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Semi-invasive monitoring of cardiac output Moniteur vigileo / Edwards Life Sciences Dr Catherine KOFFEL, MD Présentation staff anesthésie, Mars 2007 Cliniques.

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1 Semi-invasive monitoring of cardiac output Moniteur vigileo / Edwards Life Sciences Dr Catherine KOFFEL, MD Présentation staff anesthésie, Mars 2007 Cliniques Universitaires UCL Mont Godinne

2 Monitoring CO Courbe de thermodilution DCa

3 Plan Mesures du débit cardiaque Mesures du débit cardiaque 1. Fick 2. Thermodilution pulmonaire 3. Pulse contour 4. Validation clinique pulse contour /moniteur Picco Moniteur Vigileo Moniteur Vigileo Les études /validation clinique du Vigileo ? Les études /validation clinique du Vigileo ?

4 Mesure du débit cardiaque (CO)

5 CO / IC = Indice de performance cardiaque CO = VES x HR Précharge Postcharge Rythme Inotropisme HR

6 Rappel : méthodes de mesure CO : Fick Métabolique : Fick : échographie, scintigraphie, angiographie Imagerie : échographie, scintigraphie, angiographie : Dilution au sens large : trans-AP vs trans-pulmonaire trans-AP vs trans-pulmonaire plusieurs indicateurs : Li (LidCO ), vert d indocyanine, CO2 (NiCCO ) … température (PiCCO ) plusieurs indicateurs : Li (LidCO ®), vert d indocyanine, CO2 (NiCCO ®) … température (PiCCO ®) : Pulse-contour : PiCCO (calibration), Vigileo (auto-calibration) PiCCO ® (calibration), Vigileo ®(auto-calibration) : transthoracique, corporelle, transtrachéale Variation d impédance électrique : transthoracique, corporelle, transtrachéale Doppler oesophagien Lactate, SvO2, Tonométrie splanchnique... Indicateur d adéquation CO - besoin métabolique Valeurs « absolus »

7 Mesure du CO par principe de Fick : équation de lO2 direct = étalon or CO=VO 2 /(CaO 2 -CvO 2 ) CO: débit sanguin pulmonaire CO: débit sanguin pulmonaire VO 2 : consommation globale de lorganisme en oxygène (mesurée par un moniteur de métabolisme) VO 2 : consommation globale de lorganisme en oxygène (mesurée par un moniteur de métabolisme) CaO 2 -CvO 2 : différence artérioveineuse CaO 2 -CvO 2 : différence artérioveineuse Peu utilisable en pratique Nécessité dune mesure de la VO 2, difficile au QO Thermodilution pulmonaire validé historiquement comme alternative clinique = gold standard clinique Guyton A. Débit cardiaque, retour veineux, leur régulation: in Précis de physiologie médicale. PICCIN

8 Mesure du CO par thermodilution pulmonaire V1 volume injectat V1 volume injectat Tb température sanguine Tb température sanguine Ti température injectat Ti température injectat K constante de calibration (espace mort du KT, échange thermique pdt transit injectat, vitesse flux, facteur de calibration de T°) K constante de calibration (espace mort du KT, échange thermique pdt transit injectat, vitesse flux, facteur de calibration de T°) Dénominateur = modification T° en fonction du temps = aire sous la courbe) Dénominateur = modification T° en fonction du temps = aire sous la courbe) Miller. Cardiac monitoring: in Miller Anesthesia. 5th Edition

9 Mesure du CO par thermodilution pulmonaire Construction de la courbe de thermodilution Construction de la courbe de thermodilution (a) : courbe initiale ; (b) : variations de température dues à la respiration ; (c) : variations de la ligne de base thermique à travers le cathéter ; (e) : courbe finale ; t : fin d'acquisition des données ; A : aire sous la courbe extrapolée (a) : courbe initiale ; (b) : variations de température dues à la respiration ; (c) : variations de la ligne de base thermique à travers le cathéter ; (e) : courbe finale ; t : fin d'acquisition des données ; A : aire sous la courbe extrapolée Thermodilution pulmonaire / injection bolus intermittent = GOLD STANDARD CLINIQUE Pourcentage variation entre CO Swan / Fick 10 à 15%, voir 30% (acceptable en clinique)

