Een alarmerend probleem
Het aantal valse alarmen vanuit fysiologische monitoren is een groot probleem. Ons algoritme kan dit aantal valse alarmen verminderen. Dit resulteert in een lagere werkdruk voor verpleegkundigen, een prettigere herstelomgeving voor de patiënt en bovenal een verbetering van de patiëntveiligheid.
Overijssel
- Concept
- Ontwikkeling
- Testen
- Pilot
- Implementatie
- Opschaling
Over de innovatie
Concept
Beeldmateriaal
Korte omschrijving
Het ontbreken van een accuraat algoritme leidt tot een overmaat aan alarmen. Door middel van een algoritme dat signaaleigenschappen van meerdere sensoren combineert, worden aritmieën beter herkent en het aantal valse alarmen verminderd.
Probleemstelling
Zorgverleners in het ziekenhuis zijn afhankelijk van informatie die verstrekt wordt door fysiologische monitoren, die continue informatie geven over de status van de patiënt. De monitoren meten vitale parameters, zoals de hartfrequentie (ECG), ademfrequentie en bloeddruk. Daarnaast bevatten de monitoren complexe algoritmes welke een verandering in het signaal detecteren. Voor kritische situaties, zoals asystolie, ventrikelfibrilleren en tachycardie, wordt gewaarschuwd door middel van een alarm. Fysiologische monitoren hebben echter een hoge sensitiviteit om het risico op het missen van een levensbedreigende situatie te minimaliseren. Het gebeurt te vaak dat een alarm getriggerd wordt door artefacten in het signaal als de patiënt beweegt. Dit resulteert in honderden alarmen per bed per dag, waarvan tot 90% vals of klinisch irrelevant is. [1]
Verpleegkundigen worden blootgesteld aan deze overdaad aan alarmen. Dit heeft tot gevolg dat de alarmen worden waargenomen als achtergrondgeluiden. Deze hoge geluidsniveaus zijn in verband gebracht met verhoogde stress voor verpleegkundigen, maar ook met een nadelig effect op motivatie, algemene gezondheid en verhoogde kans op burn-outs. [2, 3]
Ook op de patiënten hebben de alarmen een negatief effect. Uit onderzoek blijkt dat de intensive care (IC) een te luidruchtige omgeving is, waarbij patiënten het meest last hebben van de geluiden van alarmen en apparaten. Een stressvolle en luidruchtige omgeving zorgt ervoor dat patiënten minder goed kunnen slapen, rusten en herstellen. Dit leidt tot een langer ziekenhuisverblijf en hogere zorgkosten. [3]
Bovendien brengen al deze valse alarmen de patiëntveiligheid in gevaar. Alarmen worden uitgeschakeld vanuit het centrale systeem zonder nog de klinische status van de patiënt te checken. Soms worden alle alarmen zelfs helemaal gedempt. De Association for the Advancement of Medical Instrumentation waarschuwt voor sterfgevallen ten gevolge van het uitschakelen van alarmen op de patiëntmonitoren. [3]
[1] Drew, B. J., Harris, P., Zègre-Hemsey, J. K., Mammone, T., Schindler, D., Salas-Boni, R., ... & Hu, X. (2014). Insights into the problem of alarm fatigue with physiologic monitor devices: a comprehensive observational study of consecutive intensive care unit patients. PloS one, 9(10), e110274.
[2] Darbyshire JL (2016). Excessive noise in intensive care units. BMJ, 353, i1956.
[3] Association for the Advancement of Medical Instrumentation, Center for
Radiological Devices & Health, U S A Food & Drug Administration (2011) A
siren call to action: priority issues from the medical device alarms summit.
Available: http://www.aami.org/htsi/alarms/pdfs/2011_Alarms_Summit_
publication.pdf Accessed 29 July, 2014.
Verpleegkundigen worden blootgesteld aan deze overdaad aan alarmen. Dit heeft tot gevolg dat de alarmen worden waargenomen als achtergrondgeluiden. Deze hoge geluidsniveaus zijn in verband gebracht met verhoogde stress voor verpleegkundigen, maar ook met een nadelig effect op motivatie, algemene gezondheid en verhoogde kans op burn-outs. [2, 3]
Ook op de patiënten hebben de alarmen een negatief effect. Uit onderzoek blijkt dat de intensive care (IC) een te luidruchtige omgeving is, waarbij patiënten het meest last hebben van de geluiden van alarmen en apparaten. Een stressvolle en luidruchtige omgeving zorgt ervoor dat patiënten minder goed kunnen slapen, rusten en herstellen. Dit leidt tot een langer ziekenhuisverblijf en hogere zorgkosten. [3]
Bovendien brengen al deze valse alarmen de patiëntveiligheid in gevaar. Alarmen worden uitgeschakeld vanuit het centrale systeem zonder nog de klinische status van de patiënt te checken. Soms worden alle alarmen zelfs helemaal gedempt. De Association for the Advancement of Medical Instrumentation waarschuwt voor sterfgevallen ten gevolge van het uitschakelen van alarmen op de patiëntmonitoren. [3]
[1] Drew, B. J., Harris, P., Zègre-Hemsey, J. K., Mammone, T., Schindler, D., Salas-Boni, R., ... & Hu, X. (2014). Insights into the problem of alarm fatigue with physiologic monitor devices: a comprehensive observational study of consecutive intensive care unit patients. PloS one, 9(10), e110274.
