Automatisation de la ventilation mécanique

Automatisation de la ventilation mécanique Données récentes François LELLOUCHE, MD, PhD Centre de recherche de l Institut Universitaire de Cardiologie et de Pneumologie de Québec 13 Juin 2015

CONFLITS D INTERÊT Contrat avec Drager medical (frais de déplacement pour l'étude canadienne sur SmartCare) Contrat de recherche avec Hamilton médical pour mener l'évaluation d Intellivent (salaire de l'assistant de recherche) Programme de recherche sur l automatisation de la ventilation et de l'oxygène : Fondation Canadienne pour l Innovation (Fonds des Leaders)/FRSQ Co fondateur d une compagnie R&D (OXYNOV ) qui développe des systèmes automatisés pour l oxygénothérapie et la ventilation mécanique

PLAN Pourquoi des modes automatisés en ventilation mécanique? SmartCare: automatisation de l aide inspiratoire/du sevrage Intellivent: automatisation de TOUS les réglages Automatisation de l oxygène

PLAN Pourquoi des modes automatisés en ventilation mécanique? SmartCare Intellivent Automatisation de l oxygène

Inadéquation entre charge de travail et force de travail «Pyramide» des âges Comorbidités Nombre de patients sous VM Nombre de cliniciens Augmentation du nombre de patients sous VM - Stagnation du nombre de cliniciens Angus JAMA 2000

L écart entre l offre et les besoins va augmenter alors que le système est «sous pression» - Erreurs médicales reliées à la charge de travail (Landrigan NEJM 2004, Kohn National Academy Press 2000, Boyle CCM 2006, Giraud CCCM 1993, Rubins J Gen Intern Med 1990) - Fréquence élevée d un syndrome sévère de «Burnout» chez les intensivistes (46.5%) (Embriaco AJRCCM 2007) et chez les infirmières aux SI (32.8%) (Poncet AJRCCM 2007, Verdon ICM 2008) - Les coûts de la santé augmentent. Importance de réduire la durée de la ventilation mécanique (Dhasta CCM 2006, Cox CCM 2007, Boles ERJ 2007 )

Système sous pression. LE COUT DE LA SANTE EST UN PROBLEME MAJEUR!

Système sous pression. LE COUT DE LA SANTE EST UN PROBLEME MAJEUR!

Pourquoi des modes automatisés de ventilation mécanique? Mai 2000 NEJM ARMA Study 6 vs 12 ml/kg de PIT Vieillissement de la population Système de santé sous pression Difficultés pour implémenter les connaissances Performances supérieures des machines pour certaines tâches SYSTÈMES AUTOMATISÉS

PLAN Pourquoi des modes automatisés en ventilation mécanique? SmartCare: Ajustement de l aide inspiratoire, sevrage automatisé Résultats de l étude pilote WEAN Intellivent Automatisation de l oxygène

SmartCare: sevrage automatisé 1) Ajustement automatisé du niveau d aide inspiratoire (maintient en zone de confort / FR) 2) Protocole de sevrage automatisé Diminution automatisée du niveau d aide inspiratoire Epreuves automatisées de ventilation spontanée en AI minimum Message indiquant que le patient n a plus besoin de support respiratoire Ventilateur en aide inspiratoire La ventilation contrôlée, le PEEP et la FiO 2 ne sont pas ajustés automatiquement Patient Monitor Patient Monitor Alarms Control Control Output Aide inspiratoire automatisée Sevrage automatisé Input FR, Vt, EtCO 2 Automatic Weaning System SmartCare Algorithme Dojat et al. Int J Clin Monit Comput 1992

70 60 10 heures Diagnostic Respiratoire/Niveau avec d assistance SmartCare Sur-Assistance Sous-Assistance 50 Phases du Sevrage Automatique Adaptation 40 FR (c/min) P AI (cmh 2 O) PEP (cmh 2 O) Epreuve VS n 1 Epreuve VS n 2 Epreuve VS n 3 Observation Message 30 20 12 10 5 0 Pas d épreuve de VS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Temps (h)

