Published October 8, 2021 | Version v1
Publication Open

Identification of thresholds for accuracy comparisons of heart rate and respiratory rate in neonates

Creators

  • 1. Aga Khan University Hospital Nairobi
  • 2. University of Washington
  • 3. Aga Khan University Nairobi
  • 4. Brigham and Women's Hospital
  • 5. University of British Columbia
  • 6. ETH Zurich

Description

Background: Heart rate (HR) and respiratory rate (RR) can be challenging to measure accurately and reliably in neonates. The introduction of innovative, non-invasive measurement technologies suitable for resource-constrained settings is limited by the lack of appropriate clinical thresholds for accuracy comparison studies. Methods: We collected measurements of photoplethysmography-recorded HR and capnography-recorded exhaled carbon dioxide across multiple 60-second epochs (observations) in enrolled neonates admitted to the neonatal care unit at Aga Khan University Hospital in Nairobi, Kenya. Trained study nurses manually recorded HR, and the study team manually counted individual breaths from capnograms. For comparison, HR and RR also were measured using an automated signal detection algorithm. Clinical measurements were analyzed for repeatability. Results: A total of 297 epochs across 35 neonates were recorded. Manual HR showed a bias of -2.4 (-1.8%) and a spread between the 95% limits of agreement (LOA) of 40.3 (29.6%) compared to the algorithm-derived median HR. Manual RR showed a bias of -3.2 (-6.6%) and a spread between the 95% LOA of 17.9 (37.3%) compared to the algorithm-derived median RR, and a bias of -0.5 (1.1%) and a spread between the 95% LOA of 4.4 (9.1%) compared to the algorithm-derived RR count. Manual HR and RR showed repeatability of 0.6 (interquartile range (IQR) 0.5-0.7), and 0.7 (IQR 0.5-0.8), respectively. Conclusions: Appropriate clinical thresholds should be selected a priori when performing accuracy comparisons for HR and RR. Automated measurement technologies typically use a smoothing or averaging filter, which significantly impacts accuracy. A wider spread between the LOA, as much as 30%, should be considered to account for the observed physiological nuances and within- and between-neonate variability and different averaging methods. Wider adoption of thresholds by data standards organizations and technology developers and manufacturers will increase the robustness of clinical comparison studies.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

معلومات أساسية: يمكن أن يكون من الصعب قياس معدل ضربات القلب (HR) ومعدل التنفس (RR) بدقة وموثوقية في حديثي الولادة. إن إدخال تقنيات قياس مبتكرة وغير جراحية مناسبة للإعدادات المحدودة الموارد محدود بسبب عدم وجود عتبات سريرية مناسبة لدراسات مقارنة الدقة. الطرق: جمعنا قياسات الموارد البشرية المسجلة بالتصوير التحجمي وثاني أكسيد الكربون الزفير المسجل بالتصوير عبر حقب (ملاحظات) متعددة مدتها 60 ثانية في حديثي الولادة المسجلين الذين تم إدخالهم إلى وحدة رعاية الأطفال حديثي الولادة في مستشفى جامعة الآغا خان في نيروبي، كينيا. قام ممرضو الدراسة المدربون بتسجيل الموارد البشرية يدويًا، وقام فريق الدراسة بحساب الأنفاس الفردية يدويًا من الكابنوجرام. للمقارنة، تم أيضًا قياس HR و RR باستخدام خوارزمية الكشف الآلي عن الإشارات. تم تحليل القياسات السريرية للتأكد من قابليتها للتكرار. النتائج: تم تسجيل ما مجموعه 297 حقبة عبر 35 من حديثي الولادة. أظهرت الموارد البشرية اليدوية تحيزًا قدره -2.4 (-1.8 ٪) وفروقًا بين حدود 95 ٪ من الاتفاق (LOA) البالغة 40.3 (29.6 ٪) مقارنة بمتوسط الموارد البشرية المشتقة من الخوارزمية. أظهر RR اليدوي تحيزًا قدره -3.2 (-6.6 ٪) وفروقًا بين LOA بنسبة 95 ٪ البالغة 17.9 (37.3 ٪) مقارنة بمتوسط RR المشتق من الخوارزمية، وتحيزًا قدره -0.5 (1.1 ٪) وفروقًا بين LOA بنسبة 95 ٪ البالغة 4.4 (9.1 ٪) مقارنة بعدد RR المشتق من الخوارزمية. أظهر دليل الموارد البشرية و RR قابلية تكرار 0.6 (النطاق الربيعي (IQR) 0.5-0.7)، و 0.7 (IQR 0.5-0.8)، على التوالي. الاستنتاجات: يجب اختيار العتبات السريرية المناسبة مسبقًا عند إجراء مقارنات الدقة للموارد البشرية والموارد الطبيعية. عادةً ما تستخدم تقنيات القياس الآلي مرشح تنعيم أو متوسط، مما يؤثر بشكل كبير على الدقة. يجب النظر في انتشار أوسع بين LOA، يصل إلى 30 ٪، لمراعاة الفروق الدقيقة الفسيولوجية المرصودة والتباين داخل وبين حديثي الولادة وطرق المتوسط المختلفة. سيؤدي الاعتماد الأوسع للعتبات من قبل منظمات معايير البيانات ومطوري التكنولوجيا والمصنعين إلى زيادة متانة دراسات المقارنة السريرية.