10 Limites techniques de TD Farctors responsible for erroneous estimation of CO by thermodilution Temperature and volume injectate Rewarming injectate Timing of injection and respiration Speed and mode of injection (10ml / < 4s) Intravenous fluid administration Hypothermia Low flow Catheter dysfonction and position Intra- and extra-cardiac shunts Valvular heart diseases Electrocautery Other pathological conditions (shivering, FA…) Nishikawa T. Can J Anesth 1993(40):

11 Complications de Swan-Ganz Complications lors de l'accès veineux central : Pneumothorax, ponction artérielle (hématome compressif), embolie gazeuse, lésions nerveuses, fistule artérioveineuse, plus rarement, blessure du canal thoracique, perforation cardiaque ou vasculaire lors de mise en place de l'introducteur Complications lors de l'insertion du cathéter : Troubles du rythme (ventriculaires dans 90 % des cas,graves chez 1 à 5 % des patients), BAV complet (patients avec BBG), Formation d'un nœud sur KT ou autour des structures intracardiaques lors mvts recul et avancement KT Complications liées au maintien du cathéter Infarctus pulmonaire (1,3%), Complications thrombo - emboliques (EP, thrombose vasculaire et valvulaire), Rupture artérielle pulmonaire (rare mais très grave), Infection sur cathéter (taux de septicémie sur KT évalué à 2 %), Lésions endocardiques (thrombus pariétal, rupture cordage, hémorragie sous endocardique valvulaire…) Autres complications Rupture du ballonnet (source d'embolie gazeuse ou d'embolie de fragment de ballonnet), Allergie latex … Connaissance insuffisante du cathétérisme artériel pulmonaire avec mauvaise interprétation des valeurs recueillies = des thérapeutiques erronées, responsables d'une partie de la morbidité liée à l'utilisation de la sonde de Swan-Ganz. Expertise collective SFAR

12 Mesure CO Fick : non réalisable QO Reproches au Cathétérisme AP : invasif morbidité ? outcome ? Ratio bénéfice - risque? Développement « récent » dalternatives Pistes anciennes réexplorées : développement de nouveaux algorithmes Validation ?

13 Mesure du CO par analyse du contour de londe de pouls (pulse contour) Relation de proportionnalité entre la surface systolique de la courbe de pression aortique et le volume déjection systolique du VG la compliance de la paroi aortique est un facteur important qui conditionne la morphologie de la courbe artérielle

14 Mesure du CO par pulse contour Adéquation CO / pulse contour : les obstacles Modèles physiologiques Non linéarité de la compliance aortique (C=ΔV/ΔP) Relation pression aortique / pression artérielle périphérique Problèmes techniques : analyse de la courbe de pression invasive, résonance, damping

15 Mesure du CO par pulse contour Non linéarité de la compliance aortique : Compliance aortique est inversement proportionnelle à la PAo ex: chez de 50 ans Compliance aortique se modifie avec lage : non linéarité est plus prononcée avec lage du patient Ces 2 facteurs nont été mesurés avec précision que dans les études de Langewouters GJ et al « The static elastic properties of 45 thoracic et 20 abdominal aortas in vitro and the parameters of a new model » en 1984 donnant lieu à des abaques Compliance aortique Pression PAo (mmHg) ,5150 Langewouters GJ, Wessiling KH, Goedhard WJA. J Biomech 1984; 17:

16 Mesure du CO par pulse contour Intégrations de ces données dans lalgorithme modifié de Wisseling : Intégrations de ces données dans lalgorithme modifié de Wisseling : « Computation of aortic flow from pressure in humans using a non-linear, three-element model » (Windkessel compliance three-element model) CI = HR x [ P(t)/SVR + C(p) X dP/dt ] Dt / BSA HR heart rate P(t)/SVR aire sous courbe dP/dt : forme de la partie systolique de la courbe PI = état de inotropisme C(p) compliance aortique : facteur de calibration individuel (+application de Windkessel compliance three-element model / Abaques) = algorithme ? BSA body surface area Wisseling KH et al. J Appl Physiol 1993; 74: Felbinger T et al. J Clin Anesth 2002;14 : Modèle utilisé par PICCO ?

