Klasifikace změn poddajnosti dýchacího systému během mechanické plicní ventilace pomocí elektrické impedanční tomografie

Abstract

Přestože ARDSnet je dnes preferovanou metodikou protektivní plicní ventilace, individuální nastavení hodnoty pozitivního tlaku na konci výdechu (PEEP) by mohlo omezit riziko poškození plic. ARDSnet stanovuje hodnoty PEEP a FiO2 bez ohledu na mechaniku plic, pouze na základě oxygenace. Elektrická impedanční tomografie (EIT) umožňuje lokální posouzení kvality ventilace přímo u lůžka. Interpretace rekonstruovaných obrazů je intuitivní, avšak porovnání napříč změnami PEEP není snadné. V této práci byla analyzována měření z PEEP titrací na pěti prasečích modelech s uměle navozeným ARDS. Z lokálních hodnot poddajnosti získané z EIT dat byly odvozeny charakteristiky, které umožňují snazší kvantifikaci a popis lokálních změn. Byly vypočteny hodnoty pro kolaps a nadměrné rozepnutí plic, těžiště a těžiště ventilace a na jejich základě ohodnocena kvalita ventilace napříč úrovněmi PEEP. Tyto charakteristiky byly dále zkombinovány ve fuzzy inferenční systému, a za použití jednoduchých pravidel byla odvozena jediná hodnota vyjadřující kvalitu ventilace z pohledu lokální poddajnosti. Výsledky ukázaly, že ideální hodnota PEEP s ohledem na mechaniku plic by mohla být vyšší než hodnota odvozená na základě globální hodnoty poddajnosti. Dále byla prokázána vysoká míra korelace mezi globální hodnotou poddajnosti a součtem hodnot kolapsu a nadměrného rozepnutí. To ukazuje, že tato metrika neposkytuje přidanou hodnotu, pokud není posuzována odděleně. Závěry by měly být ověřeny na větším datasetu s menšími kroky mezi hodnotami PEEP. Pokud se výsledky potvrdí, mohl by podobný systém motivovat lékaře ke zvážení jiných hodnot PEEP a usnadnit interpretaci EIT.

Although ARDSnet is currently the preferred method of lung-protective ventilation, an individual positive end-expiratory pressure (PEEP) setting could mitigate the risk of lung injury. Following the ARDSnet guidelines, values of PEEP and FiO2 are set based on oxygenation, regardless of the lung mechanics. Electrical impedance tomography (EIT) offers local ventilation assessment at the bedside. Interpretation of reconstructed EIT images is intuitive; comparison of regional effects across various PEEP steps is, however, difficult. In this thesis, PEEP titration measurements of five porcine models with lavage-induced acute respiratory distress syndrome were analyzed. EIT-based local compliance values were used to derive features that enable easier quantification and description of regional compliance changes. Values of atelectasis, overdistension, center of gravity, and center of ventilation were calculated and used to evaluate ventilation performance across PEEP levels. Consequently, the features were combined using a fuzzy inference system and a set of rules to produce a single value that evaluates the ventilation from the perspective of local compliance. The results showed that the ideal PEEP value considering the local compliance could be higher than the value suggested by global compliance. Furthermore, a high correlation was observed between global compliance and the sum of atelectasis and overdistension. That showed that this feature brings no added value unless evaluated separately. The conclusions should be evaluated on a bigger dataset with finer PEEP steps. If the results are confirmed, a similar system could motivate the clinicians to use different PEEP values and facilitate the interpretation of EIT images.