Translated Description (French)

Contexte : La fréquence cardiaque (FC) et la fréquence respiratoire (RR) peuvent être difficiles à mesurer avec précision et fiabilité chez les nouveau-nés. L'introduction de technologies de mesure innovantes et non invasives adaptées aux environnements à ressources limitées est limitée par l'absence de seuils cliniques appropriés pour les études de comparaison de précision. Méthodes : Nous avons recueilli des mesures du dioxyde de carbone expiré enregistré par photopléthysmographie et par capnographie sur plusieurs époques de 60 secondes (observations) chez des nouveau-nés inscrits admis à l'unité de soins néonatals de l'hôpital universitaire Aga Khan de Nairobi, au Kenya. Les infirmières de l'étude formées ont enregistré manuellement les RH, et l'équipe de l'étude a compté manuellement les respirations individuelles à partir des capnogrammes. À des fins de comparaison, le HR et le RR ont également été mesurés à l'aide d'un algorithme de détection de signal automatisé. Les mesures cliniques ont été analysées pour la répétabilité. Résultats : Un total de 297 époques sur 35 nouveau-nés ont été enregistrées. Le HR manuel a montré un biais de -2,4 (-1,8 %) et un écart entre les limites d'accord à 95 % (Loa) de 40,3 (29,6 %) par rapport au HR médian dérivé de l'algorithme. Le RR manuel a montré un biais de -3,2 (-6,6 %) et un écart entre le Loa à 95 % de 17,9 (37,3 %) par rapport au RR médian dérivé de l'algorithme, et un biais de -0,5 (1,1 %) et un écart entre le Loa à 95 % de 4,4 (9,1 %) par rapport au RR dérivé de l'algorithme. Le HR et le RR manuels ont montré une répétabilité de 0,6 (intervalle interquartile (IQR) 0,5-0,7) et 0,7 (IQR 0,5-0,8), respectivement. Conclusions : Des seuils cliniques appropriés doivent être sélectionnés a priori lors de la réalisation de comparaisons d'exactitude pour les HR et les RR. Les technologies de mesure automatisées utilisent généralement un filtre de lissage ou de calcul de moyenne, ce qui a un impact significatif sur la précision. Un écart plus large entre la Loa, jusqu'à 30%, doit être considéré pour tenir compte des nuances physiologiques observées et de la variabilité intra- et inter-natale et des différentes méthodes de calcul de la moyenne. Une adoption plus large des seuils par les organismes de normalisation des données et les développeurs et fabricants de technologies augmentera la robustesse des études de comparaison clinique.

