Impedanskardiografi: klinisk utvärdering av endotrakeal cardiac output monitor (ECOM) (ECOM)

Inledning: Hjärtminutvolymen är en viktig fysiologisk parameter. Tyvärr är det ofta svårt att mäta utan att använda invasiva tekniker med tillhörande risk. Lungartärkatetern har sedan introduktionen ansetts vara guldstandarden för mätning av hjärtminutvolym hos människa. Tyvärr har lungartärkatetrar förknippats med allvarliga komplikationer.1,2 Thorax elektrisk bioimpedans (TEB) har föreslagits som en möjlig icke-invasiv teknik för mätning av hjärtminutvolym. Noggrannheten och tillförlitligheten av TEB har utvärderats flera gånger med vissa studier som visar god korrelation med termodilution3-7 och andra med dålig korrelation.6,8-15. TEB är inte tillförlitligt hos patienter efter kardiopulmonell bypass8,9, njurtransplantationer11, kongestiv hjärtsvikt16, lungödem14, sepsis12, graviditet15, bukkirurgi11,17 eller kritisk sjukdom13,14.

En av begränsningarna med TEB är signal-brusförhållandet. Vanligtvis använder TEB-system en växelström (1 - 4 ma vid 20-100 Khz) som appliceras på huden och har liten kontroll över andelen ström som passerar genom de vaskulära strukturerna i bröstet. Förändringar i lungornas elektriska impedans med andning ändrar procentandelen av den totala strömmen som passerar genom blodinnehållande strukturer. Slutligen, att behandla alla blodinnehållande strukturer i bröstet som en enda impedans som ska mätas, tillåter inte separation av signalen i dess olika komponenter. En teknik som stabiliserar procentandelen av ström som levereras till målstrukturen och registrerar de elektriska impedanssignalerna direkt från den målstrukturen förbättrar noggrannheten och tillförlitligheten av impedansbaserad mätning av hjärtminutvolymen.

Endotrakeal Cardiac Output Monitor (ECOM) är ett system som registrerar de spänningar som produceras av en ström (2 ma 100 Khz) som levereras till luftstrupens slemhinna av elektroder på en endotrakealtub. Närheten till den uppåtgående aortan och luftstrupen tillåter utformningen av en anordning som kan optimera den aktuella leveransen och signalregistreringen från impedansförändringar i den uppåtgående aortan. Denna studie kommer att testa ECOM-systemets noggrannhet och effektivitet hos sövda patienter.

Betydelse: En enkel, billig, kontinuerlig, icke-invasiv, exakt, reproducerbar metod för att mäta hjärtminutvolym hos patienter skulle minska behovet av lungartärkatetermätningar av hjärtminutvolymen. En sådan teknik skulle möjliggöra snabb diagnos och behandling av hemodynamisk instabilitet hos den kritiskt sjuka patienten. Upprätthållandet av hjärtminutvolymen är väsentligt för att förebygga skador på ändorganen som resulterar i sjuklighet och dödlighet. En teknik som noggrant mätte hjärtminutvolymen skulle i hög grad hjälpa hanteringen av den kritiskt sjuka patienten.

Metoder:

Vi föreslår att jämföra mätningar av hjärtminutvolymen gjorda med Conmed ECOM 6-3D endotrakealtub med de gjorda med en lungartärkateter med användning av. Vi kommer att göra korrelationsstudier av hjärtminutvolym mot de som utförs med standardtekniken för termodilution hos patienter som under det normala förloppet av sin kliniska vård får hjärtminutvolym mätt med termodilutionstekniken. Vi kommer att jämföra hjärtminutvolym mätt med impedanskardiografi med mätningar av transittid.

Dessa korrelationsstudier kommer att göras i O.R. och intensivvårdsenheter på patienter som är schemalagda för hjärtkirurgi som rutinmässigt har hjärtminutvolymmätningar med standardmetoden för termodilution.

