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Short term fetal heart rate variation in intrauterine growth restriction. development of reference values for a new computational algorithm
Short term fetal heart rate variation in intrauterine growth restriction. development of reference values for a new computational algorithm
Cardiotocography (CTG), the continuous and simultaneous recording of the fetal heart rate (FHR) and the maternal contractions, is a method widely used for the assessment of fetal well-being, predominantly in pregnancies with increased risk of complications. The Oxford system, developed by Dawes and Redman and implemented in the Sonicaid Fetalcare monitor, provides a computerised analysis of the CTG (cCTG) by taking into consideration a number of numerical, computer based parameters, with Short Term Variation (STV), a measure of the micro fluctuations of the FHR, being one of the most significant ones, especially in the monitoring of fetuses with Intrauterine Growth Restriction (IUGR). The Dawes-Redman algorithm calculates the STV by dividing each minute into 16 segments, each one being 3,75 seconds long and including 7-10 fetal heartbeats, or 6-9 pulse intervals (STV16). The average pulse interval in each section is calculated and the STV16 derives from the difference of the average pulse intervals between two sections. This calculated STV16 does not, however, equal the beat-to-beat variation of the FHR. A series of important studies has demonstrated that, when monitoring fetuses with preterm IUGR, STV16 values under 3ms correlate positively with the development of metabolic acidemia and should prompt to delivery. Theoretically, measurement of the pulse interval in much smaller time fractions, so that every heartbeat would be taken into consideration (instead of one every 7-10 heartbeats), would lead to a more accurate approximation of the beat-to-beat variation with significant advantages for the antenatal monitoring of the fetus. The IntelliSpace Perinatal by Philips Medical, which measures the STV by dividing each minute into 240 segments (STV240), attempts to better approximate the beat-to-beat variation of the FHR. An effort in our department to implement the existing cut-off values of the STV16 as reference values for the new STV240 algorithm has resulted in highly abnormal findings, with STV240 values significantly below the cut-off values of the STV16. This observation led to the hypothesis, that the reference values for the STV240 should be different, and, more precisely, lower in comparison to the existing reference values for the STV16. This hypothesis was not only based on clinical observation. The discrepancy noted between the two different algorithms is also logically sound, as it is to be expected that the variation between two subsequent beats will be notably lower as the variation between 7-10 subsequent heartbeats. We therefore conducted a single-center, non-interventional, prospective clinical study in order to develop clinically relevant reference values for the STV240 and to compare the reference values for the STV240 to the ones for the STV16. At the same time, we studied the effects of RDS prophylaxis on STV240 and STV16, in order to verify if the known transient effects of corticosteroids on the STV could also be detected with the new algorithm for the STV240. A total of 228 CTG traces from 94 patients (86 singleton and 8 twin pregnancies) were registered and included in the final statistical analysis for the development of the reference values. The values of the STV240 were significantly lower in comparison to the ones of the STV16. Moreover, not only the mean values but 95% of the values for the STV240 lay beneath the existent cut-off value for the STV16. The STV240 has a relative strong, statistically significant correlation with the STV16 (r=0,646, p<0,001). A medium, although statistically significant correlation (r=0,373, p<0,001) between week of pregnancy and STV240 was documented, whereas the correlation