70 60 50 40 30 20 12 10 5 0 10 heures Diagnostic Respiratoire/Niveau d assistance Sur-Assistance En 10 heures avec SmartCare Sous-Assistance Phases du Sevrage 210 Évaluations Automatiques du patient Adaptation FR (c/min) Observation P AI (cmh 2 O) Epreuve VS n 1 Epreuve VS n 2 Epreuve VS n 3 Message 43 PEP (cmh modifications 2 O) Automatiques du niveau d AI Pas d épreuve de VS 1 3 Épreuves de Ventilation Spontanée Le Message «prêt pour séparation» 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Temps (h)

YES 1 er Essai randomisé contrôlé Objectif de l étude Sevrage automatisé VS Sevrage protocolisé «usuel» W e a n in g p o s s ib le if a ll fo llo w in g c rite ria a re p re s e n t: - Im provem ent of condition having led to intubation - A bsence of uncontrolled severe infection - Correction of m etabolic disorders - Adequate hem oglobin level - No hem odynam ic instability - P a O 2 > 8.5 kpa w ith FIO 2 0.40 and PEEP 5 cm H 2 O M echanical ventilation Q uestion at least 2 tim es a day: W e a n in g p o s s ib le? YES In itia tio n o f w e a n in g Stop or lowering of sedation Level of Pressure Support : 20 cm H 2 O NO NO PS level 20 cm H 2 O above PEEP > 60 m in u te s? YES Spontaneous breathing test feasible if after 60' Question at least 2 tim es a day: with PS 20 cm H S p o n ta n e o u s b re a th in g te s t fe a s ib le? 2 O, P E E P 5 cm H 2 O (a ll m u st b e present): A d a p ta tio n - R espiratory rate 30/' of PS - T id a l v olu m e 6 m l/kg YES and/or - N o hem odynam ic instability NO - S p O 2 90% and FIO 2 0.40 PEEP level - N o other contra-indication Spontaneous breathing test during 30' First choice: Pressure support 10 cm H 2 O, ± PEEP 5 cm H 2 O E x tu b a tio n c rite ria (a ll m u s t b e O ther choices: - T-piece trial present) - R esp irato ry rate 30/' - CPAP, flow 30 l/m in. PEEP 5 cm H 2 O - Pulse < 120/' E xtubation criteria present? - Syst. A BP < 180 and > 90 m m H g - N o hem odynam ic instability - P a O 2 8.5 kpa and FIO 2 0.40 - ph > 7.30 YES NO E x tu b a tio n p o s s ib le? - Level of consciousness Critère de jugement O K principal: - Efficient sw allow ing - Efficient cough NO YES Patient w eaned but extubation not possible EXTUBATION W eaning process can begin if: T he cau o f the resp irato ry failure is partially o r co m p letely co ntrolled, in clu d in g a SpO 2 90% under FIO 2 0.5 and PEEP 5 cm H 2 O H em odynam ic stability (Systolic Blood Pressure betw een 90 and 160m m H g + Pulse Durée de sevrage betw een 60 and 125 /m inute + absence of uncontrolled arrhythm ias) Tem perature < 39 C H aem oglobin 8 g/dl (inclusion première extubation) A bsence of significant hydro-electrolytes abnorm alities Patients can follow sim ples orders and there is not need for high dose of sedatives F o r n eu ro lo g ical p atien ts: G lascow C om a Scale > 8, Intra-C ranial Pressure < 20 m m H g, C erebral Perfusion Pressure > 60 m m H g T h ose patien ts w h o acco m p lish th ese criteria w ill follo w a sp on tan eou s b reath in g test (2 ho urs T tube or Pressure Support Ventilation w ith 7 cm H 2 O of pressure support and Positive End E xpiratory Pressure 5 cm H 2 O ). N o to leran ce to spo n tan eou s b reathing test w ill be considerer if: R esp iratory R ate > 35 b p m + clinical m anifestatio n * H ypoxem ia (PaO 2 < 60 mmhg under O 2 flow 4 L/m in) A cido sis (p H 7.3) * Clinical m anifestations: Systolic Blood Pressure 160 m m H g or 90 m m H g, H eart Rate 140 bpm or augm entation of 25% of baseline, new arrhythm ia, low er conscience level, sw eating or agitation. 144 patients inclus en < 1an (5 centres) 1. Patients w ill be extubated if they successfully com plete the 2 hours spontaneous breathin g trial an d th ey h av e an ad equ ate co u gh 2. F or p atients th at do n ot to lerate the spo ntan eo u s b reath in g test, w ean ing w ill con tin u e on Pressure Support V entilation. Pressure Support w ill be adjusted to achieve a respiratory frequency of 25-30 bpm and a good clinical adaptation. Pressure Support w ill b e d im in ished as soo n as p ossib le follow ing p atient s clin ical toleran ce. P atien ts w ill b e ex tu b ated if toleratin g low P ressure S u p po rt levels (n ex t to 1 0 cm H 2 O) with lo w P E E P lev els ( 5 cm H 2 O ) if clinical tolerance and cough are adequate.