Många olika algoritmer har utvecklats för omvandling av thoraximpedanssignaler till en beräkning av hjärtminutvolymen inklusive Kubicek18 , Bernstein-Sramek19, Shmulewitz20, adaptiva algoritmer.20 Var och en av dessa algoritmer kräver någon sorts empiriskt härledd faktor för att konvertera från mätningar av motstånd till mätningar av volym. ECOM-systemet använder en adaptiv algoritm med flera parametrar som möjliggör minskning av variabilitet mellan ämne. Vi har härlett den empiriska passformen för svinmodellen men har inte gjort det för patienter. Denna studie kommer därför att delas upp i två delar. Den första datainsamlingen av 15 patienter kommer att tillhandahålla data för den empiriska passningen mellan ECOM-systemet och verklig hjärtminutvolym. Den andra uppsättningen av 300 patienter kommer att vara testgrupp för algoritmen.

1. Allmän studiedesign

   Tvåkomponentstudie: Tvåkomponentstudie. Det första avsnittet är en studie med 15 patienter som kommer att tillhandahålla data för den empiriska passningen mellan ECOM-signalen och verklig hjärtminutvolym. Det andra avsnittet är en studie på 300 patienter som kommer att tillhandahålla testdata för validering av algoritmen.

   Hjärteffektmätningar: Hjärteffekten mätt av impedansanordningen kommer att jämföras med mätningar från termodilutionskatetern. Den primära jämförelsen kommer att vara mellan ECOM-mätningar och termodilutionsmätningen.

   Säkerhetsdata: Inga komplikationer har identifierats med användning av ECOM-system hos patienter som hittills studerats. Trots denna säkerhetsprofil skulle vi vilja identifiera eventuella problem med ECOM-röranvändning. Dessa problem kan potentiellt innefatta trakeal stenos, larynxskada, stämbandsskada och förändringar i rösten. Vi har letat efter dessa komplikationer med klinisk historia och uppföljning. Vi har också inkluderat en mer omfattande postoperativ intervju för att leta efter eventuella luftvägsskador.

2. Metoder för dataanalys

   Primär utfallsjämförelse kommer att vara korrelationen mellan termodilution hjärtminutvolym och ECOM-impedansmätningar. Både linjär regression och Bland-Altman-statistik för termodilutionsmätningar av hjärtminutvolym kontra impedanskardiografi kommer att utföras. Signifikansen kommer att vara p < 0,05.

   Effektberäkningar:

   En urvalsstorlek på 15 patienter ger oss 90 % styrka att visa en korrelation R2 på 0,75. I ECOM grisstudien har vi en R2 på 0,77 till 0,84. Den andra sektionen med 300 patienter kommer att ge oss tillräcklig patientvariabilitet (stor, liten, manlig, kvinnlig, ung, gammal, aorta ateroskleros, aortauppstötningar) för att bedöma tekniken över ett brett spektrum av patienter.

3. Ämnesval

   1. Vem och varför:

      Patienter som är schemalagda för hjärtkirurgi med extrakorporeal cirkulation och median sternotomi kommer att godkännas. Som en del av sin rutinvård för hjärtkirurgi kommer dessa patienter att intuberas och lungartärkatetrar placeras. De mätningar som föreslås i denna studie kommer därför att tillföra liten ytterligare risk. Studiepatienter kommer att intuberas med en endotrakealtub som möjliggör mätningar av endotrakeala elektroder (ECOM 6-3D). Termodilution hjärtminutvolym mäts rutinmässigt vilket möjliggör korrelation mellan ECOM och termodilution hjärtminutvolymmätningar med minimal ytterligare risk.

   2. Totalt antal/antal per grupp Trehundra (300) patienter som genomgår hjärtkirurgi med median sternotomi kommer att studeras.

4. Ämnesrekrytering 1) Källa: Patienter som är planerade till hjärtkirurgi på sjukhuset San Francisco Veterans Affairs Medical Center (VAMC).

   2) Inledande kontaktmetod: Prospektiva försökspersoner kommer att kontaktas av en studieläkare och samtycke erhålls på den preoperativa anestesimottagningen (preop) före inläggning på sjukhuset, eller på sjukhuset, om patienten redan är sluten. Försökspersonerna kommer att kontaktas av en studieläkare som kommer att inhämta samtycke.

5. Samtyckesprocessen och dokumentation Allt samtycke kommer att erhållas av studieläkare som kommer att förklara riskerna för patienten. VA-populationen kommer att användas. Inga minderåriga eller icke-engelsktalande kommer att inkluderas. Inga patienter som är mentalt inkompetenta att ge samtycke kommer att inkluderas. Endast undertecknat, skriftligt, bevittnat, informerat samtycke kommer att användas.

