabel 3 is een numerieke weergave van de beademingsinstellingen, meetwaarden en de EIT beelden van de 5 geïncludeerde patiënten. T1 en T2 worden met elkaar vergeleken. Fig. 4 is de grafische weergave van de EIT gegevens. De EIT gegevens zijn retrograde geanalyseerd. Er zijn dus geen beademingsaanpassingen gedaan aan de hand van de EIT gegevens. Bij patiënt 1 is het Peep niveau stapsgewijs verhoogd om de oxygenatie te verbeteren. In fig. 4 laten de EIT beelden een verminderde weerstand en een toename van de Silent Spaces zien in de linker long. Dit is ook zichtbaar bij punt 4. Hier is namelijk een afname van het % tidal volume in de linker long en een toename in de rechter long. De EIT beelden voorspellen een daling van de P/F ratio, welke dan ook gezien wordt. Bij patiënt 2 is het Peep niveau stapsgewijs verlaagd na een periode van slechte oxygenatie. De EIT beelden laten een verminderde weerstand, een toename van de Silent Spaces en tenslotte een afname van het % tidal volume zien in de linker long (fig. 4/4). De daling van de P/F ratio coroleerd met de EIT beelden. Namelijk een verslechtering van de oxyginatie. Bij Patiënt 3 met een pneumonie (rechts) is het Peep niveau verhoogd om de oxygenatie te verbeteren. Het resultaat was een daling van de P/F ratio. De Silent Spaces van beide longen zijn gelijk gebleven, wel is het linker longdeel in T2 minder dominant (minder weerstand). De weerstandstoename in de rechter long en de weerstandsafname in de linker long (“gezonde”), verklaard de daling van de P/F ratio. Om een start te maken met weanen is de beademing van patiënt 4 aangepast. De beademingsmodus is van Psimv naar Spontaan gegaan en het Peep niveau is verlaagd. De EIT beelden laten een totale toename van weerstand zien en herverdeling. Waarbij de
linkerlong meer % tidal volume heeft en de rechter minder. De totale toename van weerstand resulteert in een verbetering van de P/F ratio. Iedere beademingsverandering heeft een lagere of een hogere P/F ratio tot gevolg. Dit wordt bevestigd met het EIT beeld. Ook bij een aanpassing van de beademingsmodus volgt het EIT beeld direct. Of EIT een bijdrage kan leveren aan de voorkoming van VILI, is niet volledig duidelijk geworden. Wel is te zien dat bij een verhoging van de drukken het EIT beeld in 1 en 3 (Fig. 4) duidelijk veranderd. Hypothetisch kan worden gesteld, dat deze beelden kunnen helpen bij het vaststellen van de optimale druk en Peep niveau [6]. Patiënt nummer 5: Bij deze patiënt zijn de EIT data direct gebruikt bij de zorg van de patiënt. Deze patiënt heeft 12 uur aan de EIT meting gelegen. De ICverpleegkundigen kregen de opdracht om deze patiënt zo optimaal mogelijk te positioneren in bed. Uitgangspunt hierbij was een houding te vinden, die comfortabel was voor de patiënt en tevens het “beste” EIT beeld gaf. Bij de eerste blinde (zonder EIT) meting is de P/F ratio na 12 uur nagenoeg gelijk gebleven, 42 KPa vs 43 KPa. Bij de tweede meeting na 12 uur met bedsite EIT beeld is de P/F ratio verbeterd van 43 KPa naar 50 KPa. Het EIT beeld (Fig 5) laat vooral in de non dependent Silent Spaces een verandering zien. Karakteristiek Waarden Aantal patiënten 5 Leeftijd 56 ±12 Man: vrouw 4:1 Gewicht (kg) 70 ±8 Body mass index 23.1 ±5.5 Pneumonie 2x Sepsis 2x Post reanimatie 1x Tabel 2: Patiënten populatie
6
Fig5,A Silent Spaces Non & Dependent. De mate van geen weerstand meting in de non v.s. dependent long regio’s over een periode van 12 uur. B, Median Stretch (de mediaan van de relatieve adem uitzetting) de mate van de gemeten weerstand over een periode van 12 uur. (Bijlage 4.)
