Ein neuer Weg zur quantitativen elektronischen CTG-Analyse

Zusammenfassung

Hintergrund: Zwischen der fetalen Herzfrequenz (FHF) und den Parametern des fetalen Säure-Basen Haushaltes besteht erwiesenermaßen eine hochsignifikante Korrelation, die für diagnostische Zwecke genutzt werden kann. Bisher wurde für die FHF eine diskontinuierliche Bewertungsmethode, das Scoring-System verwendet, das mit erheblichem elektronischem Aufwand verbunden war, da die FHF in Dezelerationen (Akzelerationen) und Baseline (BL) aufgetrennt werden musste. Es war daher zu prüfen, ob diese rechenintensive Trennung der FHF nicht vermieden werden und eine kontinuierliche Bewertung ausgewählter Parameter zu gleichwertigen, wenn nicht gar noch besseren Resultaten führen könnte.

Methodik: Die letzten 30 direkt abgeleiteten CTG-Min von 465 Feten, die alle auf vaginalem Weg zur Welt gekommen waren, wurden in einem Rechner gespeichert und mit Hilfe eigener Programme (MATLAB) analysiert. Für jede CTG-Minute wurden fünf Testvariable berechnet: 1. die Mikrofluktuation, 2. die Bandbreite, 3. die mittlere Frequenz, 4. die Summe der absoluten Periodendifferenzen und 5. die Summe der absoluten Frequenzdifferenzen. Alle CTG-Minuten wurden also gleich behandelt, d. h. es wurde nicht mehr zwischen Dezelerationen (Akzelerationen) und Baseline unterschieden. Zur Analyse der physiologischen Interkorrelationen der fünf Testvariablen wurde ein pH, NA-„Fenster” zwischen 7,275 und 7,325 gebildet (7,275≤pH, NA ≤7,325). Dann wurde der Einfluss von Hypoxie und Azidose auf die 5 Testvariablen geprüft; die beiden Summenparameter wurden danach nicht weiter verfolgt. Für die drei verbliebenen Testvariablen wurde ein neuer Index, der WAS-Index, generiert, der auf ,Kennlinien‘ der drei Variablen (Frequenz, Bandbreite und Mikrofluktuation) zurückgreift und so erstmals eine kontinuierliche numerische Bewertung dieser drei Indexvariablen ermöglicht; diese ,Kennlinien‘ konnten aus den drei fetalen Zuständen: ,Wachen‘, ,Azidose‘ und ,Schlafen‘ (WAS) abgeleitet werden. Mithilfe des WAS-Scores, der sich auf jeweils 30 WAS-Indizes pro Fetus stützt, wurde dann ein prognostizierter pH-Wert berechnet und mit dem im NA-Blut gemessenen pH korrelationsanalytisch (r und Rho) verglichen.

Ergebnisse: Ohne Hypoxie und Azidose (pH, NA-Fenster) sind alle 5 Testvariablen eng miteinander korreliert; nimmt man nur CTG-Minuten mit Dezelerationen so geht nur die Korrelation der beiden Summenparameter mit den drei restlichen Variablen verloren. Lässt man Hypoxie und Azidose zu (tiefster pH, NA: 6,960) so zeigt jetzt die Bandbreite die beste Korrelation mit dem aktuellen pH, NA (r=−0,440, p≪10⁻⁴) gefolgt von der Mikrofluktuation (r=0,224, p<0,001) und der Frequenz (r=0,056, P n. s.). Dieses Muster ist auf den Verbleib aller Dezelerationen in der FHF zurück zu führen. Die beiden Summenparameter sind mit dem pH, NA und dem BE_oxy, NA schlechter korreliert als Bandbreite und Mikrofluktuation (pH, NA vs. SumPER r=−0,125, p<0,001 und pH, NA vs. SumFRQ r=−0,154, p<0,001). Generell ist der BE_oxy mit allen Testvariablen etwas schlechter korreliert als der aktuelle pH, NA-Wert. Die Korrelationsrechnung mit dem über die jeweils letzten 30 min gemittelten WAS-Index (WAS-Score) und den Parametern des fetalen SB-Haushaltes ergibt hochsignifikante (p≪10⁻⁴) Koeffizienten: für pH, NA r=0,6076, für BE_oxy r=0,535, für pCO₂ r=−0,469 und für sO_{2 ,} r=0,259. Der mediane WAS-Score beträgt 0,176, der Mittelwert 0,174±0,023; der Score ist in dieser Stichprobe normal verteilt.

