The Factor Time in Fetal Heart Rate Monitoring and the Detection of Acidosis Using the WAS Score

Abstract

Background: Using the naked eye evaluation of fetal heart rate (fhr) patterns remains difficult and is not complete. Computer-aided analysis of the fhr offers the opportunity to analyze fhr patterns completely and to detect all changes due to hypoxia and acidosis. It was the goal of this study to analyze the factor time in fetal monitoring and to evaluate the association between the fhr and the actual pH values in arterial umbilical blood.
Methods: During a period of 11 years the FHR signals (i. e., the R-R interval of the F-ECG) of 646 fetuses were recorded with a CTG and simultaneously by a computer. The computer files were analyzed thereafter, i. e., the results did not influence our clinical management. To enter the study, all fetuses must have been delivered by the vaginal route – in consequence without a significant loss of fhr signals. During forceps and/or vacuum deliveries recordings were continued. If necessary a new electrode was inserted. In this study recordings of fetuses with chorioamnionitis, tracings of malformed neonates and tracings shorter than 30 min were excluded. Thus 484 recordings were left. We used our own computer programs written in MATLAB (USA). 3 parameters were determined electronically: 1) the mean fetal frequency [fhf, (bpm)], 2) the number of turning points (N/min) in the fhr, which we called ‘microfluctuation’ (micro) and 3) the oscillation amplitude, oamp (bpm). Measurements of the acid-base variables from arterial (UA) and venous (UV) blood were performed using RADIOMETER equipment (ABL500) and trained personnel. However, only the actual pH_UA values were used in this study. To detect the influence of hypoxia and acidosis, all 484 cases were separated into 7 groups according to the actual pH_UA value: 55 fetuses lying in a small non-acidotic “pH-window” (pH_UA=7.290–7.310, mean=7.300±0.008) were used as ‘controls’.
Results: In humans fhf, micro and the oamp behave differently during the last 30 min of delivery and with different fetal pH_UA values: micro is early (at 0 min) decreased with fetal acidemia and is steadily deceasing (68–40 N/min) during vaginal delivery; the oamp – mainly due to decelerations – is increased from 35 up to 70 bpm during the last 30 min. Hypoxia and acidosis increase the amplitude and duration of decelerations; finally fhf shows only an insignificant reaction to acidemia but is decreased (from 135 to 110 bpm) overall with the course of time. Therefore the 3 characteristics of the fhr might be ranged according to their decreasing sensitivity to acidemia as follows: 1) fetal microfluctuation, 2) oscillation amplitude and 3) mean frequency. The 3 components of the fhr were used to invent and apply a score named the WAS score. This score increases the association between the actual pH_UA values and the activity of the fetal heart. The 3 variables of the fhr mentioned above were rated differently; the 3 factors necessary to achieve this were computed electronically using an optimization program. The result is the WAS score: WAS=mean [frq*f_f(v_j) * micro*f_m (v_j)/oamp*f_a(v_j)]_j=1,30. Using the last 30 min of delivery the correlation coefficient r of this score with pH_UA reaches 0.645, P<< 0.001. The regression is linear in our 484 cases.
Conclusions: Microfluctuation is the most sensible variable of the fetal heart followed by the oscillation amplitude and mean frequency. The WAS score offers the best correlation with the actual pH values measured in arterial umbilical blood.

