EARSATS-19: Måling i øret av blodoksygenmetning i COVID-19-oppfølging (EARSATS-19)

Ikke-invasiv ambulatorisk estimering av blodoksygenmetning (SpO2) har dukket opp som et viktig klinisk krav for å påvise hypoksi (lavt oksygen i blodet) i den forsinkede post-infeksjonsfasen av COVID-19, der farlig hypoksi kan oppstå i fravær av subjektiv pustebesvær. . Denne nå ofte kalt "stille" hypoksi presenterer en umiddelbar klinisk driver.

COVID-19-pandemien legger et betydelig press på kliniske ressurser med ambulerende pasienter som ofte ble skrevet ut hjem for å bli tatt hånd om på virtuelle avdelinger med daglige telefonkonsultasjoner. Nå den første økningen har lagt seg, begynner vi å forstå utfordringen med å følge opp pasienter som har hatt COVID-19 i volum som betyr at det ikke er mulig å gjøre dette i tide (BTS-veiledning 6 uker).

Det er økende bekymring for at det enorme antallet COVID-19-overlevende vil ha økt risiko for kroniske lungesykdommer som lungefibrose, hvor tidlig innfanging av mønstre med lav SpO2 kan avdekke desperat tiltrengt innsikt for å forhindre sykdomsprogresjon. Ulempene, upraktikken og unøyaktighetene ved konvensjonell måling av SpO2 (prosentenheten av blodoksygen) ved bruk av en konvensjonell fingersonde for diskrete avlesninger er godt etablert. Et brukervennlig, eksternt kontinuerlig SpO2-overvåkingsverktøy vil derfor tillate rask identifisering av eventuelle forverringer etter utskrivning og også spore langsiktig restitusjon, noe som muliggjør nøyaktig triage av pasienter til begrensede oppfølgingsressurser.

Hørbare og in-ear fotopletysmografi

Reflekterende fotopletysmografi (PPG), som bruker en endring i forholdet mellom rødt og infrarødt lys for å estimere SpO2, kan måles fra ethvert sted med hud som har vaskulatur, men for SpO2 har målingen konvensjonelt vært fra fingrene eller noen ganger øreflippen. Den nylige interessen for utviklingen av Hearables9 har fremmet øregangen som et foretrukket sted for måling av vitale tegn i digital helseteknologi. Faktisk representerer øregangen, som fungerer som et skjold mot ekstern elektrisk støy (som ligner et naturbygget Faraday-bur), en unik mulighet for fysiologiske målinger, på grunn av dens generelle faste posisjon i forhold til hjertet (øre-elektrokardiogram) og nærhet til hjernen (øre-elektroencefalogram). I forhold til lemmer, beveger hodet seg mindre i dagliglivet, og dette er en egenskap som har bidratt til å etablere gjennomførbarheten av wearables for å oppdage øre-EKG og øre-EEG.

I motsetning til finger- og øreflippen PPG-signal, har in-ear PPG vist at øregangen, på grunn av å være et trangt hulrom med jevn blodtilførsel, gir et signal som er stabilt og motstandsdyktig mot endringer i blodvolum som oppstår under hypotermi. Denne egenskapen har etablert øregangen som et foretrukket sted for nøyaktig måling av kjernekroppstemperatur. In-ear PPG har også vist seg å være langt mer følsom enn øreflippen og finger-PPG for amplitudevariasjoner som oppstår fra respirasjon, og muliggjør dermed en bedre måling av respirasjonsfrekvens. Videre er det påvist en betydelig forsinkelse mellom øreflippens pulsoksymetri og pulsoksymetri på hånden eller foten for påvisning av hypoksemi (lave nivåer av blodoksygen).

Tidligere arbeid ledet av professor Mandics gruppe ved Det ingeniørvitenskapelige fakultet viste at i en studie av 14 friske frivillige in-ear PPG sammenlignet med gjeldende standard for omsorg - fingerklemmen - viser in-ear sensoren ikke-underlegenhet og potensiell overlegenhet med hensyn til påvisning av en gjennomsnittlig blodoksygenforsinkelse (tiden det tok fra å oppdage minimal blodoksygenforandring i øret til å oppdage minimal blodoksygen i fingeren) reduksjon på 12,4 sekunder, og dermed være raskere til å identifisere akutt desaturasjon.