17 Mesure du CO par pulse contour / le PICCO

18 Mesure du CO par pulse contour : limites Artéfact de la courbe de PI (problèmes techniques enregistrements de courbe PI, damping courbe PI, souci de KT artériel, ballon de contre pulsion) Pathologies aortiques insuffisance aortique : back flow / non intégré dans les algorithmes sténose aortique anévrysme aortique : modification variable compliance / non intégré dans les algorithmes Trouble du rythme Vasoconstriction intense Lieshout JJ, Wisseling KH. BJA 2005 Editorial III:

19 Mesure du CO par pulse contour / validation clinique Etudes cliniques Données statistiques Régression linéaire : coefficient de corrélation R Bland-Altman = Gold standard pour étude concordance Calcul du biais Détermination de intervalle de confiance : biais moyen +/- 1,96 DS Précision Grenier. Ann Fr Anesth Réanim 2000 ; 19:128-35

20 Validation clinique du PICCO Felbinger TW. J Clin Anesth 2002; 14: (CI) Biais – 0.14 L/min/m2 SD = 0.328L/min/m2 Coefficient corrélation R= 0.93 Relation ICO/ PICCOpulse après chirurgie cardiaque

21 Validation clinique du PICCO Validation clinique du PICCO dans de nombreuses études en chirurgie cardiaque, aux SI (sepsis, traumatologie, ARDS …)

22 Validation clinique du PICCO De Wilde et al. Anaesthesia 2006; 61: CO Biais 0.01 L/min SD= 0.60 et – 0.62 L/min Pulse contour par KT fémoral ou radial Coefficient corrélation R= 0.97

23 Sander et al. Crit Care 2005; 9: R729-R734 Validation clinique du PICCO 45 patients / chirurgie = pontage coronarien Etude CO PICCO therm / CO PICCOwave / CO therm après CEC « Pulse contour analysis did not yield reliable results with acceptable accuracy and limits of agreement under difficult conditions after weaning from CPB in surgical patient » le PICCOpulse sous estime systématiquement le CO par rapport aux autres techniques L analyse du CO par pulse contour nécessite une recalibration après de grandes variations hémodynamiques avant toute décision thérapeutique Pulse contour analysis after normothermic cardiopulmonary bypass in cardiac surgery patients

24 Mesure du CO par pulse contour : intérêt PICCO CO par analyse du pulse contour en continu / validation clinique+ Autres paramètres

25 Mesure du CO par pulse contour : limites PICCO Invasif : VC et canulation artérielle (radiale/fémorale) Difficulté technique avec le disposable limite matérielle +++ Nécessité dune calibration initiale Le volume d'éjection systolique et le CO sont calculés par analyse de la portion systolique de la courbe de pression artérielle selon différents modèles fondés sur l'étude de la relation pression - volume du système artériel. Malgré des algorithmes performants, la méthode n'est pas suffisamment précise pour permettre une mesure fiable du CO, lors des grandes variations des résistances artérielles, imposant une recalibration.

26 Moniteur Vigileo = Nouvel algorithme

27 Moniteur Vigileo Moniteur Vigileo ® FloTrac Sensor® (KT radial court indifferent) Vigileo® processor /display Moniteur PI

28 Mesure du CO par analyse de la courbe de pression artérielle / Nouvel algorithme « Aortic pulse pressure is proportional to stroke volume and is inversely related to aortic compliance » Boulain. Chest 2002; 121: Algorithme: APCO = HR x pulsatilité Sd (AP) x K