In Fig 5a is na ca. 7 uur te zien (pijl), dat het verloop tussen de Non & Dependent Silent Spaces geleidelijk minder grillig verloopt. De gemiddelde weerstandsmeting (Median Stretch) in Fig. 5 is nagenoeg gelijk gebleven (bijlage 4 ). Ervaring De IC-verpleegkundigen waren positief over het gebruik van EIT. De educatieve waarde is hoog. Door ontbreken van ervaring in het gebruik van EIT, is het niet altijd eenvoudig de beelden te interpreteren. Het interpreteren van de EIT beelden lijkt voorbehouden aan het domein van de Ventilation Practitioner. Alle gebruikers zijn het er over eens dat EIT de beademingsstrategie zou kunnen veranderen en dat een individuele beademingsstrategie op deze manier het beste benaderd wordt. Minpunt van EIT zijn de hoge kosten van de disposables. Discussie Het gebruik van EIT is een echte state of the art implementatie, die veel gebruikerservaring vereist. Of EIT echt als the holy grail of Ventilation and Perfusion Monitoring getypeerd kan worden[2], is een vraag die door ons nog niet beantwoord kan worden. Er zal meer onderzoek gedaan moeten worden. Vooral het dagelijkse gebruik van EIT in het primaire proces is een gebied, wat meer aandacht moet krijgen.
Deze verkenning past geheel binnen het domein van de Ventilation Practitioner, die hierin een pioniersrol heeft te vervullen. EIT heeft in deze casussen laten zien dat het een voorspellende factor kan zijn voor de P/F ratio. Een lagere dan wel hogere P/F ratio wordt bevestigd door het EIT beeld. Het voordeel dat EIT biedt is dat er meer informatie beschikbaar komt over de ventilatie van de longen zoals weergegeven in Fig. 4. Ook is gebleken dat EIT gebruikt kan worden als navigator om de beste houding in bed te vinden voor een optimale ventilatie. In een enkele casus heeft dit geresulteerd tot een verbetering van de P/F ratio. Ook hier is meer onderzoek voor nodig. Onze eerste kennismaking met EIT in het verpleegkundig en medisch proces is positief en educatief geweest. Voordat EIT de status krijgt van good clinical practice bij respiratoire insufficiëntie zal er dus nog veel onderzoek moeten plaats vinden. Wij geloven wel dat EIT een nieuw tijdperk opent in de monitoring van patiënten die respiratoire ondersteuning nodig hebben.
7
Bijlage 1 Literatuur lijst: [1]. E. L. Costa, R. G. Lima, and M. B. Amato, “Electrical impedance tomography,” Curr.Opin. Crit. Care, vol. 15, no. 1, pp. 18–24, Feb. 2009. [2]. Leonhardt, S. (2011). Electrical impedance tomography: the holy. Intensive Care Med , 8-8-2012. [3]. Swisstom (2014). Gebruiksaanwijzing Swisstom BB 2ST100-170 Rev. 000 April 2014 [4]. ARDSnet. N Engl J Med 2000; 342:1301-1308. [5]. ARDSnet.. N Engl J Med. 2004; 351:327-336. [6]. Bikker IG, Leonhardt S, Reis Miranda D, Bakker J, Gommers D. Bedside measurement of changes in lung impedance to monitor alveola. Crit Care. 2010;14(3):R100. doi: 10.1186/cc9036. Epub 2010 May 30.