Lellouche et al, AJRCCM 2006,174:894-900

Essai randomisé contrôlé, monocentrique Patients médicaux 102 patients inclus Niveaux de PEEP élevés. Rose Intensive Care Medicine 2008

Sevrage automatisé (SmartCare) vs Protocole de sevrage EN POST OPERATOIRE Essai randomisé contrôlé, monocentrique Patients post op avec VM > 9 heures 300 patients 94±144 h (SmartCare) 118±165 h (Protocole) (P=0.12) Schädler et al., Am J Respir Crit Care Med. 2012 Mar 15;185(6):637-44

Sevrage automatisé (SmartCare) vs Protocole de sevrage EN POST OPERATOIRE Essai randomisé contrôlé, monocentrique Patients post op avec VM > 9 heures 300 patients Schädler et al., Am J Respir Crit Care Med. 2012 Mar 15;185(6):637-44

Essai randomisé contrôlé, multicentrique, PILOTE 9 soins intensifs adultes Sevrage automatisé (SmartCare ) vs. Sevrage protocolisé Burns et al. AJRCCM 2013

Méthode Population: Patients adultes nécessitant plus de 24 h de VM Inclus à la phase précoce du sevrage Dès que les patients tolèrent l aide inspiratoire Inclus si les patients échouent au test de VS ou en l absence de critères de VS Interventions: Sevrage automatisé (SmartCare ) vs Sevrage protocolisé (protocole écrit) Commun aux 2 groupes: mode aide inspiratoire, évaluation des critères de VS, échelle PEEP/FiO 2, protocole de sédation, critères d extubation/réintubation, critères de VNI en cas de détresse post extubation. Critère de jugement principal: Compliance et acceptation des protocoles de sevrage et de sédation Burns et al. AJRCCM 2013

Données ventilatoires à l inclusion Mode of ventilation prior to PST, n (%) PC SIMV + PS PRVC PS AC Automated Weaning (n=50) 2 (4.0) 1 (2.0) 6 (12.0) 34 (68.0) 7 (14.0) Protocolized Weaning (n=43) 5 (11.6) 3 (7.0) 25 (58.1) 10 (23.3) Ventilator Settings after PST PS (above PEEP), mean (st d) PEEP, mean (st d) FiO 2, mean (st d) 15.8 (± 4.1) 6.5 (± 1.7) 0.40 (± 0.07) 16.0 (± 4.1) 6.4 (± 1.6) 0.44 (± 0.09)

Critère de jugement principal Weaning and Sedation Protocols Automated Weaning (n=50) Protocolized Weaning (n=43) p value Weaning Protocol Compliance Days with protocol violations, n (%) 19.0 (5.6%) 18.0 (3.5%) 0.12 Sedation Protocol Compliance Extreme SAS or RASS scores, n (%) Extreme SAS or RASS scores on protocol, n (%) 66 (4.1%) 29 (3.3%) 120 (4.7%) 69 (3.9%) 0.36 0.08 Weaning Protocol Acceptance (0 10) Physician acceptance score (mean, st d) RT acceptance scores (mean, st d) 7.4 (± 2.5) 7.2 (± 2.6) 8.1 (± 2.3) 8.1 (± 1.8) 0.01 <0.0001