29 Mesure du CO par analyse de la courbe de pression artérielle

30 Mesure du CO par analyse de la courbe de pression artérielle / Nouvel algorithme APCO =HR x sd (AP) x K APCO =HR x sd (AP) x K Heart rate Measure pulse rate Standard deviation of arterial pressure Sd(AP) PP SV SV estimé par lalgorithme sur un trend de 20 s Constante de compensation des variations de tonus vasculaire (compliance et résistance) Patient to patient differences estimated from biometric data Dynamics changes estimated by data and waveform analysis Langewouters GJ et al « The static elastic properties of 45 thoracic et 20 abdominal aortas in vitro and the parameters of a new model »

31 Vigileo : principe Calcul du CO par analyse du pulse contour de la PI CO = SV x FC SV = K x pulsatilité avec K = constante «démographique» (sdAP) (âge, sexe, taille, poids) Réactualisation/20sec (= trend des 20 sec précédentes) K actualisé toutes les 10 min selon courbe PI (algorithme ?????) Valeurs produites : CO/SV, CI/SVI, VVS ( SV sur 1 cycle respiratoire) Si adjonction KT VC (presep): RVS, RVSI, ScVO2 Mystère de lalgorithme et encore peu de littérature

32 Vigileo : limites connues Artéfact de la courbe de PI (problèmes techniques enregistrements de courbe PI, damping courbe PI, souci de KT artériel) Insuffisance aortique Sténose aortique Trouble du rythme Vasoconstriction intense

33 Cardiac output determination using arterial pulse:a comparison of a novel algorithm against continuous and intermittent thermodilution Manecke G et al. Expert Rev. Med. Devices 2005 ; 5 : Manecke G et al. Crit Care Med 2004 ; 32: A43 11 patients de chirurgie cardiaque : pontage coronarien 7 hommes / 4 femmes Monitoring pendant 12 heures post chirurgie Analyse APCO / CCO / ICO Analyse statistique par test de Blant -Altman Corrélation par Blant-Altman de APCO et CCO Biais = 0.38 l/min 2SD = 1.28 et – 2.04 l/min Résultats : CO entre 2.77 et 9.60 l/min APCO/ICCO biais 0.04 l/min, precision 0.99 l/min, limites +/ DS - 1,9 et 1.98 l/min APCO/CCO biais 0.38 l/min,+/- 1.96DS limites - 2,04 et 1.28

34 Cardiac output determination using arterial pulse:a comparison of a novel algorithm against continuous and intermittent thermodilution Conclusion de étude : Bonne corrélation entre APCO (via le nouvel algorithme / Vigileo) et ICCO en post chirurgie cardiaque Limites : études préliminaires / 11 patients Nécessité détudes complémentaires Etude chez patient USI Patients aux QO ? Manecke G et al. Expert Rev. Med. Devices 2005 ; 5 : (Manecke G et al. Crit Care Med 2004 ; 32: A43) ?

35 La validation par les études cliniques

36 Semi-invasive monitoring of cardiac output by a new device using arterial pressure waveform analysis : a comparison with intermittent pulmonary artery thermodilution in patients undergoing cardiac surgery » - Management anesthésique habituel (CEC) - Analyse TDCI /APCI Mayer J. British Journal of Anesthesia 2007;98: ASA status (I/II/III)0/0/33 Gender (m/f)19/14 Age (yr)68.3 [41–86] Body-mass index (BMI)29.4 (5.2) Preoperative LVEF (%)55 [32–78] Duration of anaesthesia (min) 188 (52) Surgery time (min)146 (44) Cardiopulmonary bypass time (min) 76 (12) Blood loss (ml)521 (289) Surgical procedure CABG18 Aortic valve repair (AVR)6 Mitral valve repair (MVR)3 CABG + AVR5 CABG + MVR1 Données démographiques et données périopératoires mean (SD) or mean [range]. LVEF, left ventricular ejection fraction; CABG, coronary artery bypass grafting. n = 33

37 13 exclus en per op. 27 patients 6 arythmies 1 IABP 33 patients USI 40 patients 244 paires analysables 1. Comparaison Blant-Altman : global, tps peropératoires, tps USI 2. Régression linéaire Présentation étude Mayer J. British Journal of Anesthesia 2007;98:

38 Présentation étude / Présentation étude / Analyse globale TDCI/APCI R= 0.53 P< Biais et précision 0.46 ± 1.15 l/min/m² Pourcentage erreur 46% Mayer J. British Journal of Anesthesia ;98:

39 Présentation étude / Présentation étude / Données peropératoires T1-T4 R=0.33 P<0.0001) Biais et précision 0.47 ± 1.22 l/min/m² Pourcentage erreur 51 % Mayer J. British Journal of Anesthesia ;98:

40 Présentation étude / Présentation étude / Données USI T5-T8 R=0.57 P<0.0001) Biais et précision 0.45 ± 1.14 l/min/m² Pourcentage erreur 42 % Mayer J. British Journal of Anesthesia ;98:

41 Présentation étude / Présentation étude / Données dans les bas index CI<2L/min/m2 (n=61) R= 0.28 P< Biais et précision 0.67 ± 1.16 l/min/m² Pourcentage erreur 56 % Misleading therapeutic approaches in patients who particularly need adequate haemodynamic treatment Mayer J. British Journal of Anesthesia ;98:

42 Présentation étude / Présentation étude / Comparaison ΔCI APCI/TDCI R= 0.40 P<0.0001) Biais et précision ± 1.50 l/min/m² Ability to track changes of CI in individual patients with adequate accuracy Mayer J. British Journal of Anesthesia ;98:

43 Présentation étude Biais et precision Mayer J. British Journal of Anesthesia ;98: Intraoperative ICU n=33 ICU n=33P-valueHaemodynamics Heart rate (beats min–1) 79 (21) 82(16)ns MAP (mm Hg) 74(10)78(12)ns CVP (mm Hg) 10 (4) (11 (4) (11 (4)ns SVR (dyn s cm–5) 1231 (378) 1028 (273) <0.01 Crystalloid volume replacement (ml kg– 1 h–1) 11.2 (7.4) 3.7 (3.4) <0.01 Colloid volume replacement (ml kg– 1 h–1) 4.6 (3.4) 1.2 (0.8) <0.01 Patients needing cardiocirculatory treatment 25/2718/33<0.01 Dobutamine (mg kg–1 h–2) 0.18 [0–0.4] 0.04 [0–0.4] <0.01 Epinephrine (µg kg– 1 h–2) 4.3 [0–4.8] 2.4 [0–4.2] <0.05 Norepinephrine (µg kg–1 h–2) 5.8 [0–8] 3.3 [0–6.2] <0.05 Glyceryl trinitrate (µg kg–1 h–2) 65 [0–117] 56 [0–130] ns Body core blood temperature (°C) 33.2 (0.5) 35.4 (0.8) <0.05

44 Conclusion étude Software 1ère génération : dépassé Calibration in vivo utile Variation compliance affecte précision et expliquerait erreur USI < QO Pas validé comme monitoring CO en chirurgie cardiaque, bonne corrélation pour sens évolution CO mais valeurs non fiables Echantillon ? Population non homogène - Inclusion de patients avec pathologie valvulaire aortique (limite connue du pulse contour) résultats dans sous groupe ? Méthodologie ? Patients exclus perop et ré-inclus post- op ? Conclusion auteurs: Commentaire :

45 « Comparison of uncalibrated arterial waveform analysis in cardiac surgery patients with thermodilution cardiac output measurements » - Management anesthésique habituel (CEC) - Analyse TDCO /APCO et TDCO/ TranspulmoCO pdt les 4 temps 120 mesures de CO chez 30 patients à 4 temps (T1-T4) Sander et al. Crit. Care 2006, 10:R164 Exclusion : 1 échec swan 1 échec swan 1 canulation fém. imp. 1 canulation fém. imp. 6 mesures vigileo non analysable chez 5 patients 6 mesures vigileo non analysable chez 5 patients 1 IABP 1 IABP 110 paires exploitables TDCO/APCO 108 paires exploitables TDCO/ TranspulmoCO

46 Présentation étude/ Présentation étude/ Analyse globale R = 0.84 p < 0.01 R = 0.53 p < l/min ± 1.7 l/min 0.6 l/min ± 2.8 l/min Analyse globale TDCO/APCO TDCO/ TranspulmoCO Pourcentage erreur 30 % Pourcentage erreur 54 % Sander et al. Crit. Care 2006, 10:R164