between STV16 and week of pregnancy was negligible. A transient increase of both the STV240 and STV16 was documented in the first 24h after the first intramuscular corticosteroid administration, when compared to the STV240 and STV16 without RDS prophylaxis or at least 72h after. This was followed by a transient decrease of both the STV240 and STV16 between 24h and 72h after the first intramuscular corticosteroid injection. Our results confirmed our hypothesis and allowed us to calculate the reference values for the STV240. Of paramount importance for every clinician using the new algorithm in her or his everyday practice, is to know that the normal values for the STV240 (not only the mean value but also the 95th percentile) lie beneath the, up until now, established cut-off value for the STV16. This stresses the fact that every clinician using cCTG should be, in advance, well aware of the algorithm implemented in his cCTG monitors. Otherwise, there is the threat of unnecessary iatrogenic premature deliveries, with all relevant risks., Cardiotocographie (CTG), die kontinuierliche und gleichzeitige Aufzeichnung der fetalen Herzfrequenz (FHF) und der mütterlichen Kontraktionen, ist eine Methode, die weithin für die Beurteilung des fetalen Wohlbefindens verwendet wird, vorwiegend bei Schwangerschaften mit erhöhtem Komplikationsrisiko. Das von Dawes und Redman entwickelte Oxford-System, welches im Sonicaid Fetalcare Monitor implementiert ist, bietet eine computerisierte Analyse des CTG (cCTG) unter Berücksichtigung einer Reihe von numerischen, computerbasierten Parametern an. Kurzzeitvariation (KZV), eine Maßnahme der Mikrofluktuationen des FHF, ist einer der bedeutendsten computerbasierten Parameter, vor allem bei der Überwachung von Feten mit intrauteriner Wachstumsrestriktion (IUGR). Der Dawes-Redman-Algorithmus berechnet die KZV, indem er jede Minute in 16 Segmente unterteilt, wobei jedes 3,75 Sekunden lang ist und 7-10 fetale Herzschläge oder 6-9 Pulsintervalle (KZV16) enthält. Das mittlere Pulsintervall in jedem Abschnitt wird berechnet und die KZV16 ergibt sich aus der Differenz der mittleren Pulsintervalle zwischen zwei Abschnitten. Diese berechnete KZV16 entspricht jedoch nicht der beat-to-beat-Variation der FHF. Eine Reihe wichtiger Studien hat gezeigt, dass bei der Überwachung von Feten mit früher IUGR KZV-Werte unter 3ms positiv mit der Entwicklung einer metabolischen Azidämie korrelieren und zur Entbindung führen sollten. Theoretisch würde die Messung des Pulsintervalls in viel kleineren Zeitabschnitten, so dass jeder Herzschlag berücksichtigt wäre (statt eines alle 7-10 Herzschläge), zu einer genaueren Annäherung der beat-to-beat-Variation der FHF führen, mit deutlichen Vorteilen für die antepartale Überwachung des Fetus. Das IntelliSpace Perinatal von Philips Medical, das die KZV auswertet, indem es jede Minute in 240 Segmente teilt (KZV240), versucht die beat-to-beat Variation der FHF besser anzunähern. Ein Versuch, in unserer Abteilung, die vorhandenen cut-off-Werte der KZV16 als Referenzwerte für den neuen KZV240-Algorithmus zu implementieren, hat zu sehr auffälligen Befunden geführt, wobei die KZV240-Werte deutlich unter den cut-off- Werten der KZV16 lagen. Diese Beobachtung führte zu der Hypothese, dass die Referenzwerte für die KZV240 im Vergleich zu den vorhandenen Referenzwerten für die KZV16 niedriger sein sollten. Diese Hypothese beruht nicht nur auf der klinischen Beobachtung. Die zwischen den beiden verschiedenen Algorithmen bemerkte Diskrepanz ist auch theoretisch zu erwarten, weil die Variation zwischen zwei nachfolgenden Herzschlägen deutlich geringer als die Variation zwischen 7-10 nachfolgenden Herzschlägen ist. Wir haben daher in unserer Klinik eine nicht interventionelle, prospektive klinische Studie durchgeführt, um klinisch relevante Referenzwerte für die KZV240 zu entwickeln und diese mit denen für die KZV16 zu vergleichen. Gleichzeitig haben wir die Effekte der RDS-Prophylaxe auf KZV240 und KZV16 untersucht, um zu