Critères de jugement secondaires Secondary Outcomes Automated Protocolized Weaning Weaning p value Time to first successful SBT, d (mdn, IQR) 1.0 (0, 3.0) 4.0 (2.0, 9.0) <0.0001 Time to first extubation, d (mdn, IQR) 3.0 (2.0, 5.0) 4.0 (2.0,12.0) 0.01 Time to successful extubation, d (mdn, IQR) 4.0 (2.0, 7.0) 5.0 (3.0, 19.0) 0.01 Total duration of intubation, d (mdn, IQR) 10.0 (7.0, 16.0) 11.0 (6.0, 26.0) 0.08 ICU stay (randomization), d (mdn, IQR) 7.0 (5.0, 13.0) 9.0 (5.0, 25.0) 0.03 Hospital stay (randomization), d (mdn, IQR) 22.0 (14.0, 33.0) 32.0 (16.0, 50.0) 0.5 Required NIV n (%) 4 (8.0) 6 (14.0) 0.5 Tracheostomy, n (%) 8 (16.0) 15 (34.9) 0.04 Prolonged MV (> 21 d), n(%) 0 6 (17.7) 0.01 Burns et al. AJRCCM 2013

10 RCT Adultes 654 patients SmartCare > sevrage non automatisé Durée du sevrage ventilatoire Durée totale de la ventilation mécanique Durée de séjour aux soins intensifs Fréquence de ventilation prolongée >14 et 21 jours SmartCare = sevrage non automatisé Mortalité Fréquence des réintubation Fréquence d utilisation de la VNI Burns Cochrane 2014

LIMITATIONS DU SMARTCARE Limitations de l Aide Inspiratoire: dans certaines populations Tube en T > AI Asynchronies avec certaines populations (MPOC) Un seul paramètre ajusté automatiquement Problèmes avec humidificateurs chauffants (alarmes)

PLAN Pourquoi des modes automatisés en ventilation mécanique? SmartCare Intellivent: Ventilation mécanique automatisée Résultats de l étude CLOSER 1 (post op chirurgie cardiaque) Données chez des patients médicaux Automatisation de l oxygène

Intellivent = évolution de l ASV Adaptive Support Ventilation ASV = mode en pression contrôlée ET pression assistée Transition automatique de la ventilation contrôlée à la ventilation assistée Ajustement automatique de la FR (Ti/Te) et du Vt (Pression, Trigger exp) pour Ventilation minute constante Réglé par le clinicien avec l ASV Minimiser le travail respiratoire (en fonction de la mécanique respiratoire du patient: résistances et constante de temps évaluées régulièrement) Minimiser la PEEP intrinsèque Basé sur les équations d Otis et de Meade INTELLIVENT Avec l ASV : pas d ajustement automatique de la PEEP et de la FiO 2

Ventilation Automatisée : Intellivent 1) Contrôleur de Ventilation: adaptation automatisée de la ventilation minute (FR, Vt) / EtCO 2 2) Contrôleur d Oxygenation: adaptation automatisée de la PEEP et de la FiO 2 / SpO 2 Ventilateur Patient Monitor Patient Monitor Alarms Control Control Input Output Ventilation automatisée (FR,Vt) Oxygenation automatisée (PEEP/FiO 2 ) FR, Vt, EtCO 2 SpO 2, Heart Lung Index Automatic Weaning System Intellivent Processing Patient

Adaptive Support Ventilation 3 boutons de réglage

Intellivent: aucun boutons TOTALEMENT AUTOMATISÉ

Intellivent = ventilation totalement automatisée!!! Sexe, Taille estimation de la ventilation minute de départ Situations cliniques modifie les cibles pour les boucles de régulation «Press Start»! Boucle Ventilation ASV EtCO 2 Boucle Oxygénation SpO 2

