Resumen
Antecedentes
La distribución de la ventilación y la perfusión pulmonar son los principales determinantes del intercambio de gases pulmonares. Para estudiar y comparar estrategias de ventilación mecánica en la investigación respiratoria, se necesitan métodos precisos y de alta resolución para derivar la distribución de la ventilación y la perfusión con una mínima intervención o radiación adicional que permita mediciones repetidas. La tomografía computarizada de energía dual (DECT) es una técnica de imagen que permite la derivación del volumen de sangre perfundida pulmonar regional, como sustituto de la perfusión pulmonar (PPDECT).
Aquí se evalúa la precisión de PPDECT en comparación con el flujo sanguíneo pulmonar medido con microesferas marcadas con fluorescencia (PPFLM). Se evalúa su viabilidad de mediciones repetidas.
Métodos
La concordancia entre PPFLM y PPDECT se evaluó mediante regresión y análisis de Bland-Altman en tres cerdos anestesiados utilizando DECT y microesferas marcadas con fluorescencia, respectivamente. Las mediciones se realizaron con ventilación bipulmonar y, después de toracotomía del lado derecho, con ventilación unipulmonar con óxido nítrico inhalado. PPFLM y PPDECT se evaluaron en tres regiones de interés (ROI) diferentes: el pulmón superior e inferior derecho (no ventilado) e izquierdo (ventilado), lo que arrojó un total de 45 mediciones pareadas durante cuatro horas. La acumulación persistente de yodo se evaluó mediante exploraciones DECT adicionales antes de cada administración de contraste.
Resultados
El análisis de regresión reveló una buena asociación general (R2 = 0,81) entre PPFLM y PPDECT, con PPFLM sobreestimando sustancialmente PPFLM hasta un 30%, con límites de concordancia de -18 y 18%, se subestimó PPFLM bajo, mientras que PPDECT sobreestimó PPFLM alto, lo que indica una mayor sensibilidad de este último. Los cambios de PPDECT y PPFLM tuvieron una concordancia del 69,4% para todas las mediciones. La concordancia y la concordancia fueron mayores en las ROI ventiladas y menores en las no ventiladas. No se detectó un aumento persistente de yodo en el parénquima pulmonar después de mediciones repetitivas por hora.
Conclusiones
La medición de la perfusión pulmonar basada en TC de energía dual muestra resultados prometedores que indican su viabilidad en la investigación traslacional sobre estrategias de ventilación mecánica.
Introducción
La distribución de la ventilación y la perfusión pulmonar son los principales determinantes del intercambio de gases pulmonares. Especialmente en los pulmones enfermos, la compatibilidad entre la ventilación y la perfusión puede deteriorarse, lo que da como resultado un intercambio gaseoso deficiente y puede contribuir a la llamada lesión pulmonar inducida por el ventilador (VILI). De hecho, se ha afirmado que la interrupción del flujo sanguíneo pulmonar, combinada con la ventilación mecánica continua, es un mecanismo de VILI (13). Por lo tanto, la información sobre la distribución regional de la perfusión y ventilación pulmonar ofrece valiosos conocimientos fisiológicos sobre la fisiopatología pulmonar aguda y tiene un papel importante en la investigación clínica y experimental.6).
En investigaciones experimentales, donde se necesitan mediciones repetidas de la perfusión pulmonar y la ventilación, las microesferas marcadas con fluorescencia (FLM) se utilizan como estándar de oro para medir la perfusión pulmonar (10). Sin embargo, este método presenta baja resolución, altos grados de errores adicionales debido al análisis manual y requiere un procesamiento de tejido que requiere mucha mano de obra, incluida la disección post mortem del pulmón, lo que limita su aplicabilidad a modelos animales.
La tomografía computarizada de energía dual (DECT) es una técnica de imagen para producir imágenes cuantitativas de densidad de yodo y representar la distribución del volumen de sangre pulmonar perfundida regional, y puede considerarse como un sustituto de la perfusión pulmonar. Se utiliza ampliamente en el entorno clínico como sustituto de la medición de la perfusión pulmonar (1, 4, 11, 14, 24).
En el presente estudio, comparamos la distribución del volumen de sangre pulmonar perfundida medido por DECT (PPDECT) y el flujo sanguíneo pulmonar medido por FLM (PPFLM), respectivamente. Ambos se consideran aquí como sustitutos de la perfusión pulmonar y se evalúan durante diferentes condiciones de ventilación y perfusión en cerdos y describen un método para derivar mapas de ventilación-perfusión a partir de DECT y de imágenes por TC estática.
En este análisis utilizamos datos de un estudio experimental aún no publicado en cerdos sobre el impacto del óxido nítrico inhalado en el intercambio de gases durante la ventilación unipulmonar.
Nuestra hipótesis es que la evaluación basada en DECT del volumen de sangre pulmonar combinada con imágenes de cambio de volumen corriente derivadas de tomografías computarizadas estáticas registradas conjuntamente es capaz de medir y rastrear los cambios de la perfusión pulmonar.
Materiales y métodos
Este estudio se realizó como una investigación secundaria de otro estudio experimental en tres cerdas (variedad local alemana, con un peso de 33,7 a 42,5 kg). El Comité Institucional de Cuidado y Bienestar Animal y el Gobierno del Estado de Sajonia, Alemania, aprobaron los protocolos principal y secundario (25–5131/496/33). Todos los animales recibieron atención humana de conformidad con los Principios de cuidado de animales de laboratorio formulados por la Sociedad Nacional de Investigación Médica y la Guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU.
protocolo experimental
Los datos analizados se derivan como se define en el protocolo del estudio principal sobre los efectos del óxido nítrico inhalado en el intercambio de gases durante la ventilación unipulmonar durante el neumotórax del lado derecho para modelar la cirugía torácica. Además, para esta investigación secundaria se administraron microesferas marcadas con fluorescencia para derivar el flujo sanguíneo pulmonar en cada momento (como se describe a continuación).
