Оценка эффективности пульсоксиметров нового поколения в отделении реанимации новорожденных

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся сравнительные результаты измерения SpO2 и ЧСС, полученные с помощью технологии извлечения сигналов Masimo и стандартной пульсоксиметрии у здоровых новорожденных до, во время и после циркумцизии крайней плоти. Результаты показали, что значения SpO₂ и ЧСС, полученные с помощью стандартного пульсоксиметра были ниже и более изменчивы чем данные, полученные от пульсоксиметра нового поколения во всех этапах исследования. Авторы предполагают, что технология извлечения сигналов Masimo может обеспечить улучшение показателей пульсовой оксиметрии, особенно в клинических ситуациях, в которых вероятны экстремальные артефакты движения.

ABSTRACT

The article presents comparative results of SpO2 and heart rate measurements obtained using Masimo signal extraction technology and standard pulse oximetry in healthy newborns before, during and after circumcision of the foreskin. The results showed that the SpO2 and heart rate values ​​obtained using a standard pulse oximeter were lower and more variable than the data obtained from a new generation pulse oximeter at all stages of the study. The authors suggest that Masimo signal extraction technology can provide improved pulse oximetry performance, especially in clinical situations in which extreme motion artifacts are likely.

Ключевые слова: пульсоксиметрия, частота сердечных сокращений, насыщение О₂, новорожденные

Keywords: pulse oximetry, heart rate, oxygen saturation, newborn

Пульсоксиметрия в настоящее время является стандартным неинвазивным методом измерения оксигенации крови у новорожденных. Пульсовое насыщение кислородом (SpO₂) измеряется настолько часто, что в настоящее время оно общепринято как пятый показатель жизненно важных функций [1-3]. Хотя испытания показали, что измерения SpO₂, полученные с помощью традиционной пульсовой оксиметрии, очень тесно коррелируют с насыщением крови кислородом [4, 5] и довольно точно предсказывают PaO2 [5], они может зависеть от движения объекта [6, 7]. Артефакт движения ограничивает точную оценку оксигенации и может привести к неправильной реакции со стороны врачей, включая как избыточное, так и недостаточное лечение [8, 9]. Уменьшение количества ложных тревог и обеспечение надежных показаний оксиметра даже при движении пациента - две основные цели для пульсоксиметрии в отделении реанимации. Обычная пульсоксиметрия, основанная на соотношении характеристик поглощения красного и инфракрасного света, не может устранить помехи, вызванные движением пациента и низкой перфузией. В настоящее время разработаны новые поколения пульсоксиметров, оснащенных технологией извлечения сигналов (ТИС) и их электронной обработкой, которая улучшает точность и надежность оксиметрии за счет превосходной обработки артефактов движения [10-14]. Хотя эта технология хорошо зарекомендовала себя в исследованиях с участием здоровых добровольцев, сообщения об оценках у детей, особенно у новорожденных ограничены.

Целью данного исследования явилась сравнительный анализ измерения SpO₂ и ЧСС, выполненные с помощью стандартной пульсоксиметрии и пульсоксиметрии с ТИС.

Материал и методы исследования. Группу исследования составили 15 здоровых доношенных новорожденных мальчиков (средний вес при рождении 3408±458 гр.), госпитализированных в отделение региональной неонатальной хирургии Андижанского областного детского многопрофильного медицинского центра по поводу обрезания крайней плоти по религиозным убеждениям родителей. Всем детям операция circumcisio проводилась под анальгоседацией с последующим наблюдением в постнаркозной палате операционного блока. Непрерывная пульсоксиметрия и мониторинг ЧСС выполнялись с помощью пульсоксиметра «Oxipac 2500» (Drager Medical GmbH, Германия) с датчиков, совместимых с технологией извлечения сигналов Masimo Pdtx и Nellcor Oxisensor II. Исходные данные собирали в течение 10 минут, когда ребенок спокойно спал. Затем сбор данных продолжался во время и после обрезания в течение одного часа. Также проводились одновременные поминутные оценки поведенческого сна и состояния активности. Младенцы были доставлены в операционную примерно за полчаса до процедуры, во время которой были прикреплены отведения ЭКГ, а на левую ногу были размещены одноразовые клеящиеся датчики пульсового оксиметра (Nellcor N-25 и малошумящий оптический датчик Masimo Neo). Затем проводили анальгоседацию и проводили обрезание. Сбор данных продолжался во время и после процедуры в течение одного часа. Все данные пульсооксиметрии были собраны в электронном виде с использованием последовательного порта связи на каждом приборе. Как SpO₂, так и ЧСС от каждого оксиметра регистрировались в цифровом виде один раз в секунду на протяжении всего исследования. ЭКГ была получена с полифункционального реанимационно-хирургического монитора ЮМ-300 (ООО «Utas», Украина).

