A novel tool based on oscillometry for individualizing surfactant administration in preterm newborns

Surfactant is often deficient in premature babies, causing respiratory distress syndrome. The administration of exogenous surfactant reduces morbidity and mortality but carries significant risks, so an appropriate evaluation of surfactant need is required. Current criteria are based on an indirect and unspecific marker for surfactant deficiency, which can cause useless administration or delay treatment in infants who require it. Lung volume recruitment, directly related to surfactant availability, can be evaluated by measuring lung reactance by oscillometry, a technique applied in modern ventilators. Preliminary studies support its use for guiding surfactant administration, while randomized control trials are needed to evaluate whether tailoring surfactant treatment accordingly improves clinical outcomes. However, the ventilators are not suited for oscillometry in critical conditions nor guarantee accurate results during noninvasive ventilation. The present work consists in the development of a novel tool to allow an interventional clinical study, for the evaluation of the clinical impact of administrating surfactant according to oscillometry results. We exploited the Fabian HFO ventilator to apply oscillometry and measure flow and pressure at the airways opening. An application was developed and installed on a tablet to be easily used in emergency contexts. The app can guide the clinician through the study protocol, elaborate data measured by a ventilator and provide lung reactance values. Particular attention was paid to the algorithms for data analysis and artifacts management, to provide reliable real-time values. These were validated on pre-recorded data from 11 infants. Inspiration reactance computed by the app was compared to the values obtained by manual selection of the data performed by a trained operator. Differences were lower than 2.5 cmH2O*s/L. The developed tool allows reliable real-time evaluation of reactance using non-invasive interfaces. It can be used easily at the bedside in critical conditions, thus opening the possibility for interventional studies to evaluate the clinical impact of guiding surfactant administration by oscillometry.

Nei bambini prematuri la carenza di surfattante, il quale favorisce la stabilità polmonare, causa la sindrome da distress respiratorio. L’amministrazione di surfattante esogeno riduce morbilità e mortalità ma implica rischi significativi, comportando la necessità di un’attenta valutazione del bisogno di surfattante. I criteri attuali usano indicatori della carenza di surfattante indiretti e aspecifici. Studi preliminari supportano l’utilizzo del reclutamento del volume polmonare, valutato misurando la reattanza polmonare tramite l’oscillometria applicata da moderni ventilatori, per guidare l’amministrazione di surfattante. Trial randomizzati sono necessari per valutare il miglioramento dei risultati clinici. Tuttavia l’oscillometria tramite i ventilatori in condizioni critiche con ventilazione non invasiva non garantisce risultati accurati. Il lavoro corrente consiste nello sviluppo di un nuovo strumento per permettere uno studio clinico interventistico per la valutazione dell’impatto clinico dell’amministrazione di surfattante basata su risultati dell’oscillometria. Abbiamo sviluppato e installato su un tablet un’applicazione che possa essere usata in contesti emergenziali, usando il ventilatore Fabian HFO per applicare l’oscillometria e misurare flusso e pressione all’apertura delle vie respiratorie. L’app guida il clinico nel protocollo dello studio, elabora i dati e fornisce valori di reattanza polmonare. Per garantire misure affidabili in tempo reale particolare attenzione è stata posta agli algoritmi per l’analisi dei dati e la gestione degli artefatti, che sono stati validati su dati preregistrati di 11 bambini. Le reattanze inspiratorie ottenute dall’app sono state confrontate con quelle ottenute tramite selezione manuale dei dati da parte di un operatore qualificato. Le differenze sono minori di 2.5 cmH2O*s/L. Lo strumento sviluppato permette una valutazione affidabile in tempo reale della reattanza usando interfacce non invasive. Può essere usato facilmente al letto del paziente in condizioni critiche, aprendo la possibilità di valutare l’impatto clinico dell’oscillometria nella guida alla somministrazione di surfattante tramite studi interventistici.