Impedantiecardiografie: klinische evaluatie van endotracheale cardiale outputmonitor (ECOM) (ECOM)

Inleiding: Cardiac output is een belangrijke fysiologische parameter. Helaas is het vaak moeilijk te meten zonder gebruik te maken van invasieve technieken met bijbehorend risico. De pulmonaalslagaderkatheter wordt sinds zijn introductie beschouwd als de gouden standaard voor het meten van het hartminuutvolume bij de mens. Helaas zijn longslagaderkatheters in verband gebracht met ernstige complicaties.1,2 Thoracale elektrische bio-impedantie (TEB) is voorgesteld als een mogelijke niet-invasieve techniek voor het meten van het hartminuutvolume. De nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van TEB is meerdere keren geëvalueerd, waarbij sommige onderzoeken een goede correlatie met thermodilutie3-7 aantoonden en andere een slechte correlatie.6,8-15. TEB is niet betrouwbaar bij patiënten na cardiopulmonale bypass8,9, niertransplantaties11, congestief hartfalen16, longoedeem14, sepsis12, zwangerschap15, buikoperatie11,17 of kritieke ziekte13,14.

Een van de beperkingen van TEB is de signaal-ruisverhouding. Gewoonlijk gebruiken TEB-systemen een wisselstroom (1 - 4 ma bij 20-100 Khz) die op de huid wordt aangebracht en hebben ze weinig controle over het stroompercentage dat door de vasculaire structuren in de borstkas gaat. Veranderingen in de elektrische impedantie van de longen met ademhaling veranderen het percentage van de totale stroom dat door bloedbevattende structuren gaat. Als tenslotte alle bloedbevattende structuren in de borst worden behandeld als een enkele te meten impedantie, kan het signaal niet worden gescheiden in de verschillende componenten. Een techniek die het percentage stroom dat aan de doelstructuur wordt geleverd, stabiliseert en de elektrische impedantiesignalen rechtstreeks van die doelstructuur registreert, verbetert de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van op impedantie gebaseerde meting van het hartminuutvolume.

De Endotracheale Cardiac Output Monitor (ECOM) is een systeem dat de spanning registreert die wordt geproduceerd door een stroom (2 ma 100 Khz) die door elektroden op een endotracheale buis aan het tracheale slijmvlies wordt afgegeven. De nabijheid van de stijgende aorta en de luchtpijp maakt het ontwerp mogelijk van een apparaat dat de stroomafgifte en signaalopname van impedantieveranderingen in de stijgende aorta kan optimaliseren. Deze studie zal de nauwkeurigheid en werkzaamheid van het ECOM-systeem testen bij verdoofde patiënten.

Betekenis: Een eenvoudige, goedkope, continue, niet-invasieve, nauwkeurige, reproduceerbare methode voor het meten van het hartminuutvolume bij patiënten zou de behoefte aan longslagaderkathetermetingen van het hartminuutvolume verminderen. Een dergelijke techniek zou de snelle diagnose en behandeling van hemodynamische instabiliteit bij de ernstig zieke patiënt mogelijk maken. Het in stand houden van het hartminuutvolume is essentieel voor het voorkomen van eindorgaanschade die leidt tot morbiditeit en mortaliteit. Een techniek die het hartminuutvolume nauwkeurig meet, zou een grote hulp zijn bij de behandeling van de ernstig zieke patiënt.

methoden:

We stellen voor om de meting van het hartminuutvolume met de Conmed ECOM 6-3D endotracheale tube te vergelijken met die met een longslagaderkatheter. We zullen correlatiestudies doen van het hartminuutvolume tegen die uitgevoerd met behulp van de standaard thermodilutietechniek bij patiënten, die in de normale loop van hun klinische zorg cardiale output laten meten door de thermodilutietechniek. We zullen het hartminuutvolume, gemeten door impedantiecardiografie, vergelijken met transittijdmetingen.

Deze correlatiestudies zullen worden uitgevoerd in de OK. en intensive care-afdelingen bij patiënten die zijn ingepland voor hartchirurgie en die routinematig het hartminuutvolume meten met behulp van de standaard thermodilutiemethode.

Er zijn veel verschillende algoritmen ontwikkeld voor de omzetting van thoracale impedantiesignalen in een berekening van het hartminuutvolume, waaronder Kubicek18, Bernstein-Sramek19, Shmulewitz20, adaptieve algoritmen.20 Elk van deze algoritmen vereist een soort empirisch afgeleide factor om weerstandsmetingen om te zetten in volumemetingen. Het ECOM-systeem maakt gebruik van een adaptief algoritme met meerdere parameters dat de variabiliteit tussen onderwerpen vermindert. We hebben de empirische fit voor het varkensmodel afgeleid, maar hebben dit niet gedaan voor patiënten. Dit onderzoek zal daarom in twee delen worden opgedeeld. De eerste gegevensverzameling van 15 patiënten zal de gegevens opleveren voor de empirische fit tussen het ECOM-systeem en het werkelijke hartminuutvolume. De tweede set van 300 patiënten wordt de testgroep voor het algoritme.

