Realizace spirometrického vyšetření pomocí EIT

Abstract

Elektrická impedanční tomografie (EIT) je neinvazivní diagnostická metoda, která poskytuje pomocí relativních změn bioimpedance informace o regionální i globální ventilaci. Na základě změny elektrické bioimpedance uvnitř hrudníku v průběhu dechového cyklu by mělo být možné realizovat spirometrické vyšetření pomocí EIT, které by odstranilo negativní vlastnosti standardního spirometrického vyšetření. Cílem práce bylo realizovat spirometrické vyšetření pomocí EIT systému PulmoVista 500 (Dräger, Lübeck, Německo) s kalibrací pomocí klidového dechového objemu získaného ze simultánního měření spirometrem. Na základě kalibrace porovnat spirometrické parametry získané z oddělených měření pomocí EIT a standardní spirometrie pomocí pneumotachografu. Dílčím cílem bylo navrhnout vhodný experimentální protokol a algoritmus pro srovnání standardního spirometrického vyšetření a spirometrického vyšetření realizovaného elektrickou impedanční tomografií. Prospektivní intervenční studie byla provedena na 22 zdravých dobrovolnících (13 mužů a 9 žen). V rámci experimentu bylo pro každého probanda provedeno šest měření pro výpočet spirometrických parametrů FVC, FEV1 a Tiffeneaova indexu (TI) FEV1/FVC. Měření byla provedena v randomizovaném pořadí: dvě standardní spirometrická vyšetření, dvě spirometrická vyšetření realizovaná pomocí EIT a dvě simultánní měření oběma metodami. Spirometrické vyšetření a výpočet jednotlivých parametrů byl proveden v souladu s ATS/ERS standardy z roku 2005 a jejich doplněním z roku 2017. Naměřené a vypočtené spirometrické parametry byly statisticky vyhodnoceny. Výsledky z experimentální studie ukázaly, že při statistickém hodnocení simultánního měření EIT a standardní spirometrie nebyl prokázán statisticky významný rozdíl mezi vypočtenými parametry FVC, FEV1 a FEV1/FVC z jednotlivých metod (p > 0,05). Hodnocení spirometrických parametrů získaných z oddělených měření bylo provedeno pro každého probanda zvlášť, na základě kalibrační konstanty získané během simultánního měření. Pro statistické hodnocení jednotlivých parametrů z oddělených měření bylo využito mediánů ze všech standardních spirometrických vyšetření a násobky mediánu absolutních odchylek od mediánu (MAD). Na základě výsledků nebyl statisticky potvrzen vliv EIT pásu na měřené hodnoty spirometrických parametrů (p > 0,05). Regresní analýzou byla zjištěna lineární závislost kalibrační konstanty na objemu FVC (R^2 = 0, 4974, p < 0,05) i FEV1(R^2 = 0, 5013, p < 0,05). Z klinického hlediska výsledky prokázaly, že lze realizovat spirometrické vyšetření pomocí EIT na základě předchozí kalibrace simultánního měření EIT a standardní spirometrie.

Electrical impedance tomography (EIT) is a non-invasive diagnostic method that provides information about regional and global ventilation based on relative changes of bioimpedance. Based on the change in electrical bioimpedance inside the chest during the breathnig cycle, it should be possible to execute spirometric examination using the EIT to remove the negative characteristics of the standard spirometric examination. The aim of this thesis was to carry out spirometric examination using the PulmoVista 500 EIT system (Dräger, Lübeck, Germany) with a calibration using the breathing volume obtained from simultaneous spirometer measuring. Another goal was to compare, based on the calibration, the spirometric parameters obtained from separate measurements using EIT and standard spirometry using a pneumotachograph. A partial objective was to design a suitable experimental protocol and algorithm for comparing standard spirometry and spirometry examinations realized by electrical impedance tomography. A prospective interventional study was performed on 22 healthy volunteers (13 men and 9 women). During the experiment, six measurements were performed for each examined individual to calculate the spirometric parameters of FVC, FEV1 and Tiffenea's index (TI) FEV1/FVC. Measurements were performed in a randomized sequence: two standard spirometric examinations, two spirometric examinations realized using the EIT and two simultaneous measurements by both methods. The spirometric examination and the calculation of the individual parameters were realized in accordance with the ATS / ERS standards of 2005 and their amendation from 2017. The measured and calculated spirometric parameters were statistically evaluated. The results of the experimental study showed that no statistically significant difference between the calculated parameters of FVC, FEV1 and FEV1/FVC from the individual methods was demonstrated in the statistical evaluation of simulated EIT measurement and standard spirometry (p > 0,05). The evaluation of the spirometric parameters obtained from the separate measurements was performed for each subject separately, based on the calibration constant obtained during the simultaneous measurement. For statistical evaluation of particular parameters, medians were used from all standard spirometric examinations and median absolute median deviations from median (MAD). Based on the results, it was found out no statistically significant influence of the EIT belt on the measured spirometric parameters (p > 0,05). The regression analysis showed a linear dependence of the calibration constant on the volume of FVC (R^2 = 0, 4974, p < 0,05) and FEV1(R^2 = 0, 5013, p < 0,05). From the clinical point of view the results have shown spirometry can be realized using the EIT based on a previous calibration of simultaneous EIT measurement and standard spirometry.