Tomografía de impedancia eléctrica

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1 Tomografía de impedancia eléctrica Para guiar la terapia de ventilación y ayudar a prevenir daños en el pulmón: la tomografía de impedancia eléctrica (TIE) ha despertado el interés de la comunidad científica durante más de 20 años. Su contribución a la monitorización, la cuantificación y la evaluación de medidas terapéuticas se complementa con otras herramientas para la monitorización respiratoria. MT Varios grupos de investigación han desarrollado prototipos de TIE y realizado decenas de estudios clínicos y experimentales en los que una parte fundamental fue la validación de datos de TIE. En la mayoría de ellos se descubrió una estrecha correlación con otras técnicas. La distribución regional de la ventilación se ha comparado con TC 1, EBCT 2, SPECT 3, cambios en el volumen pulmonar espiratorio final con el método de Fowler 4 y espectrómetría de masas 5. La perfusión pulmonar se ha comparado con las imágenes por radionúclidos 6 y EBCT 7. Por lo tanto, muchos estudios concluyen que la TIE cuenta con potencial para convertirse en una herramienta de monitorización útil en la cabecera 1, 8, 9, 10, 11, 12, 17. INVESTIGACIÓN SOBRE LA TIE EN DRÄGER Dräger Medical siempre ha creído en el potencial que ofrece la TIE. Hace más de cinco años, Dräger creo un programa de investigación para tratar una cuestión muy básica: LLegará la TIE a convertirse en una herramienta clínica rutinaria o seguirá siendo solo una herramienta de investigación debido a las limitaciones que se le han asociado hasta ahora? A día de hoy, el resultado de este proyecto está claro: Dräger Medical está a punto de diseñar un sistema de TIE que puede usarse de manera rápida, fiable y efectiva en los procesos rutinarios del hospital con casi cualquier paciente. De hecho, gracias a este progreso, Dräger Medical afirma que el sistema de TIE podrá utilizarse casi como un monitor cardíaco básico. Actualmente varios cooperadores están realizando estudios con prototipos de TIE de Dräger para evaluar la fiabilidad de los resultados de la TIE, el tratamiento clínico, la representación de datos y su utilidad para evaluar los pulmones online, además de como apoyo para la terapia de ventilación. Su capacidad para monitorizar y cuantificar la distribución de la ventilación y los cambios en el volumen pulmonar confirma que la TIE podría ser una herramienta muy útil en la cabecera del paciente. Dräger Medical está actualmente trabajando en un producto comercial que consolide esta tecnología emergente como herramienta útil para procesos rutinarios en la UCI.

2 02 TOMOGRAFÍA DE IMPEDANCIA ELÉCTRICA Dräger Medical sostiene que los datos de TIE se valorarán aún más cuando se combinen con otros parámetros de ventilación y hemodinámicos en cuidados intensivos. La TIE será otra pieza clave en el desarrollo de una imagen clínica más completa de los pacientes con ventilación. D D Fig. 2: Perfil de tensión de un objeto homogéneo con aplicación de corriente en la parte superior. El círculo rojo representa el aumento de impe dancia, lo que da lugar a tensiones mayores (gris oscuro) detrás de esa zona. Fig. 3: Imágenes de TIE generadas con la superposición los 16 perfiles de tensión en una sola imagen, lo que muestra la zona de aumento de impedancia. CÓMO FUNCIONA LA TIE Ya es bien sabido que las propiedades bioeléctricas del tejido pulmonar se ven afectadas por el contenido de aire. Como consecuencia, los cambios en el volumen pulmonar debido a la ventilación afectan a la impedancia torácica. Para monitorizar los cambios en la impedancia torácica, hay que colocar los electrodos en el pecho del paciente y aplicar pequeñas corrientes eléctricas al cuerpo a través de un par de electrodos. Otra pareja de electrodos mide las tensiones resultantes simultáneamente (Fig. 1). D Fig. 1: Una pequeña corriente se aplica en el tórax a través de un par de electrodos mientras los otros 13 pares de electrodos miden las tensiones resultantes y los cambios. En la TIE, la aplicación