prüfen, ob die bekannten transienten Effekte von Kortikosteroiden auf der KZV auch mit dem neuen Algorithmus für die KZV240 nachgewiesen werden können. Insgesamt wurden 228 CTGs von 94 Patientinnen (86 Einlings- und 8 Zwillings- Schwangerschaften) registriert und in die endgültige statistische Analyse zur Entwicklung der Referenzwerte einbezogen. Die Werte der KZV240 waren im Vergleich zu der KZV16 deutlich niedriger. Darüber hinaus lagen nicht nur die Mittelwerte, sondern 95% der Werte für die KZV240 unter dem vorhandenen cut-off-Wert für die KZV16. Die KZV240 hat eine relativ starke, statistisch signifikante Korrelation mit der KZV16 (r = 0,646, p <0,001). Eine mittlere, obwohl statistisch signifikante Korrelation (r = 0,373, p <0,001) zwischen Schwangerschaftswoche (SSW) und KZV240 wurde dokumentiert, während die Korrelation zwischen KZV16 und SSW vernachlässig war. In den ersten 24h nach der ersten intramuskulären Kortikosteroidgabe wurde eine vorübergehende Zunahme sowohl der KZV240 als auch der KZV16 dokumentiert, im Vergleich zu den KZV240 und KZV16 ohne RDS-Prophylaxe oder mindestens 72h danach. Darauf folgte eine vorübergehende Abnahme sowohl der KZV240 als auch der KZV16 zwischen 24h und 72h nach der ersten intramuskulären Kortikosteroidgabe. Unsere Ergebnisse bestätigten unsere Hypothese und erlaubten uns, die Referenzwerte für die KZV240 zu berechnen. Es ist extrem wichtig für jeden Arzt, der den neuen Algorithmus in seiner alltäglichen Praxis verwendet, zu wissen, dass die Normalwerte für die KZV240 (nicht nur der Mittelwert, sondern auch die 95. Perzentile) unterhalb der bislang etablierten cut-off-Werte für die KZV16 liegen. Dies unterstreicht die Tatsache, dass bei der Interpretation der KZV des cCTGs der verwendete Algorithmus berücksichtigt werden sollte. Ansonsten besteht die Gefahr von unnötigen, iatrogenen, vorzeitigen Entbindungen mit allen damit verbundenen Risiken.
cardiotocography, intrauterine growth restriction, short term variation
Kouskouti, Christina
2018
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Kouskouti, Christina (2018): Short term fetal heart rate variation in intrauterine growth restriction: development of reference values for a new computational algorithm = Kurzzeitvariation der fetalen Herzfrequenz in intrauteriner Wachsumsretardierung: Erstellung von Normkurven für einen neuen Berechnungsalgorithmus. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Cardiotocography (CTG), the continuous and simultaneous recording of the fetal heart rate (FHR) and the maternal contractions, is a method widely used for the assessment of fetal well-being, predominantly in pregnancies with increased risk of complications. The Oxford system, developed by Dawes and Redman and implemented in the Sonicaid Fetalcare monitor, provides a computerised analysis of the CTG (cCTG) by taking into consideration a number of numerical, computer based parameters, with Short Term Variation (STV), a measure of the micro fluctuations of the FHR, being one of the most significant ones, especially in the monitoring of fetuses with Intrauterine Growth Restriction (IUGR). The Dawes-Redman algorithm calculates the STV by dividing each minute into 16 segments, each one being 3,75 seconds long and including 7-10 fetal heartbeats, or 6-9 pulse intervals (STV16). The average pulse interval in each section is calculated and the STV16 derives from the difference of the average pulse intervals between two sections. This calculated STV16 does not, however, equal the beat-to-beat variation of the FHR. A series of important studies has demonstrated that, when monitoring fetuses with preterm IUGR, STV16 values under 3ms correlate positively with the development of metabolic acidemia and should prompt to delivery. Theoretically, measurement of the pulse interval in much smaller time fractions, so that every heartbeat would be taken into consideration (instead of one every 7-10 heartbeats), would lead to a more accurate approximation of the beat-to-beat variation with