EARSATS-19: Mätning i örat av blodsyremättnad vid uppföljning av covid-19 (EARSATS-19)

Icke-invasiv ambulatorisk uppskattning av blodsyremättnad (SpO2) har framträtt som ett viktigt kliniskt krav för att upptäcka hypoxi (lågt blodsyre) i den fördröjda post-infektionsfasen av covid-19, där farlig hypoxi kan uppstå i frånvaro av subjektiv andnöd . Denna numera vanligen kallade "tysta" hypoxi presenterar en omedelbar klinisk drivkraft.

Covid-19-pandemin sätter ett stort tryck på kliniska resurser med ambulerande patienter som ofta skrevs ut hem för att vårdas på virtuella avdelningar med dagliga telefonkonsultationer. Nu den initiala ökningen har lagt sig, börjar vi förstå utmaningen med att följa upp patienter som har haft covid-19 i volymer som innebär att det inte är möjligt att göra detta i tid (BTS-vägledning 6 veckor).

Det finns en växande oro för att det enorma antalet covid-19-överlevande kommer att löpa ökad risk för kroniska lungsjukdomar som lungfibros, där tidig infångning av mönster med låg SpO2 kan upptäcka desperat nödvändiga insikter för att förhindra sjukdomsprogression. Olägenheterna, opraktiska och felaktigheter med konventionell mätning av SpO2 (den procentuella enheten av blodsyre) med en konventionell fingersond för diskreta avläsningar är väl etablerade. Ett användarvänligt, fjärrstyrt kontinuerligt SpO2-övervakningsverktyg skulle därför möjliggöra snabb identifiering av eventuella försämringar efter utskrivning och även spåra återhämtning på längre sikt, vilket möjliggör en exakt triage av patienter till begränsade uppföljningsresurser.

Hörbara och in-örat fotopletysmografi

Reflekterande fotopletysmografi (PPG), som använder en förändring i förhållandet mellan rött och infrarött ljus för att uppskatta SpO2, kan mätas från vilken plats som helst med hud som har vaskulatur, men för SpO2 har mätningen konventionellt gjorts från fingrar eller ibland örsnibben. Det senaste intresset för utvecklingen av Hearables9 har främjat hörselgången som en föredragen plats för mätning av vitala tecken inom digital hälsoteknik. Hörselgången, som fungerar som en sköld från externt elektriskt brus (liknar en naturbyggd Faraday-bur), representerar en unik möjlighet för fysiologiska mätningar, på grund av dess allmänna fixerade position i förhållande till hjärtat (öron-elektrokardiogram) och närhet till hjärnan (öron-elektroencefalogram). I förhållande till armar och ben rör sig huvudet mindre i det dagliga livet och detta är en egenskap som har hjälpt till att fastställa genomförbarheten av bärbara enheter för att upptäcka öron-EKG och öron-EEG.

Till skillnad från finger- och örsnibbsignalen PPG har in-ear PPG visat att hörselgången, på grund av att den är en smal hålighet med konsekvent blodtillförsel, erbjuder en signal som är stabil och resistent mot förändringar i blodvolymen som inträffar under hypotermi. Detta attribut har etablerat hörselgången som en föredragen plats för noggrann kroppstemperaturmätning. In-ear PPG har också visat sig vara mycket känsligare än örsnibb och finger PPG för amplitudvariationer som uppstår från andning, vilket möjliggör en bättre mätning av andningsfrekvensen. Dessutom har en betydande fördröjning påvisats mellan örsnibbens pulsoximetri och pulsoximetri på handen eller foten för upptäckt av hypoxemi (låga nivåer av blodsyre).

Tidigare arbete ledd av professor Mandics grupp vid tekniska fakulteten visade att i en studie av 14 friska frivilliga in-ear PPG jämfört med den nuvarande standarden för vård - fingerklämman - visar in-ear-sensorn icke-underlägsenhet och potentiell överlägsenhet med avseende på detektering av en genomsnittlig blodsyrefördröjning (tiden det tog från att detektera minimal blodsyreförändring i örat till att detektera minimalt blodsyre i fingret) minskning med 12,4 sekunder, vilket därmed går snabbare att identifiera akut desaturation.