BAKGRUNN FOR AKTUELT STUDIE

Dette prosjektet tar sikte på å etablere gjennomførbarheten av SpO2-måling fra øregangen som et praktisk sted for overvåking i pasientpopulasjonen etter COVID-19, og utføre en omfattende sammenligning med høyre pekefinger – det konvensjonelle kliniske målestedet. Den innledende fasen av studien vil starte med totalt n = 60 pasienter; 30 pasienter, som skal til sykehus som en del av deres rutinemessige kliniske oppfølging etter COVID-19, som allerede inkluderer SpO2-overvåking og en seks minutters gangtest (6MWT). Denne studien vil også rekruttere ytterligere 30 pasienter med kronisk lungesykdom som også deltar til disse rutinemessige polikliniske undersøkelsene.

Kontinuerlig overvåking og rask oppdagelse av desaturasjon kan gi tidligere advarsel om forverring eller detaljert sporing av en forbedret bane. Gjeldende alternative overvåkingsstrategier er reaktive og alle dreier seg om den klassiske finger- eller øreflippen, som er mindre følsomme og byr på en rekke utfordringer for kontinuerlig overvåking. Å leve hverdagen med en fingerklemme, eller til og med en øreflippen, er problematisk med mye høyere signalstøy fra bevegelsesartefakter med fingerklemmen sammenlignet med øreproppen plassert i en stabil hodeposisjon.

Fra et pasientperspektiv er ørepluggformfaktoren som vil bli brukt i denne studien kjent for dem, og ligner på øretelefoner, og vil være mye mindre påtrengende for daglige aktiviteter enn en fingerklemme. Derfor er potensialet for kontinuerlig overvåking under den aktive dagen og natten mye mer brukervennlig, og viktig for de yngre og potensielt mer aktive COVID-19-pasientene. Kontinuerlig overvåking vil tillate utvikling av protokolliserte behandlingsveier for å gi økende nivåer av støttet egenomsorg til pasienter, og frigjøre viktige ressurser under fremtidige pandemier.

Dataene generert i denne pilotstudien vil tillate skalering for å forberede seg på større forskningsprosjekter i enhver påfølgende overspenningsutslipp og oppfølging. Det neste trinnet vil gå over til poliklinisk overvåking, med ambulerende pasienter som går hjem med enheten og inkorporering av ytterligere COVID-pasientpopulasjoner som inneliggende pasienter som overvåkes for forverring, hvor disse enhetene kan gi nøyaktig kontinuerlig overvåking av SpO2, og oppdage eventuell forverring før de utvikler seg åndenød og tilstanden deres blir livstruende. Dette prosjektet kompletterer derfor direkte NHS sin strategiske prioritet for tidlig støttet utskrivningsovervåking for COVID-19-positive pasienter og oppfølging for langsiktige komplikasjoner.

COVID-19-oppfølgingsklinikken (n = 30) er ideelt plassert for å evaluere denne teknologien; fra et kvantitativt synspunkt vil et betydelig antall av disse pasientene sannsynligvis oppleve desaturasjon i løpet av 6MWT, noe som tjener som en mulighet til å teste enhetens evne til å oppdage dette. Kvalitativt, siden mange av disse pasientene enten har hatt sykehusinnleggelser eller hjemmeovervåking – og derfor levd erfaring med SpO2-overvåking – er de unikt kvalifisert til å gi verdifulle innspill om brukeropplevelse. Tilsvarende er den kroniske lungesykdomskohorten (n = 30), som deltar for rutinemessig OP baseline SpO2-måling og 6MWT også godt egnet for denne studien.

På lang sikt vil denne teknologien også vise seg å være en uvurderlig enhet for hjemmeovervåking av respiratorpasienter. Utover den nåværende pandemien eksisterer det en generell søken etter mer personlig tilpassede helsedata, slik at pulsoksymetrimåling av kapillær oksygenmetning (SpO2) sannsynligvis vil utvide seg til både det kliniske og forbrukermarkedet for bærbar helseteknologi i nær fremtid.