1. Algemeen studieontwerp

   Tweecomponentenstudie: Tweecomponentenstudie. Het eerste deel is een onderzoek met 15 patiënten dat de gegevens zal verschaffen voor de empirische fit tussen het ECOM-signaal en het werkelijke hartminuutvolume. Het tweede deel is een onderzoek met 300 patiënten dat de testgegevens zal leveren voor de validatie van het algoritme.

   Cardiale outputmetingen: Cardiac outputs gemeten door het impedantieapparaat zullen worden vergeleken met metingen van de thermodilutiekatheter. De primaire vergelijking zal zijn tussen ECOM-metingen en de thermodilutiemeting.

   Veiligheidsgegevens: Er zijn geen complicaties vastgesteld bij het gebruik van het ECOM-systeem bij patiënten die tot nu toe zijn bestudeerd. Ondanks dit veiligheidsprofiel willen we eventuele problemen met het gebruik van ECOM-buizen in kaart brengen. Deze problemen kunnen mogelijk tracheale stenose, laryngaal letsel, stembandletsel en veranderingen in de stem omvatten. We hebben naar deze complicaties gezocht met klinische geschiedenis en follow-up. We hebben ook een uitgebreider postoperatief interview opgenomen om eventuele luchtwegletsel op te sporen.

2. Methoden voor gegevensanalyse

   Primaire uitkomstvergelijking is de correlatie tussen thermodilutie cardiale output en ECOM-impedantiemetingen. Zowel lineaire regressie als Bland-Altman-statistieken van thermodilutie-hartminuutvolumemetingen versus impedantiecardiografie zullen worden uitgevoerd. De significantie zal p < 0,05 zijn.

   Vermogensberekeningen:

   Een steekproef van 15 patiënten geeft ons een vermogen van 90% om een ​​correlatie R2 van 0,75 aan te tonen. In de ECOM-varkensstudie hebben we een R2 van 0,77 tot 0,84. De tweede sectie met 300 patiënten geeft ons voldoende patiëntvariabiliteit (groot, klein, man, vrouw, jong, oud, aorta-atherosclerose, aorta-insufficiëntie) om de techniek bij een breed spectrum van patiënten te beoordelen.

3. Onderwerp selectie

   1. Wie en waarom:

      Patiënten die zijn ingepland voor hartchirurgie met extracorporale circulatie en mediane sternotomie zullen worden goedgekeurd. Als onderdeel van hun routinematige zorg voor hartchirurgie worden deze patiënten geïntubeerd en worden longslagaderkatheters geplaatst. De in deze studie voorgestelde metingen zullen dus weinig extra risico toevoegen. Onderzoekspatiënten zullen worden geïntubeerd met een endotracheale tube die endotracheale elektrodemetingen mogelijk maakt (ECOM 6-3D). Thermodilutie cardiale output wordt routinematig gemeten, waardoor een correlatie mogelijk is tussen ECOM en thermodilutie cardiale outputmetingen met minimaal extra risico.

   2. Totaal aantal/aantal per groep Driehonderd (300) patiënten die hartchirurgie ondergaan met mediane sternotomie zullen worden bestudeerd.

4. Onderwerp Werving 1) Bron: Patiënten gepland voor hartchirurgie in het San Francisco Veterans Affairs Medical Center (VAMC) ziekenhuis.

   2) Eerste contactmethode: potentiële proefpersonen worden benaderd door een onderzoeksarts en toestemming wordt verkregen in de anesthesie preoperatieve (preoperatieve) kliniek voorafgaand aan opname in het ziekenhuis, of in het ziekenhuis, als de patiënt al opgenomen is. Proefpersonen zullen worden benaderd door een onderzoeksarts die toestemming zal verkrijgen.

5. Toestemmingsproces en documentatie Alle toestemming wordt verkregen door onderzoeksartsen die de risico's aan de patiënt zullen uitleggen. De VA-populatie wordt gebruikt. Er worden geen minderjarigen of niet-Engelstaligen opgenomen. Er worden geen patiënten opgenomen die geestelijk niet in staat zijn om toestemming te geven. Alleen ondertekende, schriftelijke, getuige, geïnformeerde toestemming zal worden gebruikt.

