Measuring Breathing Pattern in Patients With Chronic Obstructive Pulmonary Disease by Electrical Impedance Tomography

Background and ObjectiveThe measurement of breathing pattern in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) by electrical impedance tomography (EIT) requires the use of a mathematical calibration model incorporating not only anthropometric characteristics (previously evaluated in healthy individuals) but probably functional alterations associated with COPD as well. The aim of this study was to analyze the association between EIT measurements and spirometry parameters, static lung volumes, and carbon monoxide diffusing capacity (DLCO) in a group of male patients to develop a calibration equation for converting EIT signals into volume signals.Materials and MethodsWe measured forced vital capacity (FVC), forced expiratory volume in 1 second (FEV1), FEV1/FVC, residual volume, total lung capacity, DLCO, carbon monoxide transfer coefficient (KCO) and standard anthropometric parameters in 28 patients with a FEV1/FVC ratio of <70%. We then compared tidal volume measurements from a previously validated EIT unit and a standard pneumotachometer.ResultsThe mean (SD) lung function results were FVC, 72 (16%); FEV1, 43% (14%); FEV1/FVC, 42% (9%); residual volume, 161% (44%); total lung capacity, 112% (17%); DLCO, 58% (17%); and KCO, 75% (25%). Mean (SD) tidal volumes measured by the pneumotachometer and the EIT unit were 0.697 (0.181) L and 0.515 (0.223) L, respectively (P<.001). Significant associations were found between EIT measurements and CO transfer parameters. The mathematical model developed to adjust for the differences between the 2 measurements (R2=0.568; P<.001) was compensation factor=1.81 – 0.82 × height (m) – 0.004×KCO (%).ConclusionsThe measurement of breathing pattern by EIT in patients with COPD requires the use of a previously calculated calibration equation that incorporates not only individual anthropometric characteristics but gas exchange parameters as well.

ResumenIntroducciónLa medición del patrón ventilatorio (PV) en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) mediante tomografía por impedancia eléctrica (TIE) requiere disponer de un modelo matemático de calibración que tenga en cuenta no sólo las características antropométricas (ya evaluadas en la persona sana), sino probablemente también las alteraciones funcionales propias de la enfermedad. El objetivo del presente estudio ha sido relacionar, en un grupo de pacientes (varones) con EPOC, las variables de la función pulmonar –espirometría, volúmenes estáticos, transferencia de monóxido de carbono (CO)— con las determinaciones de TIE y obtener una ecuación de calibración que permita convertir la señal eléctrica de la TIE en una señal de volumen.Material y métodosSe estudió a 28 pacientes –volumen espiratorio forzado en el primer segundo (FEV1)/ capacidad vital forzada (FVC) < 70%– con un equipo TIE-4 previamente validado y se compararon los resultados con los de un neumotacómetro estándar. Previamente se determinaron los siguientes parámetros: FVC, FEV1, FEV1/FVC, volumen residual, capacidad pulmonar total, capacidad de difusión de CO y coeficiente de transferencia de CO (KCO), además de las variables antropométricas habituales.ResultadosLos valores medios (± desviación estándar) de las diferentes pruebas funcionales fueron: FVC del 72 ± 16%; FEV1 del 43 ± 14%; FEV1/FVC del 42 ± 9%; volumen residual del 161 ± 44%, capacidad pulmonar total del 112 ± 17%; capacidad de difusión de CO del 58 ± 17%, y KCO del 76 ± 25%. Los valores medios de volumen circulante de las determinaciones obtenidas con el neumotacómetro y la TIE fueron de 0,697 ± 0,181 y 0,515 ± 0,223 l, respectivamente (p < 0,001). Se encontraron relaciones significativas entre las medidas de la TIE y la transferencia de CO. El modelo matemático para ajustar las diferencias entre ambas determinaciones (R2 = 0,568; p < 0,001) fue: factor de compensación = 1,81 – 0,82 × talla (m) – 0,004 × KCO (%).ConclusionesLa medición del PV mediante un equipo de TIE en pacientes con EPOC requiere una calibración previa que tenga en cuenta no sólo las características físicas de cada individuo, sino además la situación funcional del área de intercambio gaseoso.