Étude de faisabilité Est ce que le système peut gérer des patients en post opératoire de chirurgie cardiaque? Est ce que le système réduit la charge de travail? Lellouche et al. Intensive Care Medicine 2013

Chirurgie cardiaque = modèle intéressant pour évaluer un système automatique de ventilation Conditions cliniques dynamiques Pendant les 2 4 heures post op Temperature 35 C 37 C ( production de CO 2 ) FiO 2 70 40 30% Ventilation contrôlée Ventilation assistée Charge de travail reliée aux réglages du ventilateur: Ajustements de la ventilation minute Sevrage PEEP/FiO 2 Passages en aide inspiratoire

Méthode Monocentrique: IUCPQ, Québec Essai randomisé contrôlé en ouvert: 2 bras Intellivent (ventilation automatisée) Ventilation protocolisée Patients: post op de chirurgie cardiaque Durée de l étude = 4 heures Nombre de patients inclus = 60 Critère de jugement principal: épisodes en zone de ventilation «non acceptable» Critères secondaires: Nombre et durée d épisodes dans les zones de ventilation «acceptable» et «optimale» Nombre d interventions et durée Comparaison des gaz artériels Durée de la ventilation mécanique

DEFINITIONS DES ZONES DE VENTILATION OPTIMALE ACCEPTABLE* NON ACCEPTABLE* Volume courant (ml/kg de PIT) 6 à 10 >10 à 12 >12 EtCO 2 (mmhg) 30 à 45 <30 à 25 >45 à 50 <25 51 Pression inspiratoire (cmh 2 O) 30 31 à 35 >35 SpO 2 (%) 94 à 98 94 si la FiO 2 40% 93 à 85 <85 * Plus de 30 secondes Desire Study, Wysocki ESICM 2010

Méthode Critères pour Consentement Consentement CHIRURGIE Admission aux soins 15 minutes Randomisation Critères d Inclusion + Critères d Exclusion Groupe Intellivent Ventilation automatisée G5Modifié 4 heures Connection à un ventilateur G5 Réglages par l anesthésiste Groupe Contrôle Ventilation Protocolisée G5 : VACI+AI Critères d inclusion Stabilité hémodynamique 1. < 3 transfusions 15 dernières minutes 2. Epi ou norepinephrine < 1 mg/h 3. Saignements <100 ml dernières 15 minutes Absence d anurie Critères d exclusion Procédure chirurgicale non prévue Complication majeure durant la chirurgie Extubation très précoce prévue (< 1 heure) Fistule broncho pleurale Ventilateur d étude non disponible

RÉSULTATS PRINCIPAUX % 100 90 ZONE DE VENTILATION n CHARGE DE TRAVAIL 160 148 80 140 70 Groupe Contrôle Controle 120 60 Groupe Intellivent Intellivent 100 50 40 30 20 * 80 60 40 * 10 20 5 0 OPTIMALE ACCEPTABLE NON ACCEPTABLE Ventilation optimale (Vt < 10ml/Kg de PIT, Paw < 30, SpO 2, EtCO 2 ) 0 Contrôle Groupe Controle Groupe Intellivent Intellivent Nombre de réglages manuels Lellouche et al. Intensive Care Medicine 2013

0% VS. 60% avec Vt > 10 ml/kg/pbw RÉSULTATS Lellouche et al. Intensive Care Medicine 2013

Intellivent: données chez 100 patients médicaux consécutifs Utilisation Intellivent = 95% du temps de ventilation Arrêt contrôleur de ventilation = 2 patients (gap PaCO 2 EtCO 2 ) Arrêt contrôleur d oxygénation = Transitoire chez 7 patients (signal de SpO 2 ) Arnal et al. Critical Care 2013

16 patients en PSV RCT chassé croissé Clavieras Anesthesiology 2013

LIMITATIONS DE L INTELLIVENT EtCO 2 gradient augmenté en cas de bas débit ARDS pas 6 ml/kg PIT PAS ASSEZ D ÉVALUATION CLINIQUE