6. Procedures 1) Onderzoeksprocedures De patiënt ondergaat routinematig een monitorplaatsing voor een operatie. Alleen patiënten bij wie een longslagaderkatheter zou worden geplaatst voor hun operatie, worden opgenomen. De volgende uitzonderingen bij standaard anesthesievoorbereiding, inductie, onderhoud en opkomst worden gemaakt.

   1. Er worden extra ECG-elektrodepleisters geplaatst.

   2. De endotracheale tube heeft 7 met zilver gedoteerde plastic elektroden (Conmed ECOM Tube).

   3. Pulsoximetrie wordt continu gemeten en geregistreerd met behulp van vinger-, neus- en voorhoofdpulsoximetriemetingen. Pulsoximetriemetingen zullen worden vergeleken tussen de drie locaties en worden vergeleken met metingen van het hartminuutvolume. Het percentage van de tijd dat een signaal wordt verkregen van de drie locaties wordt berekend. De nauwkeurigheid van pulsoximetriemetingen wordt vergeleken met routinematig afgenomen bloedverzadigingsmetingen. Pulsoximetrie is vereist tijdens de operatie. Deze toevoeging registreert de waarden die zijn verkregen tijdens routinematige zorg. Als er verschillen zijn tussen merken of sensortypes, kunnen die resultaten worden gerapporteerd.

   4. Het hartminuutvolume wordt gemeten door middel van ijsthermodilutie en impedantiecardiografie. Al het personeel dat betrokken is bij het onderzoek begrijpt dat het beheer van de patiënt alleen zal worden uitgevoerd met behulp van de van thermodilutie afgeleide cardiale outputmetingen. De ECOM endotracheale cardiale outputmetingen zijn alleen voor onderzoeksdoeleinden en zullen niet worden gebruikt bij de behandeling van de patiënt.

   5. ECOM-impedantiecardiografie wordt gemeten op de ICU wanneer routinematige metingen van het hartminuutvolume met thermodilutie worden uitgevoerd. Endotracheale impedantiemetingen (ECOM) worden voortgezet tot tracheale extubatie. Correlatie met thermodilutiemetingen wordt gestopt wanneer ofwel de endotracheale tube of de thermodilutiekatheter wordt verwijderd (routinematig na dag 0).

   6. De patiënt zal worden geïnterviewd en de medische dossiers zullen worden beoordeeld op eventuele nadelige resultaten van de studie. Interviews vinden plaats vóór ontslag uit het ziekenhuis, een maand na ontslag en daarna jaarlijks.

   7. Het onderzoek wordt uitgevoerd en de gegevens worden verzameld door het onderzoeksteam.

   2) Tijd: Het onderzoek wordt uitgevoerd tijdens de operatie en het verblijf op de IC. Het mag de operatie niet langer dan 5 minuten vertragen. Plaatsing van de elektrodepleisters gaat snel. De endotracheale elektroden worden aan de endotracheale tube bevestigd en het plaatsen van de tube is routinematig. Het vastleggen van cardiale output en impedantiegegevens zal de operatie niet vertragen. Het plaatsen en verwijderen van de aortastroomsonde gaat snel, maar kan de operatie enkele minuten vertragen. Gegevens die op de ICU worden verzameld, zijn alleen correlaties tussen thermodilutie- en impedantiegegevens, aangezien er geen transittijdgegevens kunnen worden verzameld buiten de operatiekamer. ICU-gegevens zullen het ontslag van de ICU of het ziekenhuis niet vertragen.

   3) Studielocatie: Alle onderzoeken worden uitgevoerd in het VAMC, hetzij in de operatiekamers of op de IC.

7. Risico's/ongemak

   1. De extra ECG-elektrodepleisters hebben een minimaal risico. Alle circuits hebben een elektrische isolatie en zijn goedgekeurd door biomedische ingenieurs om aardlussen en lekstromen te voorkomen. Er is altijd de kans op elektrische brandwonden of schokken, maar deze zijn zeldzaam.
   2. De endotracheale tube heeft zeven met zilver gedoteerde plastic elektroden. Naast de elektrische risico's is er de kans op tracheale slijmvliesbeschadiging door de elektroden. De elektroden zijn biocompatibel, medisch goedgekeurd, met zilver gedoteerd plastic. Ze zijn glad en vormen geen risico voor het tracheale slijmvlies. Alle endotracheale tubes worden na fabricage gesteriliseerd.
   3. Pulsoximetriemetingen worden geregistreerd. Tijdens de operatie zijn pulsoximetriemetingen vereist. Ze voegen geen extra risico toe.
   4. Het hartminuutvolume wordt tijdens de operatie om de tien minuten gemeten door middel van ijsthermodilutie en impedantiecardiografie. Er worden monsters genomen met een volume van tien cc ijskoude zoutoplossing. Een operatie van vijf uur zou een totaal volume van 800 cc vloeistof hebben. We geven routinematig 1000 cc zoutoplossing aan patiënten voor cardiale gevallen, dus we zullen de routinematige vloeistoftoediening gewoon verminderen om rekening te houden met dit extra volume uit metingen van het hartminuutvolume. IJs-injectaat heeft geen effect op de temperatuur van de patiënt, aangezien de actieve opwarming van de patiënt doorgaat tijdens het onderzoek.
   5. Impedantiecardiografiemetingen zijn hoogfrequent (100 Khz), laagstroom (4 mA), met ingangsimpedantie van 1 mOhm. Alle circuits worden elektrisch geïsoleerd en goedgekeurd door biomedische ingenieurs. Er is altijd het risico op brandwonden of schokken, maar deze zijn zeldzaam.