de corrientes rota por distintas zonas del cuerpo y se va realizando sucesivamente a través de todas las parejas de electrodos. Tras cada rotación completa, se crea una imagen transversal superponiendo los perfiles de tensión de cada zona. (Fig. 2, 3). HERRAMIENTA PARA LA OPTIMACIÓN DEL TRATAMIENTO Una radiografía de tórax o un escáner TC son los únicos métodos disponibles que ofrecen información local sobre los pulmones. Mientras que estas técnicas ofrecen instantáneas de estructuras morfológicas con una alta resolución espacial, la TIE proporciona imágenes funcionales con resolución espacial baja, aunque resolución temporal alta (Fig. 4), lo que significa que después de la evaluación de imágenes radiológicas, el médico puede seguir la respuesta del pulmón a cualquier tratamiento en base a cada respiración. La TIE podría utilizarse como herramienta complementaria a técnicas radiológicas para monitorizar la actividad pulmonar del paciente. D D Fig. 4: Imagen funcional de TIE (izquierda) y escáner TC de un paciente con un derrame pleural tras la rotura del diafragma, resultando en una ventilación bastante reducida del pulmón izquierdo. El color rojo representa las regiones con los cambios de volumen más altos, las regiones no ventiladas se muestran en azul oscuro.

3 TOMOGRAFÍA DE IMPEDANCIA ELÉCTRICA 03 TÉCNICAS NO INVASIVAS PARA LA MONITORIZACIÓN DE CABECERA CONTINUA La TIE es una técnica no invasiva sin riesgos o efectos secundarios asociados, lo que la hace adecuada para la monitorización continua en la cabecera en cuidados intensivos. EVALUACIÓN DEL TRATAMIENTO EN CADA RESPIRACIÓN Hoy día los médicos usan imágenes radiológicas regularmente para evaluar la distribución de la ventilación, que afecta a la capacidad del pulmón para intercambiar gases. En muchos procesos terapéuticos (como ajustes en la ventilación, maniobra de reclutamiento, colocación del paciente, succión pulmonar o punción pulmonar) obtener información inmediata de cada respiración resulta de gran ayuda para evaluar la eficiencia del tratamiento. Además de las imágenes de TIE, las curvas de impedancia en tiempo real y los parámetros derivados facilitan la cuantificación. respiran de manera homogénea, la relación del volumen de presión regional puede diferir de las curvas de volumen de presión generales convencionales que representan el pulmón completo. La información sobre los cambios en estas propiedades mecánicas, representadas por los puntos de inflexión regionales (Fig. 5) 14, podría ayudar a los médicos a establecer tratamientos de ventilación más precisos para evitar daños en los pulmones. MEJORANDO LA EVALUACIÓN DE LOS CAMBIOS EN EL VOLUMEN PULMONAR ESPIRATORIO Un incremento en el volumen pulmonar espiratorio final no es necesariamente beneficioso para el paciente. La TIE D Fig. 5: Puntos de inflexión superiores e inferiores de nueve pacientes con ventilación en dirección dorsal a ventral en un perfil del tórax de aproximadamente 3 cm medidos por TIE (desviación simple y estándar). Contar con esta información en la cabecera facilitaría, por ejemplo, el establecimiento de PEEP 1, 17. Además, la TIE permite realizar un seguimiento de la contribución de la respiración espontánea para conseguir una ventilación más homogénea. COMPLIANCIA REGIONAL Amato et al sugirió que el uso de una estrategia de ventilación protectora guiada por curvas PV podría aumentar el porcentaje de supervivencia de los pacientes con ventilación 13. La compliancia regional puede determinarse si los datos de TIE se combinan con los valores de presión del ventilador durante las maniobras de inflación. En los pacientes con ventilación que no D Fig. 6: Cambios en el volumen pulmonar espiratorio tras una maniobra de reclutamiento. Mientras que la curva superior muestra cambios de impedancia generales (representando cambios de volumen con un perfil completo de TIE), las cuatro curvas inferiores muestran las regiones definidas en una imagen funcional en dirección ventral-dorsal. En este paciente, el volumen aumentó sobre todo en la región 3 (41 %).