Все измерения оксиметра, отличающиеся от соответствующих измерений ЭКГ более чем на 10 ударов, были обозначены как артефакты. Минутные средние значения SpO₂ и ЧСС также были рассчитаны на основе данных оксиметра без артефактов. Количество артефактов в необработанных данных от двух инструментов сравнивалось для всех периодов с использованием t-критерия. Кроме того, была использована простая линейная регрессия для сравнения данных ЧСС без артефактов, полученных с помощью оксиметров Masimo и Nellcor, с эталонным стандартным ЧСС, полученным с помощью кардиомонитора ЮМ-300.

Результаты исследования и их обсуждение. Частота появления артефактов была значительно ниже с Masimo, чем с Nellcor во время (среднее значение процента артефакта во время (25,2±5,9 против 63,8±5,8; p<0,00001) и после обрезание (7,7±2,2) против 33,8±4,9; p<0,0001). Даже в течение исходного периода, когда младенцы спокойно спали, частота артефактов при использовании Nellcor была в три раза выше (4,0±1,9) против 13,1±4,9; p=0,06) (Таблица 1).

Таблица 1.

Средний процент артефактов, полученных с датчиков Masimo и Nellcor до, во время и после обрезания (n=15; m±σ)

Средние значения SpO₂ и ЧСС, полученные с помощью Masimo, были значительно выше, чем полученные с помощью Nellcor, особенно во время обрезания, когда были вероятны экстремальные движения (96,9±0,4) против 92,8±1,0; p<0,0005 и 151,5±4,5 против 133,6±5,6; p<0,001 соответственно Подобные различия наблюдались и после обрезания (рис.).

Рисунок. Показатели насыщения кислородом (SpO2) и частота сердечных сокращений (ЧСС) без артефактов, записанные с помощью датчиков Masimo и Nellcor на этапах исследования.

Регрессионный анализ измерений ЧСС как с помощью пульсоксиметров, так и с монитора показал, что сигнал от датчика Masimo более точно предсказывал ЧСС с монитора (r² = 0,72-0,86 против 0,28-0,63) с более низкой остаточной ошибкой (1,3–5,8 против 3,9–19,5 ударов / мин) в течение всех трех периодов (таблица 2).

Таблица 2.

Корреляционная связь между показателями частоты пульса, записанными с помощью датчиков пульсоксиметра Masimo и Nellcor с частотой пульса кардиомонитора на этапах исследования

Показатели двух датчиков пульсоксиметрии различались с разными состояниями поведенческой активности в течение периода исследования. ЧСС и SpO2, измеренные Nellcor, были ниже и более изменчивы во всех поведенческих состояниях. Эффекты были наиболее выражены в состояниях поведенческой активности, связанных с чрезмерным артефактом движения, то есть активным сном, бодрствованием и плачем. Как и ожидалось, во время состояний, не связанных со сном (бодрствование, плач), Masimo регистрировал более высокие значения ЧСС, когда Nellcor записал не только более низкие, но и более изменчивые значения ЧСС во время активного сна, бодрствования и плача, чем во время спокойного сна. Это также отразилось на измерениях SpO₂, которые оставались стабильными для Masimo, но были значительно ниже для Nellcor во всех состояниях поведенческой активности.

Извсестно, что точность и надежность традиционной пульсовой оксиметрии ограничиваются движением субъекта [7]. На величину ошибки измерения SpO₂ будут влиять сатурация венозной крови и амплитуда артериального сигнала и величина движения. Сигнал с добавлением движения производит ложные значения SpO₂ до такой степени, что дополнительный сигнал является большим по сравнению с сигналом артериального пульса. Когда движение является значительным, абсолютно или по отношению к сигналу артериального пульса, сигнал добавленного движения имеет тенденцию преобладать над сигналом пульса, так что отношение красного / инфракрасного излучения, передаваемое на фоторецептор, дает ложное значение SpO₂. Периоды отсутствия или неточных значений SpO₂ из-за артефакта движения не являются незначительными и могут повлиять на до 50% записей у недоношенных и доношенных детей [2, 3]. Артефакт движения во время записи пульсоксиметрии также зависит от поведенческого состояния. Метод обработки электронного сигнала и конструкция датчика Masimo с технологией извлечения сигнала, значительно снижает ложные значения SpO₂ во время движения пациента. Парадигма Masimo основана на предположении, что артериальная кровь - не единственная абсорбирующее вещество в ткани, которое может генерировать пульсирующий оптический сигнал. Адаптивная система фильтрации используется для отдельного определения энергии, присутствующей при каждом насыщении в диапазоне 1-100% с шагом 0,5% каждые 0,4 секунды. После того, как дискретное преобразование насыщения идентифицирует и проверяет пик энергии, производимый пульсирующей артериальной кровью, который обычно является пиком, он сообщает это значение как SpO₂ пациента. Таким образом, он может подавить шумовой сигнал и отделить артериальные сигналы от артефактов. Это приводит к превосходному обнаружению сигнала и снижает риск ложных тревог во время движения на участке мониторинга.