Translated Description (Spanish)

Antecedentes: La frecuencia cardíaca (FC) y la frecuencia respiratoria (FR) pueden ser difíciles de medir con precisión y fiabilidad en los recién nacidos. La introducción de tecnologías de medición innovadoras y no invasivas adecuadas para entornos con recursos limitados está limitada por la falta de umbrales clínicos apropiados para los estudios de comparación de precisión. Métodos: Recopilamos mediciones de FC registrada por fotopletismografía y dióxido de carbono exhalado registrado por capnografía en múltiples épocas de 60 segundos (observaciones) en neonatos inscritos ingresados en la unidad de atención neonatal del Hospital Universitario Aga Khan en Nairobi, Kenia. Las enfermeras del estudio capacitadas registraron manualmente la FC, y el equipo del estudio contó manualmente las respiraciones individuales de los capnogramas. A modo de comparación, HR y RR también se midieron utilizando un algoritmo de detección de señales automatizado. Las mediciones clínicas se analizaron para determinar la repetibilidad. Resultados: Se registraron un total de 297 épocas en 35 neonatos. La HR manual mostró un sesgo de -2,4 (-1,8%) y un diferencial entre los límites de concordancia (loa) del 95% de 40,3 (29,6%) en comparación con la mediana de HR derivada del algoritmo. El RR manual mostró un sesgo de -3,2 (-6,6%) y un diferencial entre la loa del 95% de 17,9 (37,3%) en comparación con la mediana de RR derivada del algoritmo, y un sesgo de -0,5 (1,1%) y un diferencial entre la loa del 95% de 4,4 (9,1%) en comparación con el recuento de RR derivado del algoritmo. La HR manual y la RR mostraron una repetibilidad de 0.6 (rango intercuartílico (IQR) 0.5-0.7) y 0.7 (IQR 0.5-0.8), respectivamente. Conclusiones: Los umbrales clínicos apropiados deben seleccionarse a priori al realizar comparaciones de precisión para HR y RR. Las tecnologías de medición automatizada suelen utilizar un filtro de suavizado o promediado, lo que afecta significativamente a la precisión. Se debe considerar una propagación más amplia entre la loa, hasta un 30%, para tener en cuenta los matices fisiológicos observados y la variabilidad dentro y entre los recién nacidos y los diferentes métodos de promediado. Una adopción más amplia de los umbrales por parte de las organizaciones de estándares de datos y los desarrolladores y fabricantes de tecnología aumentará la solidez de los estudios de comparación clínica.

Files

pdf.pdf

Files (2.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:97c8ae66fe3a617a4e8ee66b218ce5fd
2.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحديد عتبات مقارنات الدقة لمعدل ضربات القلب ومعدل التنفس لدى حديثي الولادة
Translated title (French)
Identification des seuils pour les comparaisons de précision de la fréquence cardiaque et de la fréquence respiratoire chez les nouveau-nés
Translated title (Spanish)
Identificación de umbrales para comparaciones de precisión de la frecuencia cardíaca y la frecuencia respiratoria en neonatos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4229833578
DOI
10.12688/gatesopenres.13237.2

Is supplement to
https://openalex.org/W3008946689 (Other)
https://openalex.org/W2994721411 (Other)
https://openalex.org/W2466293440 (Other)
https://openalex.org/W2375807291 (Other)
https://openalex.org/W2123587639 (Other)
https://openalex.org/W2093415155 (Other)
https://openalex.org/W2085668441 (Other)
https://openalex.org/W2072438695 (Other)
https://openalex.org/W2064703990 (Other)
https://openalex.org/W1998234721 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Kenya

References

  • https://openalex.org/W1974552264
  • https://openalex.org/W1975405061
  • https://openalex.org/W2024703065
  • https://openalex.org/W2039767242
  • https://openalex.org/W2093274439
  • https://openalex.org/W2118812998
  • https://openalex.org/W2128895575
  • https://openalex.org/W2159759971
  • https://openalex.org/W2277415770
  • https://openalex.org/W2605868587
  • https://openalex.org/W2790575186
  • https://openalex.org/W2895344705
  • https://openalex.org/W2909913580
  • https://openalex.org/W2912263222
  • https://openalex.org/W2966860700
  • https://openalex.org/W3015349278
  • https://openalex.org/W3016443966