インピーダンスカーディオグラフィー: 気管内心拍出量モニター (ECOM) の臨床評価 (ECOM)

はじめに: 心拍出量は重要な生理学的パラメーターです。 残念ながら、関連するリスクを伴う侵襲的手法を使用せずに測定することは、多くの場合困難です。 肺動脈カテーテルは、その導入以来、人間の心拍出量測定のゴールド スタンダードと見なされてきました。 残念なことに、肺動脈カテーテルは深刻な合併症を引き起こします.1,2 胸部電気生体インピーダンス (TEB) は、心拍出量を測定するための可能な非侵襲的手法として提案されています。 TEB の精度と信頼性は何度も評価されており、一部の研究では熱希釈との良好な相関関係が実証されており 3-7、その他の研究では相関性が低いことが実証されています.6,8-15。 TEB は、心肺バイパス 8,9、腎移植 11、うっ血性心不全 16、肺水腫 14、敗血症 12、妊娠 15、腹部手術 11,17、または重大な疾患 13,14 の後の患者では信頼できません。

TEB の制限の 1 つは、信号対雑音比です。 一般に、TEB システムは、皮膚に適用される交流電流 (20 ～ 100 Khz で 1 ～ 4 mA) を使用し、胸部の血管構造を通過する電流の割合をほとんど制御しません。 呼吸に伴う肺の電気インピーダンスの変化は、血液を含む構造を通過する全電流のパーセンテージを変化させます。 最後に、胸部内のすべての血液含有構造を測定対象の単一のインピーダンスとして扱うと、信号をさまざまな成分に分離することができなくなります。 標的構造に供給される電流のパーセンテージを安定させ、その標的構造から直接電気インピーダンス信号を記録する技術は、心拍出量のインピーダンスベースの測定の精度と信頼性を向上させます。

気管内心拍出量モニター (ECOM) は、気管内チューブの電極によって気管粘膜に供給される電流 (2 ma 100 Khz) によって生成される電圧を記録するシステムです。 上行大動脈と気管が近接しているため、上行大動脈のインピーダンス変化からの電流配信と信号記録を最適化できるデバイスの設計が可能になります。 この研究では、麻酔患者における ECOM システムの精度と有効性をテストします。

重要性: 患者の心拍出量を測定するための、単純で、安価で、継続的で、非侵襲的で、正確で、再現性のある方法があれば、心拍出量の肺動脈カテーテル測定の必要性が減ります。 このような技術は、重症患者の血行動態の不安定性の迅速な診断と治療を可能にします。 心拍出量の維持は、罹患率と死亡率につながる末端臓器損傷の予防に不可欠です。 心拍出量を正確に測定する技術は、重症患者の管理に大いに役立ちます。

方法:

Conmed ECOM 6-3D 気管内チューブを使用した心拍出量の測定と、肺動脈カテーテルを使用した心拍出量の測定を比較することを提案します。 私たちは、標準的な熱希釈技術を使用して行われた心拍出量と、臨床ケアの通常の過程で熱希釈技術によって測定された心拍出量を持っている患者の心拍出量の相関研究を行います。 インピーダンスカーディオグラフィーで測定された心拍出量を通過時間測定値と比較します。

これらの相関研究は、O.R.で行われます。心臓手術が予定されている患者の集中治療室では、標準的な熱希釈法を使用して心拍出量を定期的に測定しています。

Kubicek18、Bernstein-Sramek19、Shmulewitz20、適応アルゴリズムなど、胸部インピーダンス信号を心拍出量の計算に変換するために、さまざまなアルゴリズムが開発されています。 これらの各アルゴリズムは、抵抗の測定値を体積の測定値に変換するために、ある種の経験的に導き出された係数を必要とします。 ECOM システムは、適応型マルチパラメータ アルゴリズムを使用して、被験者間のばらつきを低減します。 豚モデルの経験的適合性を導き出しましたが、患者にはそうしていません。 したがって、この調査は 2 つのコンポーネントに分割されます。 15 人の患者の最初のデータ収集は、ECOM システムと真の心拍出量との間の経験的な適合に関するデータを提供します。 300 人の患者の 2 番目のセットは、アルゴリズムのテスト グループになります。

1. 一般的な研究デザイン

   2 成分研究: 2 成分研究。 最初のセクションは、ECOM 信号と真の心拍出量との間の経験的な適合に関するデータを提供する 15 人の患者の研究です。 2 番目のセクションは、アルゴリズムの検証のためのテスト データを提供する 300 人の患者の研究です。

   心拍出量の測定: インピーダンス装置によって測定された心拍出量は、熱希釈カテーテルからの測定値と比較されます。 主な比較は、ECOM 測定値と熱希釈測定値の間で行われます。

