Automated Pulse Oximeter Waveform Analysis to Track Changes in Blood Pressure during Anesthesia Induction: A Proof-of-Concept Study

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Serval ID
serval:BIB_71DBFA43192A
Type
PhD thesis: a PhD thesis.
Collection
Publications
Institution
Title
Automated Pulse Oximeter Waveform Analysis to Track Changes in Blood Pressure during Anesthesia Induction: A Proof-of-Concept Study
Author(s)
GHAMRI Yassine Ali
Director(s)
Schoettker Patrick
Institution details
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Publication state
Accepted
Issued date
2020
Language
english
Abstract
Introduction
L'hypotension artérielle peropératoire est associée à une augmentation de la morbi-mortalité postopératoire. Lors d'une intervention chirurgicale, la pression artérielle est principalement mesurée par la méthode oscillométrique à l'aide d'une manchette sur le membre supérieur. De par l'intermittence des mesures, des changements rapides de pression artérielle peuvent être manqués et par conséquent nuire au patient. Les outils de mesures de la pression artérielle en continu de manière non-invasive existants, sont compliqués à mettre en œuvre et restent peu fiables. Dans la présente étude, nous posons l'hypothèse que l'analyse d'une courbe d'oxymètre de pouls, à l'aide d'un algorithme dédié, permet de détecter des changements de pression artérielle systolique (PAS) et moyenne (PAM) pendant l'induction d'une anesthésie générale.
Méthode
La performance d'un algorithme d'analyse d'onde d'oxymétrie de pouls (oBPM®) d'estimer la PAS et la PAM et les changements de celles-ci durant l'induction anesthésique chez 40 patients, prévus pour une chirurgie élective, nécessitant une anesthésie générale et la mise en place d'un cathéter de mesure de pression artérielle invasive a été évaluée. Des changements rapides de PAS et de PAM de plus de 20
%, mesurés par la référence invasive et par l'oBPM® ont été comparés puis représentés dans des graphiques à quatre quadrants (four quadrant plot) et en coordonnées polaires (polar plot). La capacité de suivi de la pression artérielle de l'algorithme a été évaluée pour des changements survenant sur une durée de 30 secondes à cinq minutes. Le second objectif de l'étude était d'évaluer la compliance de l'algorithme oBPM® aux critères de l'Association for the Advancement of Medical Instrumentation (AAMI). L'exactitude et la précision de la mesure de PAS et de PAM par l'oBPM®ont été comparées à la mesure invasive par cathétérisme à divers intervalles après calibration allant de 30 secondes à cinq minutes.
Résultats
Des changements rapides (survenant sur des périodes de 60 secondes ou moins) de la PAS et la PAM évalués par l'oBPM® sont fortement corrélés et montrent une excellente concordance avec les changements de la pression artérielle invasive. Le coefficient de corrélation de Pearson dans le pire des cas (worst-case Pearson's correlation) est de 0,94 [0,88, 0,97) (intervalle de confiance de 95 %) avec un taux de concordance de 100 % [100 %, 100 %], et un taux de concordance angulaire à 30° de 100 % [100 %, 100 %]. La capacité de suivi de la pression artérielle de l'algorithme a tendance à diminuer progressivement à mesure que la période pendant laquelle les changements produits s'accroît, atteignant 0,89 [0,85, 0,91) (corrélation de Pearson), 97 % [95 %, 100 %] (taux de concordance) et 90
% [85 %, 94 %] (taux de concordance angulaire) dans le pire des cas. En ce qui concerne l'exactitude et la précision, les valeurs PAS dérivées de l'OBPM® sont conformes aux critères AAMI jusqu'à 2 minutes après calibration, tandis que les valeurs de PAM dérivées de l'oBPM® correspondent aux critères en tout temps.
Conclusion
L'analyse de la forme de l'onde pouls d'un oxymètre est utilisable pour suivre des changements rapides de PAS et de PAM pendant l'induction d'une anesthésie. Une bonne concordance avec les mesures invasives de référence est observée pour la PAM jusqu'à au moins 5 minutes après l'étalonnage initial. À l'avenir, cette méthode pourrait être utilisée pour suivre les variations de pression artérielle survenant entre les mesures oscillométriques intermittentes, et pourrait par exemple déclencher automatiquement l'inflation des manchettes à pression lorsqu'un changement significatif de la pression artérielle est détecté, contribuant à améliorer la sécurité des patients lors d'une anesthésie par une méthode simple.
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BACKGROUND: lntraoperative hypotension is associated with postoperative complications and death. 0scillometric brachial cuffs are used to measure arterial pressure (AP) in most surgical patients but may miss acute changes in AP. We hypothesized that pulse oximeter waveform analysis may help to detect changes in systolic AP (SAP) and mean AP (MAP) during anesthesia induction. METHODS: ln 40 patients scheduled for an elective surgery necessitating general anesthe­ sia and invasive AP monitoring, we assessed the performance of a pulse oximeter waveform analysis algorithm (optical blood pressure monitoring [oBPM]) to estimate SAP, MAP, and their changes during the induction of general anesthesia. Acute AP changes (>20%) in SAP and MAP assessed by the reference invasive method and by oBPM were compared using 4-quad­ rant and polar plots. The tracking ability of the algorithm was evaluated on changes occurring over increasingly larger time spans, from 30 seconds up to 5 minutes. The second objective of the study was to assess the ability of the oBPM algorithm to cope with the Association for the Advancement of Medical Instrumentation (AAMI) standards. The accuracy and precision of oBPM in estimating absolute SAP and MAP values compared to the invasive method was evalu­ ated at various instants after algorithm calibration, from 30 seconds to 5 minutes.
RESULTS: Rapid changes (occurring over time spans of s:60 seconds) in SAP and MAP assessed by oBPM were strongly correlated and showed excellent concordance with changes in invasive AP (worst-case Pearson correlation of 0.94 [0.88, 0.97] [95% confidence interval], concordance rate
of 100% [100%, 100%], and angular concordance rate at ±30° of 100% [100%, 100%]). The trend­ ing ability tended to decrease progressively as the time span over which the changes occurred increased, reaching 0.89 (0.85, 0.91) (Pearson correlation), 97% (95%, 100%) (concordance rate), and 90% (85%, 94%) (angular concordance rate) in the worst case. Regarding accuracy and precision, oBPM-<lerived SAP values were shown to comply with AAMI criteria up to 2 minutes after calibration, whereas oBPM-derived MAP values were shown to comply with criteria at all tlmes.
CONCLUSIONS: Pulse oximeter waveform analysis was useful to track rapid changes in SAP and MAP during anesthesia induction. A good agreement with reference invasive measurements was observed for MAP up to at least 5 minutes after initial calibration. ln the future, this method could be used to track changes in AP between intermittent oscillometric measurements and to automatically trigger brachial cuff inflation when a significant change in AP is detected. (Anesth Analg 2020;130:1222-33)
Create date
08/06/2020 12:01
Last modification date
09/06/2020 6:26
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