EARSATS-19: In-Ear-Messung der Blutsauerstoffsättigung in der COVID-19-Nachsorge (EARSATS-19)

Die nicht-invasive ambulante Schätzung der Blutsauerstoffsättigung (SpO2) hat sich als wichtige klinische Anforderung herausgestellt, um Hypoxie (niedriger Blutsauerstoff) in der verzögerten postinfektiösen Phase von COVID-19 zu erkennen, in der eine gefährliche Hypoxie ohne subjektive Atemnot auftreten kann . Diese heute allgemein als „stille“ Hypoxie bezeichnete Hypoxie stellt einen unmittelbaren klinischen Auslöser dar.

Die COVID-19-Pandemie übt einen erheblichen Druck auf die klinischen Ressourcen mit ambulanten Patienten aus, die häufig nach Hause entlassen wurden, um auf virtuellen Stationen mit täglichen telefonischen Konsultationen betreut zu werden. Jetzt, wo sich der anfängliche Anstieg gelegt hat, beginnen wir zu verstehen, wie schwierig es ist, Patienten, die COVID-19 hatten, in Mengen nachzuverfolgen, die eine rechtzeitige Nachverfolgung unmöglich machen (BTS-Leitfaden 6 Wochen).

Es wächst die Sorge, dass die große Zahl von COVID-19-Überlebenden einem erhöhten Risiko für chronische Lungenerkrankungen wie Lungenfibrose ausgesetzt sein wird, bei denen eine frühzeitige Erfassung von Mustern mit niedrigem SpO2 dringend benötigte Erkenntnisse zur Verhinderung des Fortschreitens der Krankheit ans Licht bringen könnte. Die Unannehmlichkeiten, Unpraktikabilitäten und Ungenauigkeiten der herkömmlichen Messung von SpO2 (Prozenteinheit des Blutsauerstoffs) unter Verwendung einer herkömmlichen Fingersonde für diskrete Messwerte sind bekannt. Ein benutzerfreundliches, kontinuierliches SpO2-Fernüberwachungstool würde daher die schnelle Identifizierung einer Verschlechterung nach der Entlassung ermöglichen und auch die längerfristige Genesung verfolgen, was eine genaue Triage von Patienten mit begrenzten Nachsorgeressourcen ermöglicht.

Hearables und In-Ear-Photoplethysmographie

Reflektierende Photoplethysmographie (PPG), die Änderungen im Verhältnis zwischen rotem und infrarotem Licht zur Schätzung von SpO2 verwendet, kann an jeder Stelle mit Haut mit Gefäßsystem gemessen werden, aber die SpO2-Messung erfolgte herkömmlicherweise an den Fingern oder manchmal am Ohrläppchen. Das jüngste Interesse an der Entwicklung von Hearables9 hat den Gehörgang zu einem bevorzugten Ort für die Messung von Vitalfunktionen in der digitalen Gesundheitstechnologie gemacht. Tatsächlich stellt der Gehörgang, der als Abschirmung gegen externes elektrisches Rauschen fungiert (ähnlich einem natürlich gebauten Faraday-Käfig), aufgrund seiner im Allgemeinen festen Position relativ zum Herzen (Ohr-Elektrokardiogramm) und Nähe eine einzigartige Gelegenheit für physiologische Messungen dar zum Gehirn (Ohr-Elektroenzephalogramm). Im Vergleich zu den Gliedmaßen bewegt sich der Kopf im täglichen Leben weniger, und dies ist eine Eigenschaft, die dazu beigetragen hat, die Machbarkeit von Wearables zur Erkennung von Ohr-EKG und Ohr-EEG zu etablieren.

Im Gegensatz zum Finger- und Ohrläppchen-PPG-Signal hat das In-Ear-PPG gezeigt, dass der Gehörgang, da es sich um einen engen Hohlraum mit gleichmäßiger Blutversorgung handelt, ein Signal bietet, das stabil und widerstandsfähig gegenüber Änderungen des Blutvolumens ist, die während einer Hypothermie auftreten . Dieses Attribut hat den Gehörgang als bevorzugten Ort für die genaue Messung der Körperkerntemperatur etabliert. Es hat sich auch gezeigt, dass In-Ear-PPG weitaus empfindlicher als Ohrläppchen- und Finger-PPG auf Amplitudenänderungen ist, die durch die Atmung entstehen, wodurch eine bessere Messung der Atemfrequenz ermöglicht wird. Darüber hinaus wurde eine signifikante Verzögerung zwischen der Ohrläppchen-Pulsoximetrie und der Pulsoximetrie an der Hand oder dem Fuß zur Erkennung einer Hypoxämie (niedriger Blutsauerstoffspiegel) nachgewiesen.

Frühere Arbeiten unter der Leitung der Gruppe von Professor Mandic an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften zeigten, dass in einer Studie mit 14 gesunden Freiwilligen In-Ear-PPG im Vergleich zum aktuellen Behandlungsstandard - dem Fingerclip - der In-Ear-Sensor nicht unterlegen und potenziell überlegen ist in Bezug auf die Detektion einer mittleren Blutsauerstoffverzögerung (die Zeit, die von der Detektion einer minimalen Blutsauerstoffänderung im Ohr bis zur Detektion einer minimalen Blutsauerstoffveränderung im Finger benötigt wird) um 12,4 Sekunden reduziert, wodurch eine akute Entsättigung schneller erkannt wird.