   安全性データ: これまでに研究された患者における ECOM システムの使用による合併症は確認されていません。 この安全性プロファイルにもかかわらず、ECOM チューブの使用に伴う潜在的な問題を特定したいと考えています。 これらの問題には、気管狭窄、喉頭損傷、声帯損傷、声の変化が含まれる可能性があります。 これらの合併症を病歴とフォローアップで探しました。 また、気道損傷を探すために、より広範な術後インタビューも含めました。

2. データ分析の方法

   一次結果の比較は、熱希釈心拍出量と ECOM インピーダンス測定値との相関になります。 熱希釈心拍出量測定値対インピーダンスカーディオグラフィーの線形回帰およびブランド-アルトマン統計の両方が実行されます。 有意性は p < 0.05 になります。

   電力計算:

   15 人の患者のサンプル サイズでは、0.75 の相関 R2 を示す 90% の検出力が得られます。 ECOM 豚の研究では、R2 は 0.77 ～ 0.84 です。 300 人の患者の 2 番目のセクションでは、幅広い患者の技術を評価するのに十分な患者の変動性 (大、小、男性、女性、若い、古い、大動脈のアテローム性動脈硬化症、大動脈弁逆流) が得られます。

3. 科目選択

   1. 誰となぜ:

      体外循環および胸骨正中切開を用いた心臓手術が予定されている患者は同意される。 心臓手術の定期的なケアの一環として、これらの患者は挿管され、肺動脈カテーテルが配置されます。 したがって、この研究で提案された測定は、追加のリスクをほとんど追加しません。 研究患者は、気管内電極測定（ECOM 6-3D）を可能にする気管内チューブで挿管されます。 熱希釈心拍出量は日常的に測定され、最小限の追加リスクで ECOM と熱希釈心拍出量測定値の間の相関を可能にします。

   2. 総数／群あたりの数 胸骨正中切開による心臓手術を受ける３００人の患者が研究される。

4. 被験者の募集 1) 出典: サンフランシスコ退役軍人医療センター (VAMC) 病院で心臓手術が予定されている患者。

   2) 最初の連絡方法: 見込みのある被験者は、研究担当医師から連絡を受け、入院前に麻酔の術前 (preop) クリニックで、または患者がすでに入院している場合は病院で同意を得ます。 被験体は、同意を得る治験担当医師からアプローチされます。

5. 同意プロセスおよび文書化 すべての同意は、患者にリスクを説明する治験担当医によって取得されます。 VA 母集団が使用されます。 未成年者や英語を話さない人は含まれません。 精神的に同意を与えることができない患者は含まれません。 署名、書面、証人、インフォームド コンセントのみが使用されます。

6. 手順 １）研究手順 患者は、手術のために定期的なモニター配置を受ける。 手術のために肺動脈カテーテルを留置する患者のみが含まれます。 標準的な麻酔の準備、導入、維持、および出現における次の例外が作成されます。

   1. 追加の ECG 電極パッチが配置されます。

   2. 気管内チューブには、7 つの銀ドープ プラスチック電極 (Conmed ECOM チューブ) があります。

   3. パルスオキシメトリは、指、鼻、および額のパルスオキシメトリ測定を継続的に使用して測定および記録されます。 パルスオキシメトリーの測定値は、3 つのサイト間で比較され、心拍出量測定値と比較されます。 信号が 3 つのサイトから取得される時間の割合が計算されます。 パルスオキシメトリ測定の精度は、日常的に行われる血中飽和度測定と比較されます。 手術中はパルスオキシメトリーが必要です。 この追加により、日常のケア中に得られた値が記録されます。 ブランドやセンサーの種類に違いがある場合は、それらの結果が報告される場合があります。

   4. 心拍出量は、氷冷熱希釈およびインピーダンスカージオグラフィーによって測定されます。 研究に関与するすべての職員は、患者の管理が熱希釈由来の心拍出量測定値のみを使用して行われることを理解しています。 ECOM 気管内心拍出量測定は研究目的のみであり、患者の管理には使用されません。

   5. ECOM インピーダンス心電図は、通常の熱希釈心拍出量測定が行われるときに ICU で測定されます。 気管内インピーダンス測定（ECOM）は、気管抜管まで継続されます。 熱希釈測定値との相関は、気管内チューブまたは熱希釈カテーテルのいずれかが取り外されると停止します (通常、術後 0 日目)。

   6. 患者はインタビューを受け、研究からの有害な結果について医療記録がレビューされます。 インタビューは、退院前、退院後 1 か月、その後は毎年行われます。

   7. 調査が実施され、調査チームによってデータが収集されます。

   2) 時間: 研究は、手術中および ICU 滞在中に実施されます。 手術を 5 分以上遅らせてはなりません。 電極パッチの配置は迅速です。 気管内電極は気管内チューブに取り付けられ、チューブの配置は日常的に行われます。 心拍出量とインピーダンスデータの記録は、手術を遅らせることはありません。 大動脈フロー プローブの配置と取り外しは迅速ですが、手術が数分間遅れる可能性があります。 ICU で収集されたデータは、熱希釈とインピーダンス データの間の相関のみになります。これは、手術室の外では通過時間データを収集できないためです。 ICU データは、ICU や退院を遅らせることはありません。