MOTIVERING FÖR NUVARANDE STUDIE

Detta projekt syftar till att fastställa genomförbarheten av SpO2-mätning från hörselgången som en bekväm plats för övervakning i patientpopulationen efter COVID-19, och utföra en omfattande jämförelse med höger pekfinger - den konventionella kliniska mätplatsen. Den inledande fasen av studien kommer att börja med totalt n = 60 patienter; 30 patienter, som kommer att besöka sjukhus som en del av sin rutinmässiga kliniska uppföljning efter COVID-19, som redan inkluderar SpO2-övervakning och ett sex minuters gångtest (6MWT). Denna studie kommer också att rekrytera ytterligare 30 patienter med kronisk lungsjukdom som också deltar i dessa rutinmässiga polikliniska utredningar.

Den kontinuerliga övervakningen och snabba upptäckten av desaturation kan ge tidigare varning om försämring eller detaljerad spårning av en förbättrad bana. Aktuella alternativa övervakningsstrategier är reaktiva och alla kretsar kring det klassiska finger- eller örsnibbklämman, som är mindre känsliga och erbjuder ett antal utmaningar för kontinuerlig övervakning. Att leva vardagen med ett fingerklämma, eller till och med ett örsnibbklämma, är problematiskt med mycket högre signalbrus från rörelseartefakter med fingerklämman jämfört med öronsnäckan placerad i en stabil huvudposition.

Ur ett patientperspektiv är öronproppsformfaktorn som kommer att användas i denna studie bekant för dem, liknar en in-ear-hörlurar och kommer att vara mycket mindre påträngande för dagliga aktiviteter än ett fingerklämma. Därför är potentialen för kontinuerlig övervakning under den aktiva dagen och natten mycket mer användarvänlig och viktig för de yngre och potentiellt mer aktiva COVID-19-patienterna. Kontinuerlig övervakning skulle möjliggöra utvecklingen av protokolliserade hanteringsvägar för att ge ökade nivåer av understödd egenvård till patienter, vilket frigör viktiga resurser under framtida pandemier.

Data som genereras i denna pilotstudie skulle möjliggöra skalning för att förbereda sig för större forskningsprojekt vid eventuella efterföljande överspänningsutsläpp och uppföljning. Nästa steg skulle gå över till övervakning i öppenvård, med ambulerande patienter som går hem med enheten och införlivandet av ytterligare covid-patientpopulationer, såsom slutenvårdspatienter som övervakas för försämring, där dessa enheter kan ge exakt kontinuerlig övervakning av SpO2, upptäcka eventuell försämring innan de utvecklas andfåddhet och deras tillstånd blir livshotande. Detta projekt kompletterar därför direkt NHS:s strategiska prioritet för övervakning av tidig utskrivning av covid-19-positiva patienter och uppföljning för långsiktiga komplikationer.

Cohorten för uppföljningskliniken för COVID-19 (n = 30) är idealiskt placerad för att utvärdera denna teknik; ur en kvantitativ synvinkel kommer ett betydande antal av dessa patienter sannolikt att uppleva desaturation under 6MWT, vilket tjänar som en möjlighet att testa enhetens förmåga att upptäcka detta. Kvalitativt, eftersom många av dessa patienter antingen kommer att ha haft sjukhusinläggning eller övervakning i hemmet – och därför upplevt erfarenhet av SpO2-övervakning – är de unikt kvalificerade att erbjuda värdefull input om användarupplevelsen. På samma sätt är den kroniska lungsjukdomskohorten (n = 30), som deltar för rutinmässig OP-baslinjemätning av SpO2 och 6MWT också väl lämpade för denna studie.

På lång sikt kommer denna teknik också att visa sig vara en ovärderlig anordning för hemövervakning av respiratoriska patienter. Utöver den nuvarande pandemin finns det en allmän strävan efter mer personliga hälsodata, så att pulsoximetrimätning av kapillär syremättnad (SpO2) sannolikt kommer att expandera till både den kliniska marknaden och konsumentmarknaden för bärbar hälsoteknologi inom en snar framtid.