4 TOMOGRAFÍA DE IMPEDANCIA ELÉCTRICA 04 podría ayudar a los médicos a decidir si el incremento se debió a la reapertura de regiones pulmonares atelectásicas o sobredistensión (Fig. 6). PERFUSIÓN PULMONAR Si los datos de TIE se filtran en el ancho de banda de la frecuencia cardíaca, pueden mostrarse y cuantificarse los cambios en la perfusión pulmonar y la actividad cardíaca a través de la TIE 15. Por ejemplo, la reducción de la perfusión pulmonar debido a la maniobra de reclutamiento podría monitorizarse y cuantificarse gracias a la TIE. La distribución de la perfusión pulmonar podría estar relacionada con la distribución de la ventilación, proporcionando de este modo un radio de ventilación/perfusión. Esta imagen en combinación con parámetros numéricos podría ofrecer a los médicos una mejor perspectiva del motivo por el que el intercambio de gases del paciente podría conllevar riesgos. EVITANDO COMPLICACIONES Una vez que los médicos hayan reunido suficiente experiencia en la interpretación online de los datos de TIE, esta tecno - logía podría convertirse en un método de diagnóstico útil para el tratamiento de pacientes con problemas respiratorios en la UCI. Basándose en esta información, el médico obtiene datos útiles para mejorar los ajustes en la ventilación (como la presión inspiratoria y PEEP), todo con el objetivo de lograr mejor intercambio de gases a través de una ventilación homogénea, para detectar y reducir atelectasia, reclutamiento tidal y sobredistensión, lo que podría contribuir a evitar daños pulmonares. LIMITACIONES DE TIE EN PROCESOS RUTINARIOS EN EL HOSPITAL Aunque los primeros equipos de TIE se desarrollaron hace 25 años, hasta ahora su uso se ha visto limitado a un número reducido de expertos y grupos de investigación que continúan investigando el uso de esta tecnología en varios estudios científicos. Sin embargo, parece que el camino hacia el Santo Grial 16 es más largo de lo esperado. La cuestión es: Por qué la TIE no ha encontrado todavía el lugar que se merece en los procesos clínicos rutinarios? El falta de TIE como herramienta en la cabecera se debe a que se cree que los equipos de TIE todavía no se han adaptado al mundo real para su uso en la UCI. Un pensamiento que impera por varias razones: Por ejemplo, las propiedades bioeléctricas intratorácicas de un paciente solo cambian debido a la ventilación mecánica, cambios en el volumen pulmonar espiratorio final o actividad cardíaca. La tecnología usada por la TIE se ha desarrollado hasta un punto donde podía usarse en ensayos con animales, personas sanas e incluso muchos pacientes. Sin embargo, en pacientes con colapso masivo en el pulmón o edema en el tejido, los cambios en la impedancia causados por la ventilación podrían ser hasta diez veces más pe queños que en sujetos sanos. Muchos prototipos no pudieron detectar actividad pulmonar o cardíaca en estos pacientes. Pero en el hospital son los pacientes con daños en el pulmón y edema pulmonar los que se beneficiarían de la monitorización TIE. D Mi idea sobre la TIE es que es un paso gigante en el tratamiento de pacientes con ventilación. Creo que la TIE ofrecerá información útil para el tratamiento de pacientes con enfermedades pulmonares, el reclutamiento y la optimización de PEEP. Incluso si proporciona imágenes menos claras que la TC, siempre está a su disposición en la cabecera, lo que es realmente fantástico. Prof. Dr. Méd. Ola Stenqvist, 2005 Departamento de anestesia y cuidados intensivos, Sahlgrenska University Hospital, Göteborg, Suecia Care Antes 16 (o incluso 32) electrodos individuales se conectaban al tórax del paciente y cada uno a su cable correspondiente. Incluso para una enfermera con experiencia, suponía un tiempo de preparación de 20 minutos antes de que pudiera realizar las mediciones de TIE. En los ensayos clínicos, el tiempo era aceptable, pero para labores rutinarias del hospital probablemente no. Incluso después de que se obtuvieran los datos, la información no podía extraerse lo

