Minder alarmen op de NICU helpt premature baby’s

Biomedisch ingenieur Rohan Joshi promoveerde afgelopen vrijdag bij de TU Eindhoven op zijn onderzoek naar algoritmen om het aantal alarmen op de neonatale intensive care-units te verminderen. Contactloze en betrouwbare monitoring, met minder alarmen, kan grote impact hebben op het welzijn en de gezondheid van premature baby's, denken experts.

Met lof promoveerde biomedisch ingenieur Rohan Joshi afgelopen vrijdag op zijn onderzoek naar monitoring van baby's die na de geboorte intensieve zorg nodig hebben. Na een opleiding in India en een master bij de KU Leuven in België, werkte hij als promovendus aan de Technische Universiteit Eindhoven, waar hij onderzoek deed bij het Máxima MC Veldhoven en Philips Research.

Premature baby’s

Premature baby’s worden opgenomen op de NICU, wat staat voor Neonatale Intensive Care Unit, ook wel de ICN (Intensive Care Neonatologie) genoemd. Daar liggen de baby’s in couveuses waarin hun lichaamstemperatuur op peil wordt gehouden. “Door de vooruitgang van medische technologie zijn er in de afgelopen decennia steeds meer mogelijkheden gekomen om voor te vroeg geboren baby’s te zorgen”, zegt Rohan Joshi. “Als medisch vakgebied bestaat neonatologie relatief kort. Pakweg zo’n 50-60 jaar geleden hadden premature baby’s geen goede overlevingskansen. Inmiddels kunnen we premature geboortes deels voorkomen, zijn er effectieve therapieën om bijvoorbeeld de longen van prematuren verder te laten rijpen, en kunnen steeds meer premature baby’s in leven gehouden worden.”

Sommige baby’s worden geboren na slechts zes maanden en wegen niet meer dan 500 gram. Ze hebben ernstig onderontwikkelde organen. Het monitoren en bewaken van vitale functies bij premature baby’s is een belangrijk onderdeel van zorgverlening. Artsen en verpleegkundigen vertrouwen op de sensoren die onder andere het zuurstofgehalte in het bloed, de ademhaling en temperatuur van de baby meten. De sensoren fungeren als de “ogen en oren van de arts”, die de status van de baby bewaken, aldus Joshi.

Levens redden

Hoewel de medische discipline steeds beter is geworden in het redden van levens van premature baby’s, zijn we ons ook steeds bewuster van de omgeving waarin premature baby’s verblijven, en het effect van die omgeving op hun neurologische ontwikkeling en kwaliteit van leven. De NICU is een heel andere omgeving dan de beschermde, veilige baarmoeder waar een premature baby eigenlijk nog in zou zitten. Binnen academisch onderzoek en in de medische praktijk is er steeds meer aandacht voor de omgeving waaraan het kind wordt blootgesteld en het comfort van monitoring. Bijvoorbeeld door sensoren te gebruiken die geen direct contact met de kwetsbare huid vereisen, het aantal klinisch irrelevante alarmen te verminderen , en de hoeveelheid geluid -en lichtprikkels te beperken.

Honderden alarmen per dag

Joshi’s promotieonderzoek draaide om de vraag: hoe kunnen we veilig het aantal klinisch irrelevante alarmen verminderen? Joshi analyseerde honderdduizenden alarmen van twee NICU’s en ontdekte dat driekwart van de alarmen irrelevant zijn voor de verpleegkundigen.

"Dat betekent niet per se dat ze vals zijn, maar wel dat verpleegkundigen er niets mee kunnen", zegt Joshi. “Niet alle alarmen behoeven een directe actie of follow-up, het merendeel is niet actionable. Per baby worden er honderden alarmen per dag gegenereerd. Eén verpleegkundige heeft met twee baby’s onder toezicht een alarm overload, en dat onderbreekt de workflow. Bovendien kan door een groot aantal alarmen bij professionals zogeheten alarm fatigue, alarm moeheid, optreden, een groot risico omdat in dit geval juist ook de relevante alarmen over het hoofd worden gezien.”

In nauwe samenwerking met zijn twee co-promotoren neonatoloog dr. Peter Andriessen en klinisch fysicus dr. Carola van Pul van Máxima Medisch Centrum in Veldhoven analyseerde Joshi honderdduizenden monitorsignalen van patiënten. Middels machine learning algoritmes wist hij het aantal alarmmeldingen waarop geen actie van de verpleegkundige nodig is te elimineren, terwijl de kritieke (actionable) alarmmeldingen juist eerder afgaan.

Patronen ontdekken

Om in de data van honderdduizenden alarmen van de monitors te zoeken naar patronen, ontwikkelde Joshi zelf software. “Dit is geen standaard wiskundig probleem: ik moest een manier vinden om patronen te ontdekken en te achterhalen waarom en hoe die patronen ontstaan. Een deterministische oorzaak vinden, daar word ik enthousiast van.”

Een van de oorzaken van verhoogde cardio-respiratoire instabiliteit, waardoor alarmen af kunnen gaan, is (sonde) voeding die zuigelingen krijgen, stelde Joshi vast. “Voeding is natuurlijk essentieel: prematuren krijgen gemiddeld 12 keer per dag voeding via een sonde. Door data-analyse kon ik vaststellen dat tussen de twee gebruikte voedingsmethoden, één voedingsmethode minder alarmen genereert.”

Contactloos monitoren

Het monitoren van vitale functies is niet altijd comfortabel voor baby’s, omdat er voor het monitoren van de ademhaling klevende elektroden op hun gevoelige huid worden aangebracht. Contactloos monitoren zou hiervoor een uitkomst kunnen bieden. Joshi ontwikkelde daarom een contactloos monitorsysteem, bestaande uit een folie-achtige druksensor die geplaatst kan worden in het matras van de couveuse. Om de sensor te testen, zette Joshi een klinische studie op in Máxima MC, onder begeleiding van klinisch fysicus Van Pul en neonatoloog Andriessen. Het onderzoek wees uit dat de druksensor net zo betrouwbaar is als de standaard elektroden die gebruikt worden voor het monitoren van de ademhaling van te vroeg geboren baby’s.

Joshi ontwikkelde een druksensor die wordt geplaatst in het matras van de couveuse

Ook bleek dezelfde druksensor, in tegenstelling tot de standaard elektroden, gebruikt te kunnen worden om de hoeveelheid beweging van het kind te registreren. Een gebrek aan beweging is namelijk een belangrijke voorspeller van levensbedreigende infecties zoals sepsis. Daarnaast kan deze bewegingsmeting ingezet worden om het type apneu (centraal of obstructief) te detecteren; een complicatie die vaak voorkomt bij vroeggeboorte.

Volgens de onderzoeker is de grote uitdaging van contactloos monitoring het in staat zijn om betrouwbare signalen te meten onder alle praktische omstandigheden van een NICU. “Meer onderzoek en intelligente algoritmes zijn nodig om contactloos monitoring ‘NICU proof’ te maken. De veiligheid en ontwikkeling van prematuren staat altijd voorop en deze nieuwe vorm van monitoring draagt daar enorm aan bij.” Inmiddels werkt Joshi bij Philips Research aan NICU innovaties