Electrical impedance tomography for lung ventilation monitoring of the dog

Summary

Background: Electrical impedance tomography (EIT) is a radiation free technique which takes advantage of the different electrical conductivities of different tissues. Its main field of application is lung ventilation monitoring. The aim of this prospective study was to evaluate the feasibility of collecting EIT information on a sample of dogs with different thoracic shapes under clinical conditions by connecting an electrode belt without fur clipping. Material and methods: Fifteen pulmonary healthy dogs were anaesthetized, positioned in sternal recumbency and ventilated in a pressure-controlled mode at three different positive end-expiratory pressure levels (PEEP) of 0, 5 and 10 cmH₂O for five breaths each, with a peak inspiratory pressure of 15 cmH₂O. The impedance changes were recorded with a commercial EIT device applied around the thorax. Subsequently, the ventilation regi me was repeated and a computed tomography scan (CT) of the same thoracic segment was performed for each PEEP level. The tidal volume (V_t) was recorded. For the collection of EIT data the sum of regional impedance changes was recorded. The impedance value of the entire lung (global) was recorded and the ventilated area was quartered into four regions of interest (ROI). In a CT image with the fewest adjacent organs, lung tissue was selected to obtain the mean value of lung radiodensitiy in Hounsfield-Units (HU) for the entire lung and for the four ROIs. Results: EIT recordings via the electrode belt were possible without clipping. There was a significant correlation for the parameters of aeration as measured by EIT and CT for both the entire ventilated lung and the corresponding ROIs. The increasing PEEP resulted in a proportional increase of the impedance, and there was a negative correlation between EIT and V_t. The better ventilated dorsal ROIs could be identified using both EIT and CT. An intra-assay coefficient of variation showed a good reproducibility for lung ventilation in anaesthetized dogs in the EIT. Discussion: The results show that EIT is a reliable method for evaluating the ventilation of dogs in a clinical setting. The accuracy of EIT might be improved by using a mesh corresponding to the different thoracic shapes of the dogs.

Zusammenfassung

Ziel: Die strahlungsfreie elektrische Impedanztomographie (EIT) nutzt die unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit der Gewebe. Hauptanwendungsgebiet ist die Lungenüberwachung. Ziel dieser prospektiven Studie war zu überprüfen, ob mittels EIT unter klinischen Bedingungen Informationen über den Ventilationsstatus bei Hunden mit unterschiedlichen Thoraxformen gewinnen lassen und der Elektrodengürtel ohne Fellrasur angekoppelt werden kann. Material und Methoden: 15 gesunde Hunde wurden anästhesiert und in Brust-Bauch-Lage druckkontrolliert mit drei verschiedenen positiven endexpiratorischen Drücken (PEEP) von 0, 5, und 10 cmH₂O für je fünf Atemzüge beatmet. Ein um den Brustkorb angelegtes kommerzielles EIT-Gerät zeichnete die Ventilation auf. Bei identischem Ventilationsregime erfolgte anschließend eine Computertomographie (CT) des gleichen Thoraxsegments für jeden PEEP-Level. Das Atemzugvolumen (V_t) wurde dokumentiert. Zur Auswertung der EIT wurde die „Summe der regionalen Impedanzänderungen” der Atemzüge je PEEP-Level herangezogen. Der Wert der gesamten Lunge (global) wurde notiert und die ventilierte Fläche in vier als Quadranten angeordnete „regions of interest” (ROI) aufgeteilt. Zur Auswertung der CT diente ein Bild mit möglichst wenig angrenzenden Organen, um die mittlere Röntgendichte (in Hounsfield-Units, HU) der globalen Lunge und nach ROIs aufgeteilt zu berechnen. Ergebnisse: Die Ankopplung des Elektrodengürtels ohne Rasur des Fells bereitete keine Probleme. Zwischen EIT- und CT-Messungen bestand global wie auch aufgeteilt nach ROIs eine gute Korrelation. Die Erhöhung des PEEP resultierte in einem proportionalen Anstieg der Impedanz und es zeigte sich eine negative Korrelation zwischen EIT und V_t. Die besser belüfteten dorsalen ROIs konnten mittels EIT und CT identifiziert werden. Der Intraassay-Variationskorrelationskoeffizient belegte eine gute Reproduzierbarkeit bei ventilierten Lungen in der EIT. Schlussfolgerung: Die EIT ist eine zuverlässige Methode zur Beurteilung der Ventilation beim Hund unter klinischen Bedingungen. Die Genauigkeit könnte durch an die unterschiedlichen Thoraxformen angepasste Berechnungen verbessert werden.

Keywords

Lung function - general anaesthesia - positive end-expiratory pressure

Schlüsselwörter

Lungenfunktion - Vollnarkose - positiver endexspiratorischer Druck

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