Schlussfolgerungen: Mit einem neuen Index, dem WAS-Index, der sich auf CTG-Charakteristika bei wachen, azidotischen und schlafenden Feten stützt, gelingt eine kontinuierliche Bewertung der gesamten FHF-Kurve, die durch besonders enge Korrelationen (p≪10⁻⁴) mit den Variablen des fetalen SB-Haushaltes gekennzeichnet ist. Der pH-Wert kann mit dem WAS-Score signifikant zuverlässiger als bisher (p=0,0321) vorhergesagt werden. Die bekannte, rein qualitative CTG-Diagnostik bleibt unberührt.

Abstract

Background: Recently it was found that a significant correlation exists between the variables of the foetal acid-base balance (ABB) and the parameters of the foetal heart rate (FHR). This dependency can be used for diagnostic purposes. Until now FHR could be evaluated off- and online by computer using scoring procedures, i. e., discontinuous methods, which need considerable computational efforts since FHR must reliably be separated into baseline (BL), decelerations and accelerations. Therefore, the question must arise whether a continuous and less cumbersome evaluation of individual FHR-parameters might lead to even better results?

Methods: The last 30 min of 465 direct recordings of foetuses all delivered by the vaginal route were stored in a computer and analysed offline using our own MATLAB programmes. Five variables were computed for every single minute: The microfluctuation, the oscillation amplitude, the mean frequency, the sum of the absolute differences of time periods and the sum of the absolute differences of frequencies. In this paper the last two variables will be abbreviated ‘total sums’. All minutes of a FHR tracing were treated equally i. e. there was no separation anymore between BL and decelerations (accelerations). In order to analyse the physiological intercorrelation of the five variables mentioned above a ‘pH window’ was chosen between 7.275 and 7.325 [7.275≤pH, (umbilicalartery(UA)≤7.325]. Thereafter, the influence of hypoxia and acidosis on the five variables was evaluated. According to the results obtained two of the five variables, the ‘total sums’, were not further analysed. Using the remaining variables ‘frequency’, ‘oscillation amplitude’ and ‘microfluctuation’ a new index, the WAS index, was created. This index offers the opportunity to evaluate the FHR continuously using ‘coding lines’ for each of the three parameters. The WAS index was designed according to the FHR characeristics of the awake (wach), acidotic (azidotisch) (pH, UA=ca. 7 000) and sleeping (schlafend) foetus. Using the last 30 WAS indices covering the last 30 min of a single FHR tracing, a WAS score and the corresponding prognostic pH value was computed. These prognostic pH values were compared with the measured pH values of UA blood using again correlation analysis.

Results: Without any hypoxia and acidosis (pH, UA window) the five FHR variables are closely correlated with each other. Accepting minutes with decelerations only, the correlation between the ‘total sums’ and the remaining three parameters vanishes. Accepting hypoxia and acidosis (pH, UA ≥6.960) oscillation amplitude now offers the closest correlation with actual pH, UA (r=−0.440 p≪10⁻⁴) followed by microfluctuation (r=0.224, p<0.001) and frequency (r=0.056, P: n. s.). This pattern is obviously due to the retention of all decelerations in the FHR tracings. The ‘total sums’ show less close correlations with pH, UA and BE_oxy when compared with microfluctuation and oscillation amplitude (SumPER vs. pH, UA r=−0.125, p<0.001 and SumFRQ vs. pH, UA r=−0.154, p<0.001). All five variables under investigation show a better correlation with pH, UA when compared with BE_oxy UA. The WAS score computed (mean) for the last 30 min of delivery leads to close correlations (p≪10⁻⁴) with all variables of the foetal ABB: pH, UA r=0.608; BE_oxy r=0.535, pCO₂ r=−0.469 and sO₂ r=0.259. The median WAS score amounts to 0.176, the mean to 0.174±0.023; it is normally distributed in this sample.

Conclusions: FHR characteristics in different foetal behavioural states offer the opportunity to design a new index, the WAS index, which shows close (p≪10⁻⁴) correlations with all variables of the foetal ABB. Thus, the pH value in cord blood can be predicted within clinically reasonable limits. The qualitative CTG analysis remains untouched.

Kardiotokografie - fetalen Säure-Basen Status - WAS-Index - kontinuierliche pH-Bestimmung

Cardiotocography - fetal acid-base balance - WAS-index - continuous pH-determination

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