Thora-3Di™-Atemfrequenzvalidierung

Ziele:

Das Hauptziel besteht darin, die Gleichwertigkeit des Thora-3Di™ SLP-Geräts und eines vom Arzt überbewerteten endtidalen C02 (COSC) zu demonstrieren, der von einem Kapnographen (BCI Capnograph 9004, Smiths Medical) zur Messung der Atemfrequenz abgeleitet wurde.

Endpunkt:

Der primäre Endpunkt ist der Unterschied in der Atemfrequenz zwischen den beiden Geräten.

Testartikel:

Thora-3Di™, berührungslos; misst die Atemfrequenz durch SLP aus der SLPVol/Zeit-Kurve.

Vergleicher:

Der vom Arzt ermittelte Endtidal-C02-Wert wurde mit einem Kapnographen (BCI Capnograph 9004, Smiths Medical) ermittelt. misst RR anhand der endexspiratorischen CO2-Wellenform (EtCO2).

Patientenregistrierung und Verfahren:

An zwei Standorten werden maximal 43 Probanden eingeschrieben, um 34 auswertbare Datensätze zu erhalten:

• 24 Patienten mit Atemwegserkrankungen/-beeinträchtigungen (mindestens 7 und höchstens 17 müssen an jedem Standort aufgenommen werden)
• 10 normale Probanden ohne aktuelle oder frühere Diagnose einer Atemwegserkrankung (mindestens 3 und höchstens 7, die an jedem Standort eingeschrieben werden müssen)

Probengröße:

Es wurde festgestellt, dass eine Stichprobengröße von 34 Probanden bei einem MSD von 0,4 eine Aussagekraft von mindestens 80 % ergibt. In einer früheren Studie wurde festgestellt, dass der MSD zwischen dem Testgerät und dem Embletta-Gerät 0,31 betrug. Daher verwenden wir zur Berechnung der Leistung konservativ den Wert von 0,4. In dieser Studie betrug die mittlere Differenz -0,26 und die Standardabweichung der Differenzen 0,49. Wir gehen davon aus, dass 80 % der eingeschriebenen Probanden auswertbare Daten liefern werden. Konkret ergibt eine eingeschriebene Stichprobengröße von 43 Probanden 43*,80 = 34 auswertbare Probanden. Diese Stichprobengröße ergibt eine Trennschärfe von mindestens 80 %, wenn der tatsächliche MSD 0,4 oder kleiner ist.

Die Studie besteht aus einer Phase, die Folgendes umfasst:

• Jeder Teilnehmer wird gleichzeitig mit beiden Geräten einmal für eine Dauer von 5–9 Minuten gemessen.
• Der Teilnehmer wird im Sitzen vermessen.

Messgeräte:

Endtidaler C02 wird mit einem Kapnographen (BCI Capnograph 9004, Smiths Medical) gemessen. Das ausgeatmete Gas wird über eine Nasenkanüle mit Probenahmeleitung und Feuchtigkeitsfalle gesammelt. Abgelaufenes Gas wird mit einer Durchflussrate von 150 ml/min ± 20 ml entnommen. Das Gerät verfügt über eine durchschnittliche Verzögerungszeit von 1,8 Sekunden und eine Reaktionszeit von 2,1 Sekunden, was bei der Analyse berücksichtigt wird. Der BCI Kapnograph 9004 hat einen Anzeigebereich von 0 - 100 mmHg und ist auf ±2 mmHg genau, weitere Informationen finden Sie in der Bedienungsanleitung des Geräts. Die Wellenformen des Kapnographen werden in einem Computer aufgezeichnet, indem der analoge Ausgang des Kapnographen genutzt wird. Der analoge Ausgang wird mit einem 16-Bit-Analog-Digital-Wandler (Micro 1401-3, Cambridge Electronic Design, UK) mit 30 Hz abgetastet. Die Abtastrate von 30 Hz wurde gewählt, da sie der Anzeigeaktualisierungsrate der Wellenform auf dem Gerät entspricht und daher dem, was Ärzte üblicherweise schätzen, am nächsten kommt. Eine vom Arzt überbewertete kapnografische RR wird aus der CO2-Wellenform des Kapnogramms abgeleitet. Das Kapnographiegerät wird gemäß den Anweisungen des Herstellers kalibriert. Der Bereich der Atemfrequenz der Kapnographiegeräte liegt zwischen 0 und 150 Schlägen pro Minute.

Die thorako-abdominale Bewegung wird mit einem Thora-3Di gemessen. Die verwendete Rastergröße beträgt 14 x 10. Für jedes Subjekt werden fünf Minuten lang kontinuierlich Daten zur Gezeitenatmung im Ruhezustand erfasst. Die Signale werden mit 30 Hz abgetastet und repräsentieren die vordere thorako-abdominale Atembewegung. Die Thora-3Di-Software liefert eine numerische Ausgabe von RR als mittlere BPM, berechnet aus der SLPVol/Zeit-Kurve über einen ausgewählten Zeitrahmen.