Zusammenfassung

Hintergrund: Die Beurteilung der fetalen Herzfrequenz (FHF) mit dem normalen Auge ist und bleibt schwierig; sie ist vor allem nicht vollständig. Die Computeranalyse der FHF ermöglicht eine genauere Darstellung und hilft Veränderungen bedingt durch Hypoxie und Azidose deutlicher zu erkennen. Ziel dieser Arbeit war es den Faktor Zeit genauer zu untersuchen und den Zusammenhang zwischen den Variablen der FHF und den aktuellen pH_NA-Werten darzustellen.
Methoden: Während eines Zeitraumes von 11 Jahren wurde das direkt abgeleitete Signal der FHF (der R-Zackenabstand im fetalen EKG) von 646 Feten elektronisch registriert. Diese Aufzeichnungen hatten keinen nennenswerten Einfluss auf den späteren Geburtsverlauf. In dieser Studie wurden nur die letzten 30 min von Feten analysiert, die auf vaginalem Weg zur Welt gekommen waren, d. h. also ohne deutlichen Signalverlust. Während einer Vacuum- und/oder Zangenextraktion wurde die Überwachung fortgesetzt. Bei Bedarf wurde eine neue Elektrode gelegt. CTGs von Feten mit Chorioamnionitis, Fehlbildungen und Aufzeichnungen kürzer als 30 min wurden ausgeschlossen. So verblieben 484 Fälle, die mit eigenen Computerprogrammen (MATLAB, (USA)) ausgewertet werden konnten. Messungen des fetalen Säure-Basen Haushaltes wurden von geschultem Personal mit Geräten (ABL500) der Firma RADIOMETER vorgenommen. In dieser Arbeit wurden nur die aktuellen pH_NA-Werte verwendet. Die 484 Feten wurden nach ihrem pH_NA-Wert in 7 Gruppen aufgeteilt. Zur Kontrolle dienten 55 Feten, die mit ihrem pH in einem engen „pH-Fenster“ lagen, (pH_NA: 7.290–7.310, Mittel=7.300±0.008).
Resultate: Beim Menschen verhalten sich während der letzten 30 Geburtsminuten die Variablen Mikrofluktuation (micro), Oszillationsamplitude (oamp) und basales Frequenzniveau (fhf) unterschiedlich: Sowohl der Faktor Zeit als auch die Azidämie beeinflussen diese Werte: Die Micro ist bei einer Azidose schon 30 min ante partum (etwas) reduziert und fällt mit zunehmender Zeit stetig weiter ab [von 68 auf ca. 39 (N/min)]; die Oamp (hervorgerufen durch Dezelerationen) nimmt während der letzten halben Stunde deutlich zu [von 35 auf 70 (bpm)]. Die fhf zeigt eine nur geringe Reaktion auf die Azidose nimmt aber über der Zeit stetig [von 135 auf 110 (bpm)] ab. Die 3 Variablen der fhf können daher nach abnehmender Sensitivität geordnet werden: 1.) Fetale Mikrofluktuation, 2.) Oszillationsamplitude und 3.) mittleres Frequenz-niveau. Diese Veränderungen sind mehrheitlich nur mit einem Computer verifizierbar. Diese 3 Variablen wurden verwandt um einen Score zu formulieren, der den engen Zusammenhang mit den pH_NA-Werten deutlich macht: Die 3 Variablen der FHF werden dabei numerisch ganz unterschiedlich bewer­tet. Die Bewertungsfaktoren wurden elektronisch berechnet. Der neue Score heißt WAS-Score und lautet: WAS=Mittelwert [frq*f_f(v_j) * micro*f_m (v_j)/oamp*f_a (v_j)]_j=1,30. Der Korrelationskoeffizient r für das aktuelle pH_NA beträgt jetzt 0,645, P<< 0,001; die Regressionsgerade ist linear (N=484).
Schlussfolgerung: Die Microfluktuation ist die sensibelste Variable der fetalen Herzfrequenz gefolgt von der Oszillations­amplitude (Dezellerationen+Akzelerationen) und der fetalen Basalfrequenz. Der WAS-Score zeigt bisher die engste Korrelation mit den aktuellen pH-Werten im Nabelarterienblut.

Key words

time in fetal monitoring - WAS score - fetal heart frequency - microfluctuation - oscillation-amplitude

Schlüsselwörter

Zeitanalyse: 30 min ante partum - WAS-Score - fetale Herzfrequenz (FHF) - Mikrofluktuation der FHF - Oszillationsamplitude der FHF

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