BEGRÜNDUNG FÜR DIE AKTUELLE STUDIE

Dieses Projekt zielt darauf ab, die Machbarkeit der SpO2-Messung aus dem Gehörgang als bequemen Ort für die Überwachung in der Patientenpopulation nach COVID-19 zu etablieren und einen umfassenden Vergleich mit dem rechten Zeigefinger – dem herkömmlichen klinischen Messort – durchzuführen. Die Anfangsphase der Studie beginnt mit insgesamt n = 60 Patienten; 30 Patienten, die im Rahmen ihrer routinemäßigen klinischen Nachsorge nach COVID-19, die bereits eine SpO2-Überwachung und einen sechsminütigen Gehtest (6MWT) umfasst, ins Krankenhaus eingeliefert werden. Diese Studie wird auch weitere 30 Patienten mit chronischer Lungenerkrankung rekrutieren, die ebenfalls an diesen ambulanten Routineuntersuchungen teilnehmen.

Die kontinuierliche Überwachung und schnelle Erkennung einer Entsättigung kann eine frühere Warnung vor einer Verschlechterung oder eine detaillierte Verfolgung einer sich verbessernden Trajektorie liefern. Gegenwärtige alternative Überwachungsstrategien sind reaktiv und drehen sich alle um den klassischen Finger- oder Ohrläppchenclip, die weniger empfindlich sind und eine Reihe von Herausforderungen für die kontinuierliche Überwachung darstellen. Das tägliche Leben mit einem Fingerclip oder sogar einem Ohrläppchenclip ist problematisch mit einem viel höheren Signalrauschen von Bewegungsartefakten mit dem Fingerclip im Vergleich zu dem in einer stabilen Kopfposition platzierten Ohrstöpsel.

Aus Patientensicht ist der in dieser Studie verwendete Ohrstöpsel-Formfaktor ihnen vertraut, ähnelt einem In-Ear-Kopfhörer und wird bei täglichen Aktivitäten viel weniger störend sein als ein Fingerclip. Daher ist das Potenzial für eine kontinuierliche Überwachung während des aktiven Tages und der Nacht viel benutzerfreundlicher und für die jüngeren und potenziell aktiveren COVID-19-Patienten von entscheidender Bedeutung. Eine kontinuierliche Überwachung würde die Entwicklung protokollierter Behandlungspfade ermöglichen, um den Patienten ein zunehmendes Maß an unterstützter Selbstversorgung zu bieten und während zukünftiger Pandemien lebenswichtige Ressourcen freizusetzen.

Die in dieser Pilot-Machbarkeitsstudie generierten Daten würden eine Skalierung ermöglichen, um sich auf größere Forschungsprojekte bei späteren Stoßentladungen und Folgemaßnahmen vorzubereiten. Die nächste Stufe würde zur ambulanten Überwachung übergehen, wobei ambulante Patienten mit dem Gerät nach Hause gehen und weitere COVID-Patientenpopulationen, wie z Atemnot und ihr Zustand wird lebensbedrohlich. Dieses Projekt ergänzt daher direkt die strategische Priorität des NHS für die frühzeitige unterstützte Entlassungsüberwachung für COVID-19-positive Patienten und die Nachsorge bei Langzeitkomplikationen.

Die Kohorte der COVID-19-Follow-up-Klinik (n = 30) ist ideal positioniert, um diese Technologie zu evaluieren; Aus quantitativer Sicht wird bei einer erheblichen Anzahl dieser Patienten während des 6MGT wahrscheinlich eine Entsättigung auftreten, was als Gelegenheit dient, die Fähigkeit des Geräts zu testen, dies zu erkennen. Da viele dieser Patienten entweder ins Krankenhaus eingeliefert oder zu Hause überwacht wurden – und daher Erfahrungen mit der SpO2-Überwachung gemacht haben – sind sie qualitativ einzigartig qualifiziert, um wertvolle Beiträge zur Benutzererfahrung zu leisten. In ähnlicher Weise ist die Kohorte mit chronischen Lungenerkrankungen (n = 30), die an routinemäßigen OP-Basislinien-SpO2-Messungen und 6MWT teilnimmt, ebenfalls gut für diese Studie geeignet.

Langfristig wird sich diese Technologie auch als unschätzbares Gerät für die Heimüberwachung von Beatmungspatienten erweisen. Über die aktuelle Pandemie hinaus besteht eine allgemeine Suche nach stärker personalisierten Gesundheitsdaten, sodass die Pulsoximetriemessung der kapillaren Sauerstoffsättigung (SpO2) in naher Zukunft wahrscheinlich sowohl auf den klinischen als auch auf den Verbrauchermarkt der tragbaren Gesundheitstechnologie expandieren wird.