Die fünf Minuten kontinuierlichen Ruheatmungsdaten werden gleichzeitig von beiden Geräten erfasst.

Datentransfer:

Kapnografische Ergebnisse werden erfasst und als Datendateien zur späteren Verarbeitung und Überprüfung gespeichert. Die thorako-abdominalen Signale der Thora-3Di™-Software werden in CSV-Dateien (Comma-Separated Value) exportiert.

Vor der Datenanalyse werden alle Messungen auf ihre Qualität hin bewertet und etwaige Protokollverstöße identifiziert. Die Thora-3Di™-Gerätesoftware erkennt den Rauschpegel des Ausgangssignals und wenn die Software eine Messung als übermäßig verrauscht markiert, wird keine Messung durchgeführt. Wenn ein Patient beispielsweise seinen Oberkörper bewegt, kann dies dazu führen, dass keine gültige Thora-3Di™-Messung aufgezeichnet wird. Ebenso kann eine Störung oder Kondensation im Kapnographie-Probenahmeschlauch zu Artefakten führen oder die Aufzeichnung einer gültigen Kapnographie-Kurve verhindern. Wenn aufgrund von Protokollverstößen keine gepaarten Proben erhalten werden können, werden die Daten nicht mehr analysierbar, sodass diese Probanden von der Analyse ausgeschlossen werden. Einzelheiten zu Protokollverstößen werden jedoch tabellarisch aufgeführt und die Gründe für den Ausschluss aufgeführt. Alle spezifischen Subpopulationen oder Krankheitszustände, bei denen Thora-3Di™ nicht wie erwartet funktionierte, werden notiert. Details zu analysierbaren Datensätzen (d. h. (ausgenommen Protokollverletzer) werden tabellarisch aufgeführt

Datenanalyse:

Die primäre Endpunktanalyse besteht darin, die Ausgangsatemfrequenz von Thora-3Di mit der eines COSC zu vergleichen, gemessen über einen zufällig ausgewählten Zeitraum von einer Minute für jeden Probanden. Der Messzeitraum von 5 Minuten erstreckt sich über den gesamten vorgesehenen Verwendungsbereich des Thora-3Di™. Als geeigneter Vergleichszeitraum für die Analyse wurde eine Dauer von 1 Minute gewählt, da die Anzahl der Atemzüge in einer Minute die Dauer ist, über die die Atemfrequenz klinisch definiert wird. Wenn die SLP-Verfolgung orange ist oder eine signifikante Änderung der Grundlinie oder ein Anstieg auftritt, der durch Körperbewegungen oder etwas anderes verursacht wird, das andernfalls durch die Kennzeichnung ausgeschlossen würde, werden diese Segmente der Aufzeichnung nicht in der Analyse verwendet. Dies entspricht der bestimmungsgemäßen Verwendung des Geräts.

Um die zufällig ausgewählte Epoche für jedes Subjekt zu identifizieren, wird ein einheitlicher Zufallszahlengenerator verwendet, um eine zufällige Startstichprobe zu generieren, von der an eine einminütige Datenepoche zur weiteren Analyse gekürzt wird. Dies erfolgt mithilfe der Rand-Funktion in MATLAB. Der Code wird sein:

Startprobe = Round((rand*4)*60*Fs), wobei rand der einheitliche Zufallszahlengenerator ist, wird er mit 4 multipliziert, um den Standardbereich von [0,1] auf [0,4] zu erhöhen. rand*4 gibt im Wesentlichen die Zeit (in Minuten) an, ab der 1 Minute Daten abgeschnitten werden. Der Rest des Codes übersetzt die Startminute in eine Sample-Nummer, d. h. multipliziert mit 60, um die Zeit in Sekunden zu erhalten, multipliziert mit Fs (Abtastrate des Geräts), um das Sample zu erhalten, und schließlich, da Samples immer ganze Zahlen sind, Runden Sie die Zahl, um die nächstliegende Anfangsbeispielzahl zu erhalten.

Dieser Zufallszahlengenerierungsprozess wird wiederholt, um jedem der gepaarten analysierbaren Datensätze einen zufälligen Startpunkt zuzuweisen. Um die SLP-Atemfrequenz abzuleiten, wird der Abschnitt, der einer 1-Minuten-Epoche für jede Probe entspricht (wie in der Tabelle „Geschätzte gepaarte Proben“ angegeben), auf der SLPVol/Zeit-Kurve des Thora-3Di ausgewählt. Für diesen Zeitabschnitt wird der RR-Wert für diesen Zeitraum erfasst, der direkt von der Software ausgegeben wird.

Um die COSC-RR abzuleiten, erhält ein erfahrener Kliniker nur die Kapnographen-Spuren und überprüft jeden Atemzug in der angegebenen 1-Minuten-Epoche der Kapnographen-Ausgabe und berechnet die RR für den Zeitabschnitt für jeden Probanden.