PLAN Pourquoi des modes automatisés en ventilation mécanique? SmartCare Intellivent Automatisation de l oxygène Clio (neonatologie) SmartPEEP Système Drager

15 patients sous ventilation mécanique en zone de combat 2 périodes de 4heures: contrôle manuel vs automatique de la FiO 2 SpO 2 cible = 92 96% Ventilateur = Impact 754, Eagle

RESULTATS % de temps dans la cible de SpO 2 = 33 % vs. 83 % Économies d oxygène = 44% Johannigman et al. J Trauma 2009

Claure J Pediatr 2009 Claure Pediatrics 2011

Temps dans la SpO 2 cible (87 93%) et en dehors % temps 50 40 30 manual auto * * * 20 10 * 0 * p< 0.01 Claure et al. J Pediatr 2009 From Claure et al. Pediatrics 2011 <75% <80% 80-86% 87-93% >93% @O2>21% SpO 2 >98% @O2>21% Data Dr CLAURE

Temps de réglage de la FiO 2 Manual Automated * *:p<0.001 Paired t-test (mean±sd) Claure et al. J Pediatr 2009 Diapositive Dr CLAURE

SmartPEEP = inspiré de NéoGanesh Raisonnement médical NéoGanesh: IF (FR, Vt, EtCO 2 ) THEN (ajustement de l AI) SmartPEEP: IF (SpO 2 ) THEN (ajustement de PEEP/FiO 2 ) Ventilator THEN Monitoring Patient Monitor Control Réglages Alarms. AI PEEP Patient IF FR. TV. EtCO 2 FiO 2 SpO 2 SmartPEEP SmartCare automated Weaning AI System VAC

Admission aux soins intensifs après chirurgie cardiaque Randomisation 14 patients SmartPEEP Boucle ouverte SpO 2 -PEEP/FiO 2 14 patients Contrôle 1 patient exclu arrêt cardiaque 2 pts avec un mauvais signal de SpO 2 Collecte des données 2 heures Mean SpO 2 and PaO 2 Duration of PEEP/FiO 2 weaning (PEEP=5 cmh 2 O; FiO 2 =40%) Number of RTs interventions to set the ventilator % agreement between the clinician and SmartPEEP recommendations Lellouche et al. ATS 2009

Résultats Control SmartPEEP P Mean SpO 2 (%) 99.0±0.5 98.7±0.4 0.98 Mean PaO 2 at 1 hour, mmhg 147±66 117±38 0.16 Desaturation < 90%, n (%) 2 (14) 0 (0) RT intervention (all patients) 22 11 0.007 Number of PEEP modifications 0.4±0.9 / Number of FiO 2 modifications 3.4±1.8 / Weaning duration (FiO 2 =40% and PEEP=5), min 33.5±17 18.1±9.9 0.01 Disagreement (%) / 27/0 9 premiers patients 5 derniers patients Modifications du logiciel Lellouche et al. ATS 2009

Etude de faisabilité Boucle SpO 2 FiO 2 Boucle ouverte (modifications manuelles /assistant de recherche) 20 patients sous ventilation mécanique Evaluation pendant 3 heures % Temps dans la cible Saihi et al. Critical Care 2014

Saihi et al. Critical Care 2014

Saihi et al. Critical Care 2014

FreeO 2 au cours de la VNI/CPAP Modèle sujet sain/hypoxémie induite VS. ajustement manuel maintient la cible de SpO 2 à 92 96% limite les désaturations (SpO 2 < 88%) limite les hyperoxies (SpO 2 > 96%) diminue la charge de travail Lellouche&L Her Respiratory care 2012, Lellouche ATS 2012

Conclusions: Automatisation de la ventilation mécanique => nombreux avantages NECESSITÉ Sevrage automatisé => plusieurs études positives ou «équivalence» Ventilation totalement automatisée => premiers résultats encourageants avec une population spécifique et sur une courte durée => Données récentes encourageantes dans une population médicale variée => Nécessité de réaliser d autres études Automatisation de l oxygénation à venir

MERCI!