significant advantages for the antenatal monitoring of the fetus. The IntelliSpace Perinatal by Philips Medical, which measures the STV by dividing each minute into 240 segments (STV240), attempts to better approximate the beat-to-beat variation of the FHR. An effort in our department to implement the existing cut-off values of the STV16 as reference values for the new STV240 algorithm has resulted in highly abnormal findings, with STV240 values significantly below the cut-off values of the STV16. This observation led to the hypothesis, that the reference values for the STV240 should be different, and, more precisely, lower in comparison to the existing reference values for the STV16. This hypothesis was not only based on clinical observation. The discrepancy noted between the two different algorithms is also logically sound, as it is to be expected that the variation between two subsequent beats will be notably lower as the variation between 7-10 subsequent heartbeats. We therefore conducted a single-center, non-interventional, prospective clinical study in order to develop clinically relevant reference values for the STV240 and to compare the reference values for the STV240 to the ones for the STV16. At the same time, we studied the effects of RDS prophylaxis on STV240 and STV16, in order to verify if the known transient effects of corticosteroids on the STV could also be detected with the new algorithm for the STV240. A total of 228 CTG traces from 94 patients (86 singleton and 8 twin pregnancies) were registered and included in the final statistical analysis for the development of the reference values. The values of the STV240 were significantly lower in comparison to the ones of the STV16. Moreover, not only the mean values but 95% of the values for the STV240 lay beneath the existent cut-off value for the STV16. The STV240 has a relative strong, statistically significant correlation with the STV16 (r=0,646, p<0,001). A medium, although statistically significant correlation (r=0,373, p<0,001) between week of pregnancy and STV240 was documented, whereas the correlation between STV16 and week of pregnancy was negligible. A transient increase of both the STV240 and STV16 was documented in the first 24h after the first intramuscular corticosteroid administration, when compared to the STV240 and STV16 without RDS prophylaxis or at least 72h after. This was followed by a transient decrease of both the STV240 and STV16 between 24h and 72h after the first intramuscular corticosteroid injection. Our results confirmed our hypothesis and allowed us to calculate the reference values for the STV240. Of paramount importance for every clinician using the new algorithm in her or his everyday practice, is to know that the normal values for the STV240 (not only the mean value but also the 95th percentile) lie beneath the, up until now, established cut-off value for the STV16. This stresses the fact that every clinician using cCTG should be, in advance, well aware of the algorithm implemented in his cCTG monitors. Otherwise, there is the threat of unnecessary iatrogenic premature deliveries, with all relevant risks.

Abstract

Cardiotocographie (CTG), die kontinuierliche und gleichzeitige Aufzeichnung der fetalen Herzfrequenz (FHF) und der mütterlichen Kontraktionen, ist eine Methode, die weithin für die Beurteilung des fetalen Wohlbefindens verwendet wird, vorwiegend bei Schwangerschaften mit erhöhtem Komplikationsrisiko. Das von Dawes und Redman entwickelte Oxford-System, welches im Sonicaid Fetalcare Monitor implementiert ist, bietet eine computerisierte Analyse des CTG (cCTG) unter Berücksichtigung einer Reihe von numerischen, computerbasierten Parametern an. Kurzzeitvariation (KZV), eine Maßnahme der Mikrofluktuationen des FHF, ist einer der bedeutendsten computerbasierten Parameter, vor allem bei der Überwachung von Feten mit intrauteriner Wachstumsrestriktion (IUGR). Der Dawes-Redman-Algorithmus berechnet die KZV, indem er jede Minute in 16 Segmente unterteilt, wobei