Таким образом, результаты данного исследования показали, что во время спокойного сна, который связан со значительным снижением, но не полным отсутствием физической активности, процент выбывания в исходных данных был в 50 раз выше для оксиметра Nellcor, чем для оксиметра Masimo (4,81% против 0,09%). Алгоритм уменьшения артефактов был применен к необработанным данным перед сравнительным анализом, и, несмотря на это, производительность оксиметра Masimo была отмечена как лучшая. Наши данные показывают, что технология извлечения сигналов Masimo может улучшить показатели пульсовой оксиметрии, особенно в клинических ситуациях, в которых вероятны экстремальные движения, такие как обрезание и плач у новорожденных. Кроме того, превосходная производительность в периоды минимального движения или когда младенец неподвижен, предполагает лучшее получение и обработку сигнала. Инструменты, которые являются значительно более точными и надежными, с гораздо большей чувствительностью и специфичностью, могут дать определенное преимущество перед существующими стандартными системами мониторинга, которые имеют заведомо высокий уровень ложных показателей. Более точный и надежный пульсоксиметр должен иметь возможность совершенствовать терапевтическое использование кислорода и способствовать лечению пациента и улучшению исхода.

Список литературы:

1. Jubran A. Pulse oximetry // Crit Care. ‒ 2015. ‒ T. 19, № 1. ‒ C. 272.
2. Phattraprayoon N., Sardesai S., Durand M., Ramanathan R. Accuracy of pulse oximeter readings from probe placement on newborn wrist and ankle // J Perinatol. ‒ 2012. ‒ T. 32, № 4. ‒ C. 276-80.
3. Карпова А. Л., Спивак Е. М., Пыханцева А. Н. J. П. м. ж. Диагностическое значение определения величины сатурации кислорода у доношенных новорожденных //. ‒ 2014. ‒ T. 31, № 5.-C.14-20
4. Sola A., Golombek S. G., Montes Bueno M. T. et all. Safe oxygen saturation targeting and monitoring in preterm infants: can we avoid hypoxia and hyperoxia? // Acta Paediatr. ‒ 2014. ‒ T. 103, № 10. ‒ C. 1009-18.
5. Khemani R. G., Thomas N. J., Venkatachalam V., Scimeme J. P., Berutti T., Schneider J. B., Ross P. A., Willson D. F., Hall M. W., Newth C. J. Comparison of SpO2 to PaO2 based markers of lung disease severity for children with acute lung injury // Crit Care Med. ‒ 2012. ‒ T. 40, № 4. ‒ C. 1309-16.
6. Kästle S. W., Konecny E. Determining the artifact sensitivity of recent pulse oximeters during laboratory benchmarking // J Clin Monit Comput. ‒ 2000. ‒ T. 16, № 7. ‒ C. 509-22.
7. Barker S. J., Shah N. K. The effects of motion on the performance of pulse oximeters in volunteers (revised publication) // Anesthesiology. ‒ 1997. ‒ T. 86, № 1. ‒ C. 101-8.
8. Walters T. P. Pulse oximetry knowledge and its effects on clinical practice // Br J Nurs. ‒ 2007. ‒ T. 16, № 21. ‒ C. 1332-40.
9. Helfand M., Christensen V., Anderson J. VA Evidence Synthesis Program Reports Technology Assessment: Early Sense for Monitoring Vital Signs in Hospitalized Patients // VA Evidence Synthesis Program Evidence Briefs. ‒ Washington (DC): Department of Veterans Affairs (US), 2011.
10. Next-generation pulse oximetry. Focusing on Masimo's signal extraction technology // Health Devices. ‒ 2000. ‒ T. 29, № 10. ‒ C. 349-70.
11. Goldman J. M., Petterson M. T., Kopotic R. J., Barker S. J. Masimo signal extraction pulse oximetry // J Clin Monit Comput. ‒ 2000. ‒ T. 16, № 7. ‒ C. 475-83.
12. van der Eijk A. C., Horsch S., Eilers P. H., Dankelman J., Smit B. J. J. T. J. o. p., nursing n. “New-generation” pulse oximeters in extremely low-birth-weight infants: How do they perform in clinical practice? //. ‒ 2012. ‒ T. 26, № 2. ‒ C. 172-180.
13. Workie F. A., Rais-Bahrami K., Short B. L. Clinical use of new-generation pulse oximeters in the neonatal intensive care unit // Am J Perinatol. ‒ 2005. ‒ T. 22, № 7. ‒ C. 357-60.
14. Dawson J. A., Saraswat A., Simionato L., Thio M., Kamlin C. O., Owen L. S., Schmölzer G. M., Davis P. G. Comparison of heart rate and oxygen saturation measurements from Masimo and Nellcor pulse oximeters in newly born term infants // Acta Paediatr. ‒ 2013. ‒ T. 102, № 10. ‒ C. 955-60.