8
Bijlage 2 Wat is EIT: EIT is een noninvasive, radioactief vrije, en een realtime vorm van beeldvorming welke, makkelijk is te gebruiken en geen schade aan de patiënt toebrengt. EIT geeft ons bedsite informatie over de regionale ventilatie, wat niet mogelijk is met enig andere monitor. Deze methode baseert zich op het visualiseren en kwantificeren van verandering in weefselimpedantie. Ten behoeve van de meting worden er een aantal elektroden om de thorax van de patiënt aangebracht (8-32 elektroden). Vervolgens wordt een elektrische stroom op een elektrodenpaar aangebracht om een elektrisch veld binnen de thorax tot stand te brengen. Alle andere elektroden worden gebruikt voor het meten van de elektrische potentialen die uit dit veld voortvloeien. Op basis van de aldus gemeten elektrische potentialen (spanningen) wordt de spreiding van de elektrische impedantie binnen de thorax geschat. Dit gebeurt met behulp van algoritmen die speciaal voor niet-lineaire problemen werden ontwikkeld. Vanwege deze slecht-gestelde aard van de impedantie schatting maken de meeste algoritmen voor de EIT-beeldvorming gebruik van aanvullende veronderstellingen, ook wel aangeduid als regularisaties. Deze kunnen bijvoorbeeld de vloeiendheid van de intrathoracale spreiding van de impedantie betreffen of andere a-priori informatie. Deze regularisaties helpen het wiskundige algoritme te kiezen tussen concurrerende oplossingen om uiteindelijk een beeld te produceren dat een redelijke inschatting van de werkelijke impedantie spreiding binnen de thorax biedt. Vaak gaat dit wel gepaard met een slechtere ruimtelijke resolutie of een demping van maximale verstoringen. Beeldvormingssoftware implementeert doorgaans regularisaties met verschillende methoden. Uiteindelijk wordt de berekende impedantiespreiding omgezet in een beeld dat de aanwezigheid, afwezigheid of wijziging van de gasinhoud en desgewenst ook de bloedinhoud toont. Wanneer deze beelden, net als bij een film, snel achter elkaar worden weergegeven, bieden zij een goede indicatie van de in- en uitstroom van gas en bloed in elke longregio en stellen zij de arts in staat om de longfunctie in real-time te evalueren. Zo kan het een waardevol instrument zijn bij beademingsstrategieën en deze zo aan te passen bij de individuele patiënt [1-3].
Principle of electrical impedance tomography (EIT) and the functional EIT image (fEIT). Electrical excitation currents are applied between pairs of adjacent surface electrodes (1 to 16); the resulting voltages are measured between the other electrodes (U). In the fEIT image, impedance variation induced by the tidal volume is divided into a 32 × 32 matrix. Each pixel contains the individual tidal impedance variation, creating an image of ventilation distribution. The ventral to dorsal oriented ROIs are marked in gray in the right panel. Bikker et al. Critical Care 2010 14:R100 doi:10.1186/cc9036
9
Bijlage 3 Swisstom BB2
Klinische set-up van de BB2
Bron: Swisstom (2014). Gebruiksaanwijzing Swisstom BB
10
Bijlage 4 Relatieve ademuitzetting De spreiding van het ademvolume verwijst naar de wijziging in regionale impedantiewaarden tijdens een ademhalingscyclus. Tijdens een ademteug zet het longweefsel uit om het geïnhaleerde ademvolume te ontvangen. “Relatieve ademuitzetting” is een hypothetische term die gebaseerd is op de veronderstelling dat impedantieveranderingen worden teweeggebracht door weefselexpansie of -uitzetting. Omdat deze veranderingen uit een enkele ademhaling voortvloeien, worden deze als een gevolg van de impact van een ademvolume op de mechanische en dus elektrische eigenschappen van het omliggende longweefsel beschouwd, vandaar de term relatieve ademuitzetting. Omdat er geen absolute waarden kunnen worden gemeten, wordt de maximale impedantieverandering tijdens een bepaalde ademhaling als een referentie genomen. Alle andere gemeten waarden zijn relatief ten opzichte van dit maximum, vandaar de term “relatieve”. De relatieve ademuitzetting wordt berekend voor elk tijdsinterval vanaf de start tot het einde van de inspiratie. Bron: Swisstom (2014). Gebruiksaanwijzing Swisstom BB
11