6. Procedurer 1) Studieprocedurer Patienten kommer att genomgå rutinmässig monitorplacering för operation. Endast patienter som skulle ha en lungartärkateter placerad för sin operation kommer att inkluderas. Följande undantag kommer att göras vid standardberedning, induktion, underhåll och uppkomst av anestesimedel.

   1. Extra EKG-elektrodplåster kommer att placeras.

   2. Endotrakealtuben kommer att ha 7 silverdopade plastelektroder (Conmed ECOM Tube).

   3. Pulsoximetri kommer att mätas och registreras med finger-, näs- och pannpulsoximetrimätningar kontinuerligt. Pulsoximetriavläsningar kommer att jämföras mellan de tre platserna och jämföras med mätningar av hjärtminutvolymen. Procentandelen tid som en signal erhålls från de tre platserna kommer att beräknas. Noggrannheten av pulsoximetrimätningar kommer att jämföras med rutinmässigt uttagna mätningar av blodmättnad. Pulsoximetri krävs under operationen. Detta tillägg kommer att registrera de värden som erhållits under rutinvård. Om det finns skillnader mellan märken eller sensortyper kan dessa resultat rapporteras.

   4. Hjärtvolymen kommer att mätas med iced-termodilution och impedanskardiografi. All personal som är involverad i studien förstår att hanteringen av patienten endast kommer att göras med hjälp av mätningar av hjärtminutvolymen härledda från termodilution. ECOM-mätningarna av endotrakeal hjärtminutvolym är endast för forskningsändamål och kommer inte att användas vid behandling av patienten.

   5. ECOM-impedanskardiografi kommer att mätas i ICU när rutinmässiga termodilutionsmätningar av hjärtminutvolymen görs. Endotrakeal impedansmätningar (ECOM) kommer att fortsätta tills trakeal extubation. Korrelation med termodilutionsmätningar kommer att stoppas när antingen endotrakealtuben eller termodilutionskatetern tas bort (efter operation dag 0 rutinmässigt).

   6. Patienten kommer att intervjuas och journalerna kommer att granskas för eventuella negativa resultat från studien. Intervjuer kommer att ske före utskrivning från sjukhuset, en månad efter utskrivning och årligen därefter.

   7. Studien kommer att genomföras och data samlas in av forskargruppen.

   2) Tid: Studien kommer att utföras under operationen och intensivvårdsvistelsen. Det bör inte fördröja operationen mer än 5 minuter. Placeringen av elektrodplåstren går snabbt. De endotrakeala elektroderna är fästa på endotrakealtuben och placeringen av tuben är rutin. Registrering av hjärtminutsignaler och impedansdata försenar inte operationen. Placering och avlägsnande av aortaflödessonden går snabbt men kan fördröja operationen i några minuter. Data som samlas in i ICU kommer endast att vara korrelationer mellan termodilution och impedansdata, eftersom inga transittidsdata kan samlas in utanför operationssalen. ICU-data kommer inte att fördröja ICU eller sjukhusutskrivning.

   3) Studieplats: Alla studier kommer att utföras på VAMC antingen i operationssalarna eller på ICU.

7. Risker/obehag

   1. De extra EKG-elektrodplåstren har minimal risk. Alla kretsar kommer att ha elektrisk isolering och kommer att godkännas av biomedicinsk teknik för att undvika jordslingor och läckströmmar. Det finns alltid risk för elektriska brännskador eller stötar, men dessa är sällsynta.
   2. Endotrakealtuben kommer att ha sju silverdopade plastelektroder. Utöver de elektriska riskerna finns risken för trakealslemhinneskador från elektroderna. Elektroderna är biokompatibla, medicinskt godkända, silverdopad plast. De är släta och bör inte utgöra någon risk för luftstrupens slemhinna. Alla endotrakeala tuber kommer att steriliseras efter tillverkning.
   3. Pulsoximetrimätningar kommer att registreras. Pulsoximetrimätningar krävs under operationen. De tillför ingen ytterligare risk.
   4. Hjärtminutvolymen kommer att mätas med istermodilution och impedanskardiografi var tionde minut under operationen. Prover kommer att erhållas med en volym på 10 cc ist saltlösning. En fem timmars operation skulle ha en total volym på 800 cc vätska. Vi ger rutinmässigt 1000 cc saltlösning till patienter för hjärtfall så vi kommer bara att minska rutinmässig vätsketillförsel för att ta hänsyn till denna extra volym från hjärtminutmätningar. Iced-injectate har ingen effekt på patientens temperatur eftersom aktiv uppvärmning av patienten fortsätter under hela studien.
   5. Impedanskardiografimätningar kommer att vara högfrekventa (100 Khz), lågström (4 mA), med ingångsimpedans på 1 mOhms. Alla kretsar kommer att vara elektriskt isolerade och godkända av biomedicinsk teknik. Det finns alltid risk för brännskador eller stötar men dessa är sällsynta.