Um sicherzustellen, dass es bei der Bewertung zu keiner Verzerrung kommt, hat der Kliniker, der die Ausgabe des Kapnographen bewertet, keinen Bezug zur Thora-3Di™-Kurve oder der SLP-Atemfrequenz, und ebenso hat die Person, die die SLP-Atemfrequenz ableitet, keinen Bezug zur Ausgabe des Kapnographen oder der abgeleiteten COSC-Atemfrequenz.

Um sicherzustellen, dass von der Datenerfassungsphase bis zur Datenverarbeitungsphase keine Verzerrungen entstehen, ist der die Daten erfassende Betreiber nicht an der Bewertung der Ergebnisse beteiligt.

Hypothesen:

Die folgenden Hypothesen werden mit einem Signifikanzniveau von =0,05 getestet:

• Nullhypothese: Die wahre quadratische Mittelwertdifferenz (RMSD) zwischen dem RR des Test- und Referenzgeräts ist größer oder gleich 0,9 Brpm.
• Alternativhypothese: Der wahre RMSD beträgt weniger als 0,9 Brpm.

Die obigen Hypothesen entsprechen den folgenden:

Nullhypothese: Die wahre mittlere quadratische Differenz (MSD) zwischen dem RR des Test- und Referenzgeräts ist größer oder gleich 0,81 (Atemzüge pro Minute)2.

Alternativhypothese: Der wahre MSD beträgt weniger als 0,81 (Atemzüge pro Minute)2. Ein RMSD < 0,90 Brpm bedeutet, dass die 95 %-Übereinstimmungsgrenzen innerhalb von 2 Brpm liegen (siehe Abschnitt 14.2). Vordefinierte Übereinstimmungsgrenzen von 2 Brpm wurden von Smith et al. vorgeschlagen. 2011 als klinisch unbedeutend eingestuft.

Analysepopulationen:

Die Studienpopulation umfasst normale Probanden und Probanden mit anderen Atemwegserkrankungen. Die vollständige Analysepopulation umfasst alle Patienten, die in die Studie aufgenommen wurden, mit Ausnahme von Protokollverletzern, und die ein Paar Messungen vom Thora-3Di-Gerät und dem COSC lieferten. Diese Population wird als Teil der Primäranalyse verwendet.

Standortübergreifende Poolbarkeit von Daten:

Um die Poolbarkeit von Daten über Standorte hinweg zu beurteilen, werden die mittleren absoluten Unterschiede zwischen der mit Thora 3Di und dem Kapnographen gemessenen RR mit einem T-Test mit zwei Stichproben verglichen. Wenn der p-Wert des Tests größer als 0,10 ist, wird auf die Poolbarkeit der Daten geschlossen.

Primäre Endpunktanalyse und Akzeptanzkriterien:

Die Atemfrequenzzählungen von Thora 3Di und COSC werden paarweise verglichen. Um die Hypothese zu testen, dass die MSD weniger als 0,81 Brpm2 beträgt, wird ein Wald-Test durchgeführt. Die folgende Teststatistik wird berechnet und mit dem Schwellenwert von -1,645 aus einer Standardnormalverteilung verglichen:

T=(MSD-0,81)/(υ(τ=0,81)) Dabei ist υ(τ=0,81) der geschätzte Standardfehler des MSD unter der Annahme, dass der mittlere MSD 0,81 beträgt, wie in Abschnitt 14.2 definiert. Wenn T<-1,645, wird die Nullhypothese verworfen und wir kommen zu dem Schluss, dass das Testgerät über eine ausreichende Genauigkeit verfügt.

Darüber hinaus werden Bland-Altman-Diagramme erstellt und die 95 %-Übereinstimmungsgrenzen berechnet. Insbesondere werden die Unterschiede zwischen den RR-Messungen des Test- und Referenzgeräts gegen den Mittelwert der beiden RR-Messungen aufgetragen. Referenzlinien, die die 95 %-Übereinstimmungsgrenzen darstellen, definiert durch die mittlere Differenz ±1,96x Standardabweichung der Differenz, werden ebenfalls in das Diagramm einbezogen. Außerdem wird ein Streudiagramm mit der linearen Regressionsgeraden sowie deren Steigung und Schnittpunkt angegeben.

Das Akzeptanzkriterium für den primären Endpunkt beträgt +/- 2 Brpm. Dies entspricht einem MSD<0,81 brpm2.

Gesamtanalyse: Alle in die Studie aufgenommenen Probanden werden berücksichtigt, indem die Anzahl der eingegebenen Patienten, die Anzahl in jeder Population, die Abbrüche und die Gründe für den Abbruch aufgeführt werden. Es werden zusammenfassende Statistiken für unerwünschte Vorfälle, Demografie, klinische Merkmale, Atemfrequenzen vom Thora 3Di-Gerät und dem COSC erstellt. Im Allgemeinen werden kategoriale Daten anhand von Häufigkeitszählungen und Prozentsätzen zusammengefasst, und kontinuierliche Daten werden anhand von Mittelwerten, Standardabweichungen, Minima, Medianen und Maxima zusammengefasst. Diese Zusammenfassungen werden auf besorgniserregende Muster untersucht und gegebenenfalls werden weitere Analysen durchgeführt.