jedes 3,75 Sekunden lang ist und 7-10 fetale Herzschläge oder 6-9 Pulsintervalle (KZV16) enthält. Das mittlere Pulsintervall in jedem Abschnitt wird berechnet und die KZV16 ergibt sich aus der Differenz der mittleren Pulsintervalle zwischen zwei Abschnitten. Diese berechnete KZV16 entspricht jedoch nicht der beat-to-beat-Variation der FHF. Eine Reihe wichtiger Studien hat gezeigt, dass bei der Überwachung von Feten mit früher IUGR KZV-Werte unter 3ms positiv mit der Entwicklung einer metabolischen Azidämie korrelieren und zur Entbindung führen sollten. Theoretisch würde die Messung des Pulsintervalls in viel kleineren Zeitabschnitten, so dass jeder Herzschlag berücksichtigt wäre (statt eines alle 7-10 Herzschläge), zu einer genaueren Annäherung der beat-to-beat-Variation der FHF führen, mit deutlichen Vorteilen für die antepartale Überwachung des Fetus. Das IntelliSpace Perinatal von Philips Medical, das die KZV auswertet, indem es jede Minute in 240 Segmente teilt (KZV240), versucht die beat-to-beat Variation der FHF besser anzunähern. Ein Versuch, in unserer Abteilung, die vorhandenen cut-off-Werte der KZV16 als Referenzwerte für den neuen KZV240-Algorithmus zu implementieren, hat zu sehr auffälligen Befunden geführt, wobei die KZV240-Werte deutlich unter den cut-off- Werten der KZV16 lagen. Diese Beobachtung führte zu der Hypothese, dass die Referenzwerte für die KZV240 im Vergleich zu den vorhandenen Referenzwerten für die KZV16 niedriger sein sollten. Diese Hypothese beruht nicht nur auf der klinischen Beobachtung. Die zwischen den beiden verschiedenen Algorithmen bemerkte Diskrepanz ist auch theoretisch zu erwarten, weil die Variation zwischen zwei nachfolgenden Herzschlägen deutlich geringer als die Variation zwischen 7-10 nachfolgenden Herzschlägen ist. Wir haben daher in unserer Klinik eine nicht interventionelle, prospektive klinische Studie durchgeführt, um klinisch relevante Referenzwerte für die KZV240 zu entwickeln und diese mit denen für die KZV16 zu vergleichen. Gleichzeitig haben wir die Effekte der RDS-Prophylaxe auf KZV240 und KZV16 untersucht, um zu prüfen, ob die bekannten transienten Effekte von Kortikosteroiden auf der KZV auch mit dem neuen Algorithmus für die KZV240 nachgewiesen werden können. Insgesamt wurden 228 CTGs von 94 Patientinnen (86 Einlings- und 8 Zwillings- Schwangerschaften) registriert und in die endgültige statistische Analyse zur Entwicklung der Referenzwerte einbezogen. Die Werte der KZV240 waren im Vergleich zu der KZV16 deutlich niedriger. Darüber hinaus lagen nicht nur die Mittelwerte, sondern 95% der Werte für die KZV240 unter dem vorhandenen cut-off-Wert für die KZV16. Die KZV240 hat eine relativ starke, statistisch signifikante Korrelation mit der KZV16 (r = 0,646, p <0,001). Eine mittlere, obwohl statistisch signifikante Korrelation (r = 0,373, p <0,001) zwischen Schwangerschaftswoche (SSW) und KZV240 wurde dokumentiert, während die Korrelation zwischen KZV16 und SSW vernachlässig war. In den ersten 24h nach der ersten intramuskulären Kortikosteroidgabe wurde eine vorübergehende Zunahme sowohl der KZV240 als auch der KZV16 dokumentiert, im Vergleich zu den KZV240 und KZV16 ohne RDS-Prophylaxe oder mindestens 72h danach. Darauf folgte eine vorübergehende Abnahme sowohl der KZV240 als auch der KZV16 zwischen 24h und 72h nach der ersten intramuskulären Kortikosteroidgabe. Unsere Ergebnisse bestätigten unsere Hypothese und erlaubten uns, die Referenzwerte für die KZV240 zu berechnen. Es ist extrem wichtig für jeden Arzt, der den neuen Algorithmus in seiner alltäglichen Praxis verwendet, zu wissen, dass die Normalwerte für die KZV240 (nicht nur der Mittelwert, sondern auch die 95. Perzentile) unterhalb der bislang etablierten cut-off-Werte für die KZV16 liegen. Dies unterstreicht die Tatsache, dass bei der Interpretation der KZV des cCTGs der verwendete Algorithmus berücksichtigt werden sollte. Ansonsten besteht die Gefahr von unnötigen, iatrogenen, vorzeitigen Entbindungen mit allen damit verbundenen Risiken.