   Det finns ingen interferens med annan elektrisk utrustning på patienten (t.ex. EKG, pacemaker, etc.) och inte heller uppfattningen om den låga strömstyrkan från patienten. Impedanskardiografiapparater har använts i över 30 år. De är helt godkända av FDA och vissa är kommersiellt tillgängliga för klinisk användning.

   6. Patientintervjun och genomgång av journalen kommer att öka patientsäkerheten genom att identifiera problem som orsakas av studien.

8. Behandling och ersättning för skada: Det finns minimala risker för patienten från denna studie. Om det fanns någon skada från studien kommer behandling att finnas tillgänglig. Om patienten är berättigad till veteranförmåner, kommer kostnaderna för sådan behandling att täckas av Department of Veterans Affairs. Om inte, kan kostnaderna för sådan behandling täckas av Department of Veterans Affairs eller University of California, beroende på ett antal faktorer. Institutionen för veteranärenden och universitetet ger normalt inte någon annan form av skadeersättning. För ytterligare information om detta kan patienten ringa till V.A. Distriktsjurist på (415) 750-2288 eller kontoret för UCSF Committee on Human Research på (415) 476-1814.
9. Alternativ: Samtycke eller vägran att delta i studien har ingen effekt på patientens vård, typ av vård eller tillgång till vård.

Informerat samtycke: Informerat, skriftligt samtycke ska erhållas från varje försöksperson innan några studierelaterade procedurer påbörjas. En fullständig beskrivning av studiens natur ska göras i enlighet med riktlinjerna som beskrivs i Code of Federal Regulations (21CFR 50.20).

Återkallande: En patient kan välja att eller dra sig ur studien av någon anledning, inklusive:

a. Vägrar patienten att delta ytterligare; b. Läkarens vägran att låta patienten delta. j. Kostnader för ämnet: Det tillkommer inga kostnader för ämnet. Kostnaden för alla studierelaterade tester kommer att täckas av Conmed.

k. Ersättning till försökspersoner: Ingen kommer att tillhandahållas.

l. Sekretess för poster: Alla poster kommer att vara konfidentiella. All data kommer endast att analyseras med kodnummer. Kodnummer kommer att förvaras på VAMC under kontroll av huvudutredaren. Inga rapporter kommer att innehålla patientidentifierare.

5. Utredares kvalifikationer: Dr. Arthur Wallace, M.D., Ph.D. har gjort medicinsk forskning sedan 1978, inklusive stora djur, kliniska prövningar på människor och fysiologiska mätningar på människor. Han har en Ph.D. i biomedicinsk teknik och genomförde en medicinsk praktik, anestesiuppehållstillstånd och en gemenskap i hjärtanestesiologi. Han har varit fakultetsmedlem för anestesiologi vid UCSF sedan 1992. Under denna tid har han varit PI i flera kliniska prövningar på högriskpatienter inklusive Afterload, Warm Cardioplegia, Atenolol, Clonidine, EDRF Intraop, L-ARG, AVD Study, PCRRT och aneurysmförsök. Dr. Wallace har arbetat med impedansenheter sedan 1991 och har varit den främsta vetenskapliga rådgivaren för ECOM-projekten sedan de startade 1996. Han har varit ansvarig för rördesign, algoritmutveckling, elektronisk design, in-vivo-experiment samt djur- och människoförsök.