El curso temporal de los experimentos e intervenciones del estudio principal se muestra en la Fig. 1. La anestesia intravenosa y la parálisis muscular se indujeron y mantuvieron con midazolam. Los pulmones se ventilaron con una fracción de oxígeno inspirado de 1,0, volumen corriente (VT) de 7 ml kg-1 durante la ventilación bipulmonar y de 5 ml kg-1 durante la ventilación unipulmonar (OLV), presión positiva al final de la espiración (PEEP) de 5 cmH20 y frecuencia respiratoria (RR) ajustada para alcanzar un pH arterial > 7,25, lo que permitió una hipercapnia permisiva.
Figura 1Evolución temporal de las mediciones e intervenciones. ONi: óxido nítrico inhalado, DECT: tomografía computarizada de energía dual
Imagen a tamaño completoPara monitorización hemodinámica y análisis de gases en sangre, un 8,5 Fr. Se insertó una vaina (Arrow International, Reading, PA, EE. UU.) en la arteria carótida interna derecha y se insertó una vaina de 7,5 Fr. Se avanzó un catéter de arteria pulmonar (Opticath, Abbott, Abbott Park, EE. UU.) a través de un catéter de 8,5 Fr. vaina, colocada en la vena yugular externa derecha. La cirugía torácica se imitó como se describió anteriormente (8).
Los animales fueron asignados al azar a una de cuatro secuencias de diferentes concentraciones de óxido nítrico inhalado (NOi) durante OLV: NOi = 0 ppm, NOi = 5 ppm, NOi = 10 ppm y NOi = 20 ppm.
Imágenes
En resumen, el protocolo de imágenes descrito aquí consistió en tomografías computarizadas al final de la espiración y al final de la inspiración para determinar la distribución de la ventilación. La distribución del volumen de sangre pulmonar se evaluó a partir de una exploración DECT al volumen pulmonar medio.
Protocolo
Después de la inducción de la anestesia y la instrumentación, los animales fueron sometidos al protocolo de imágenes (Fig. 2) con ventilación bipulmonar, así como 30 minutos después de cada inicio de la administración de la concentración respectiva de óxido nítrico inhalado (NOi) de 0, 5, 10 y 20 ppm durante la ventilación unipulmonar (OLV) del lado izquierdo en cada animal.
Figura 2
Protocolo de imágenes de tomografía computarizada (DE)CT de energía dual realizado en el volumen pulmonar medio para cada momento de medición, su sincronización y medidas derivadas con: fracciones de gas al final de la espiración, al final de la inspiración y el volumen pulmonar medio (({F}_{gas}^{ee},{F}_{gas}^{ei}) y ({F}_{gas}^{mlv})), respectivamente; diferencia de volumen de gas corriente (dV); virtual sin contraste (VNC), DECT para análisis de enriquecimiento de trazadores (previo yodo); y DECT después de la inyección del trazador
Imagen a tamaño completoVolumen de sangre pulmonar perfundida
DECT se adquirió con un escáner SOMATOM Definición Edge (Siemens Healthineers, Erlangen, Alemania) y se realizó utilizando un filtro dividido (oro/estaño) introducido en el haz para entregar diferentes espectros de rayos X a diferentes partes del detector (función Twin Beam). Los escaneos en espiral se adquirieron con un potencial de tubo de 120 kVp y con la modulación de corriente configurada en un producto de tiempo de corriente de referencia de 384 mA. Los campos de visión axiales normalmente medían alrededor de 330 mm y se escaneaban durante aproximadamente 9 s (factor de tono: 0,35). Las imágenes se reconstruyeron en vóxeles isotrópicos de 1 mm3 utilizando el núcleo Qv40f. Se inyectó agente de contraste de yodo (Ultravist 370; Bayer Healthcare, Leverkusen, Alemania, 60 ml, caudal de 4 ml/s) antes de la adquisición de DECT utilizando un inyector MEDRAD Stellant (Bayer Healthcare, Leverkusen, Alemania). Posteriormente, se realizó un lavado de 50 ml de solución salina al mismo ritmo. Desde el inicio de la inyección, cada segundo se adquirió un corte grueso de monitorización centrado en la aurícula derecha hasta que el operador pudo identificar el agente de contraste. Luego se inició la adquisición del escaneo después de un retraso adicional de 5 s. La DECT se adquirió al volumen pulmonar medio.
Las imágenes de realce con yodo directamente relacionadas con el volumen relativo de sangre pulmonar perfundida se derivaron como un sustituto de la perfusión pulmonar (PPDECT). Las imágenes de yodo se derivaron de imágenes DECT utilizando un algoritmo patentado (Virtual Unenhanced, syngo.via, versión VB40B_HF01; Siemens Healthineers). El algoritmo realiza una descomposición del material posterior a la reconstrucción en agua (virtual sin contraste, VNC) e imágenes de yodo (7, 22), donde se supone que cada uno no contiene la señal del otro. La suposición subyacente de este algoritmo es que las imágenes VNC y yodo se pueden derivar de imágenes de baja y alta energía, de modo que su suma equivale a una imagen mixta con un ruido mínimo. Las imágenes de yodo derivadas, en particular, deben contener únicamente información sobre la atenuación de rayos X adicional proporcionada por el agente de contraste de yodo más allá de la causada por el tejido no mejorado.
Por lo general, también estarán presentes en las imágenes de yodo estructuras más radio densas, como el hueso cortical, pero su señal…