   3) 研究場所: すべての研究は、VAMC の手術室または ICU で実施されます。

7. リスク/不快感

   1. 追加の ECG 電極パッチのリスクは最小限です。 すべての回路は電気的に絶縁されており、グラウンド ループと漏れ電流を回避するために生物医学工学によって承認されています。 電気火傷や感電の可能性は常にありますが、これらはまれです。
   2. 気管内チューブには、7 つの銀ドープ プラスチック電極があります。 電気的リスクに加えて、電極による気管粘膜損傷の可能性があります。 電極は、生体適合性があり、医学的に承認された、銀をドープしたプラスチックです。 それらは滑らかで、気管粘膜にリスクをもたらすべきではありません。 すべての気管内チューブは、製造後に滅菌されます。
   3. パルスオキシメトリ測定値が記録されます。 手術中はパルスオキシメトリー測定が必要です。 追加のリスクはありません。
   4. 心拍出量は、手術中10分ごとに氷熱希釈およびインピーダンスカーディオグラフィーによって測定されます。 サンプルは、10 cc の体積の氷冷生理食塩水で得られます。 5 時間の操作で、液体の総量は 800 cc になります。 心疾患の患者には定期的に 1000 cc の生理食塩水を投与するため、心拍出量測定によるこの余分な量を考慮して、定期的な輸液量を減らします。 患者の積極的な加温が研究を通して継続するため、氷冷注射は患者の体温に影響を与えません。
   5. インピーダンス心電図測定は、高周波 (100 Khz)、低電流 (4 mA)、入力インピーダンス 1 mOhms です。 すべての回路は電気的に絶縁され、生物医学工学によって承認されます。 火傷やショックのリスクは常にありますが、これらはまれです。

   患者の他の電気機器 (ECG、ペースメーカーなど) との干渉も、患者による低電流出力の認識もありません。 インピーダンスカージオグラフィ装置は、30 年以上使用されています。 それらは FDA によって完全に承認されており、一部は臨床使用のために市販されています。

   6. 患者へのインタビューと医療記録のレビューは、研究によって引き起こされた問題を特定することにより、患者の安全性を高めます。

8. 怪我の治療と補償：この研究による患者へのリスクは最小限です。 研究による傷害があった場合、治療が利用可能になります。 患者が退役軍人の給付を受ける資格がある場合、そのような治療の費用は退役軍人局によってカバーされます。 そうでない場合、そのような治療の費用は、多くの要因に応じて、退役軍人局またはカリフォルニア大学によってカバーされる場合があります。 退役軍人局と大学は、通常、傷害に対する他の形式の補償を提供しません。 これに関する詳細については、患者は V.A. に電話することができます。 (415) 750-2288 の地区弁護士または (415) 476-1814 の人間研究に関する UCSF 委員会のオフィス。
9. 代替案: 研究への参加の同意または拒否は、患者のケア、ケアの種類、またはケアへのアクセスに影響を与えません。

インフォームド コンセント: インフォームド、書面による同意は、研究関連の手順を開始する前に、各研究対象から取得する必要があります。 研究の性質の完全な開示は、連邦規則集 (21CFR 50.20) に記載されているガイドラインに従って行われる必要があります。

中止: 患者は、以下を含む何らかの理由で、研究への参加を選択するか、中止することができます。

a.患者のさらなる参加の拒否; b. 患者の参加を医師が拒否すること。 j. 被験者の費用: 被験者に費用はかかりません。 すべての研究関連のテストの費用は、Conmed によってカバーされます。

k.被験者の払い戻し: 何も提供されません。

l.記録の機密性: すべての記録は機密扱いとなります。 すべてのデータは、コード番号のみで分析されます。 コード番号は、主任研究者の管理下で VAMC に保管されます。 レポートに患者 ID が含まれることはありません。

5. 調査員の資格: Dr. Arthur Wallace, M.D., Ph.D. 1978年以来、大型動物、ヒトの臨床試験、ヒトの生理学的測定などの医学研究を行ってきました。 彼は博士号を持っています。生物医学工学の博士号を取得し、医療インターンシップ、麻酔レジデンシー、および心臓麻酔学のフェローシップを修了しました。 彼は 1992 年から UCSF で麻酔科の教員を務めており、この間、Afterload、Warm Cardioplegia、Atenolol、Clonidine、EDRF Intraop、L-ARG、AVD Study、PCRRT など、リスクの高い患者を対象としたいくつかの臨床試験の PI を務めています。 、および動脈瘤試験。 ウォレス博士は 1991 年からインピーダンス デバイスに携わっており、1996 年の開始以来、ECOM プロジェクトの主任科学顧問を務めています。 彼は、管の設計、アルゴリズム開発、電子設計、生体内実験、および動物と人間の試験を担当してきました。