   Er is geen interferentie met andere elektrische apparatuur op de patiënt (bijv. ECG, pacemaker, etc.) noch perceptie van de lage stroomafgifte door de patiënt. Impedantiecardiografieapparaten worden al meer dan 30 jaar gebruikt. Ze zijn volledig goedgekeurd door de FDA en sommige zijn in de handel verkrijgbaar voor klinisch gebruik.

   6. Het interview met de patiënt en de beoordeling van de medische dossiers zullen de veiligheid van de patiënt verhogen door problemen die door het onderzoek worden veroorzaakt, te identificeren.

8. Behandeling en compensatie voor letsel: Er zijn minimale risico's voor de patiënt van deze studie. Als er enig letsel is opgelopen door de studie, zal behandeling beschikbaar zijn. Als de patiënt in aanmerking komt voor een veteranenuitkering, worden de kosten van een dergelijke behandeling vergoed door de afdeling Veteranenzaken. Zo niet, dan kunnen de kosten van een dergelijke behandeling worden gedekt door het Department of Veterans Affairs of de University of California, afhankelijk van een aantal factoren. Het Department of Veterans Affairs en de universiteit bieden normaal gesproken geen andere vorm van vergoeding voor letsel. Voor meer informatie hierover kan de patiënt bellen met de V.A. Districtsadvocaat op (415) 750-2288 of het kantoor van de UCSF Committee on Human Research op (415) 476-1814.
9. Alternatieven: Toestemming of weigering om deel te nemen aan het onderzoek heeft geen invloed op de zorg van de patiënt, het soort zorg of de toegang tot zorg.

Geïnformeerde toestemming: Geïnformeerde, schriftelijke toestemming moet van elke proefpersoon worden verkregen voordat aan een studie gerelateerde procedures worden gestart. Een volledige openbaarmaking van de aard van het onderzoek moet worden gedaan in overeenstemming met de richtlijnen beschreven in de Code of Federal Regulations (21CFR 50.20).

Terugtrekking: Een patiënt kan ervoor kiezen om om welke reden dan ook terug te treden uit het onderzoek, waaronder:

A. Weigering van de patiënt om verder deel te nemen; B. Weigering van de arts om patiëntenparticipatie toe te staan. J. Kosten voor de proefpersoon: Er zijn geen kosten voor de proefpersoon. De kosten van alle studiegerelateerde testen worden gedekt door Conmed.

k. Vergoeding van proefpersonen: er wordt geen verstrekt.

ik. Vertrouwelijkheid van dossiers: Alle dossiers zullen vertrouwelijk zijn. Alle gegevens worden alleen per codenummer geanalyseerd. Codenummers worden bewaard in het VAMC onder toezicht van de hoofdonderzoeker. Er zijn geen rapporten die patiënt-ID's bevatten.

5. Kwalificaties van onderzoekers: Dr. Arthur Wallace, M.D., Ph.D. heeft sinds 1978 medisch onderzoek gedaan, waaronder klinische proeven bij grote dieren, mensen en fysiologische metingen bij mensen. Hij heeft een Ph.D. in biomedische technologie en voltooide een medische stage, anesthesie-residentie en een fellowship in cardiale anesthesiologie. Hij is sinds 1992 faculteitslid anesthesiologie aan UCSF. Gedurende deze tijd was hij de PI van verschillende klinische onderzoeken bij patiënten met een hoog risico, waaronder de Afterload, Warm Cardioplegia, Atenolol, Clonidine, EDRF Intraop, L-ARG, AVD Study, PCRRT en aneurysma-onderzoeken. Dr. Wallace werkt sinds 1991 met impedantieapparaten en is sinds de start in 1996 de belangrijkste wetenschappelijke adviseur van de ECOM-projecten. Hij was verantwoordelijk voor het ontwerp van de buis, de ontwikkeling van algoritmen, het elektronische ontwerp, in-vivo-experimenten en de dier- en mensproeven.