5 TOMOGRAFÍA DE IMPEDANCIA ELÉCTRICA 05 suficientemente rápido como para demostrar su utilidad para el diagnóstico. Las herramientas de software de TIE, creadas para la evaluación de datos, se centraban principalmente en ofrecer medios versátiles para el análisis offline de los datos de TIE para responder preguntas científicas y no permitían a los médicos interpretar los datos online directamente en la cabecera. Debido a que las mediciones de TIE conllevaban mucho tiempo, ofrecían ocasionalmente datos distorsionados y la interpretación de los datos no era posible directamente en la cabecera, los médicos no podían reunir información suficiente para interpretar la información de TIE y los ajustes de ventilación correspondientes basándose en estos datos. Sin embargo, Dräger Medical cree firmemente que el uso de la TIE se generali zará en cuidados intensivos una vez que se disponga de los datos de manera rápida y sean fáciles de interpretar. Y, basándonos en nuestro progreso hasta ahora, estamos seguros de que ese momento no está muy lejos. BIBLIOGRAFÍA 1. Victorino JA et al (2004) Imbalances in regional lung ventilation: a validation study on electrical impedance tomography. Am J Respir Crit Care Med 169: Frerichs I et al (2002) Detection of local air content by electrical impedance tomography compared with electron beam CT. J Appl Physiol 93: Hinz J et al (2003) Regional ventilation by electrical impedance tomography: a comparison with ventilation scintigraphy in pigs. Chest 124: Hinz J et al (2003) End-expiratory lung impedance change enables bedside monitoring of end-expiratory lung volume change. Intensive Care Med 29: van Genderingen HR et al (2004) Regional lung volume during high-frequency oscillatory ventilation by electrical impedance tomography. Crit Care Med 32: Kunst PW et al (1998) Ventilation and perfusion imaging by electrical impedance tomography: a comparison with radionuclide scanning. Physiol Meas 19: Frerichs I et al (2002) Regional lung perfusion as determined by electrical impedance tomo-graphy in comparison with electron beam CT imaging. IEEE Trans Med Imaging 21(6): Hinz J et al (2005) Effect of positive end-expiratory pressure on regional ventilation in patients with acute lung injury evaluated by electrical impedance tomography. Eur J Anaesth 22: Frerichs I et al (1998) Electrical impedance tomography in monitoring experimental lung injury. Intensive Care Med 24: Frerichs I et al (2003) Electrical impedance tomography: a method for monitoring regional lung aeration and tidal volume distribution? Intensive Care Med 29: Frerichs I et al (2001)Non-invasive radiationfree monitoring of regional lung ventilation in critically ill infants. Intensive Care Med 27: Odenstedt H (2005) Slow moderate pressure recruitment maneuver minimizes negative circulatory and lung mechanic side effects: evaluation of recruitment maneuvers using electric impedance tomography. Intensive Care Med 31: Amato MB et al (1998) Effect of a protectiveventilation strategy on mortality in the acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med 338: Hinz J et al (2006) Regional pulmonary pressure volume curves in mechanically ventilated patients with acute respiratory failure measured by electrical impedance tomography. Acta Anaesthesiol Scand 50: Frerichs I et al (2002) Regional lung perfusion as determined by electrical impedance tomography in comparison with electron beam CT imaging. IEEE Trans Med Imaging 21(6): Arnold JH (2004) Electrical impedance tomography: On the path to the Holy Grail. Crit Care Med 32: Erlandson K et al (2006) Positive endexpiratory pressure optimization using electric impedance tomography in morbidly obese patients during laparoscopic gastric bypass surgery. Acta Anaesthesiol Scand 50:

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