47 Présentation étude / Régression linéaire et Bland-Altman R =0.54 R = 0.29 R = 0.69 R = 0.36 R = 0.78 R = 0.74 R = 0.68 R = 0.88 T1T1 T2T2 T3T3 T4T4 T1T1 T2T2 T3T3 T4T4 0.2 ± ± ± ± ± ± ± ± 1.2 TDCO/APCO TDCO/ TranspulmoCO Sander et al. Crit. Care 2006, 10:R164

48 Présentation étude/ CO moyen Après induction T1 Après sternotomie T2 USI H+1 T3 USI H+6 T4 TDCOl/min4.79(1.23)5.74(1.73)5.75(1.41)6.03(1.34) APCOl/min4.66(1.52)4.69(1.44)5.02(1.04)5.25(1.11) Transpulmo CO l/min4.80(1.07)5.48(1.53)6.01(1.41)6.33(1.51) Sander et al. Crit. Care 2006, 10:R164 CO moyen (SD)

49 Conclusion étude Pulse contour sans calibration, très rapide mais pas fiable, sous estime à tous les temps le CO avec biais et précision non acceptable en clinique Pulse contour validé uniquement quand calibration Bonne corrélation COthermodilution et COthermodilution transpulmonaire moins bon à USI 1h : recirculation liquides froids ? Etude sur un groupe homogène / Méthodologie ++ Le vigileo ne peut pas être recommandé en alternative à la Swan pour évaluation du CO chez les patients de chirurgie cardiaque Conclusion auteurs: Commentaire :

50 « Cardiac output determination from the arterial wave: clinical testing of a novel algorithm that does not require calibration » Manecke GR, Auger R. J Cardiothorac Vasc Anesth 2007; 21: 3-7 Management anesthésique classique (CEC, +grand froid pour thromboendartérectomie et ACR) A USI pas de traitement vasopresseur ni, pas de traitement par grandes doses dinotropes 69 patients inclus dans étude Exclusion. : 2 échec Swan 2vigileo KO (overdamp) problème recueil données problème recueil données - 12 patients Ajustement de algorithme -7 patients 295 paires ICO/ COwave 295 paires CCO/ COwave Bland - Altman 57 patients 50 patients

51 Présentation étude Manecke GR, Auger R. J Cardiothorac Vasc Anesth 2007; 21: 3-7 APCO/ICOAPCO/CCO Biais 0.06 l/min Precision 1.05 l/min Biais 0.55 l/min Precision 0.98 l/min

52 Conclusion étude Algorithme utilisé par le Vigileo donne un CO fiable et précis (versus ICO) chez les patients de chirurgie cardiaque (wide range of CO) Algorithme utilisé par le Vigileo donne un CO fiable et précis (versus ICO) chez les patients de chirurgie cardiaque (wide range of CO) Limites : patients stables, pas détude en peropératoire Limites : patients stables, pas détude en peropératoire Adaptation de lalgorithme aux patients de étude ??? type de software ? Adaptation de lalgorithme aux patients de étude ??? type de software ? Résultats statistiques : coefficient de corrélation, pourcentage derreur ? Résultats statistiques : coefficient de corrélation, pourcentage derreur ? Conclusion auteurs: Commentaire :

53 Vigileo : conclusion Alternative semi invasive / la Swan Concept séduisant : mesure continu du CO par analyse de onde de pouls via le FloTrac Sensor (KT artériel) / mesure continue de la SvcO2 via le Presep Sensor mais Peu détudes cliniques Algorithme (1ère génération) non validé par études cliniques chez patients de chirurgie cardiaque Le Vigileo ne peut pas être recommandé comme alternative à la Swan/ Picco en chirurgie cardiaque Etudes à réaliser avec le nouveau software Validation dans sepsis, traumato, chirurgie vasculaire, phéochromocytome … ?

54 ? Remerciements au Dr Maximilien Gourdin pour sa relecture et ses bons conseils. CK A suivre…


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