[2] Darbyshire JL (2016). Excessive noise in intensive care units. BMJ, 353, i1956.
[3] Association for the Advancement of Medical Instrumentation, Center for
Radiological Devices & Health, U S A Food & Drug Administration (2011) A
siren call to action: priority issues from the medical device alarms summit.
Available: http://www.aami.org/htsi/alarms/pdfs/2011_Alarms_Summit_
publication.pdf Accessed 29 July, 2014.
Oplossing
Zoals hierboven beschreven kunnen valse alarmen ontstaan door de aanwezigheid van artefacten in het signaal. Doordat een artefact lijkt op een artimie, wordt er een alarm gedetecteerd door het algoritme. De detectie gebeurt op dit moment op basis van het ECG-signaal. Om het probleem van de valse alarmen te verkleinen, is er een additioneel algoritme ontwikkeld. Dit algoritme checkt de signaaleigenschappen van andere signalen dan het ECG-signaal. Door meerdere inputsignalen te gebruiken, wordt het -op het ECG gebaseerde- gegenereerde alarm gevalideerd. Aangezien de sensoren van deze extra inputsignalen zich ook bevinden op andere posities op het lichaam dan de plakkers van het ECG, is het aannemelijk dat ECG-gerelateerde artefacten niet op deze signalen aanwezig zijn. De extra signalen kunnen daardoor gebruikt worden om alarmen te onderdrukken. De eerste testresultaten (zie afbeeldingen hierboven) laten zien dat wanneer dit additioneel algoritme in de fysiologische monitoren in het ziekenhuis zou worden geïmplementeerd, het aantal alarmen zal verminderen. Dit leidt tot lagere werkdruk voor de zorgverleners, verbeterde patiëntveiligheid, en bovendien een rustigere herstelomgeving voor de patiënt.
Unieke kenmerken
Analyse van verschillende signalen gebruiken om tot een alarm te komen. Wanneer in één van de signalen een artefact aanwezig is, leidt dit niet direct tot een vals alarm.
Ontwikkeling
Beschrijving technologie of dienst
De innovatie bestaat uit een algoritme. Dit algoritme is gebaseerd op de analyse van meerdere inputsignalen, zodat alarmen gebaseerd op artefacten in het signaal eruit gefilterd worden. Na validatie en optimalisatie van dit algoritme moet het worden toegevoegd aan het bestaande algoritme in de fysiologische monitoren. Toevoeging van dit algoritme heeft geen invloed op de manier van werken van de zorgverleners. Het enige wat zij – en de patiënten – ervaren is minder (valse) alarmen.
Video of animatie
Concurrentie
Het aantal valse alarmen is een groot en breed probleem. Er zijn dan ook verschillende alternatieve oplossingen. Eén hiervan is het dempen van de alarmen. In dit geval worden zorgverleners – en patiënten- niet gestoord door valse alarmen, maar de echte alarmen worden dan ook gedempt. Dit brengt de veiligheid van de patiënten in gevaar . Een andere optie is het verminderen van het aantal klinisch irrelevante alarmen door de grenswaarden in de monitor in te stellen op de individuele patiënt. Een voorbeeld: als de grens voor zuurstofsaturatie op 95% staat ingesteld bij een COPD patiënt, gaat continu het alarm af omdat deze patiënt nou eenmaal minder zuurstof kan opnemen. Door de limiet wat naar beneden bij te stellen, zal het aantal klinisch irrelevante alarmen verminderen zonder enige verandering in de kwaliteit van de zorg. Bovendien moeten zorgverleners nauwkeuriger selecteren welke patiënten moeten worden gemeten en welke niet . Als er geen reden is om een bepaalde parameter te controleren, moet deze parameter ook niet worden gemeten, omdat deze alleen (bewegings)artefacten en dus valse alarmen kan genereren. Ook moeten sensoren nauwkeurig worden geplaatst op het lichaam.
Alle bovengenoemde oplossingen verminderen het aantal alarmen. Er wordt veel onderzoek gedaan naar deze – en andere – oplossingen door onder andere fysiologische monitorfabrikanten (Philips) en ziekenhuizen (UMC Utrecht, Máxima Medisch Centrum).
Onze unieke kenmerken:
Onze innovatie richt zich, in tegenstelling tot vele andere onderzoeken, niet op alarmmanagement, maar op de valse alarmen die zijn ontstaan door een fout in de analyse. Vanwege artefacten in het signaal komt de klinische status van de patiënt dan niet overeen met de analyse van het algoritme, wat dan leidt tot een vals alarm. Door meerdere inputsignalen te gebruiken, worden deze valse alarmen eruit gefilterd met het additionele algoritme.
Alle bovengenoemde oplossingen verminderen het aantal alarmen. Er wordt veel onderzoek gedaan naar deze – en andere – oplossingen door onder andere fysiologische monitorfabrikanten (Philips) en ziekenhuizen (UMC Utrecht, Máxima Medisch Centrum).
Onze unieke kenmerken:
Onze innovatie richt zich, in tegenstelling tot vele andere onderzoeken, niet op alarmmanagement, maar op de valse alarmen die zijn ontstaan door een fout in de analyse. Vanwege artefacten in het signaal komt de klinische status van de patiënt dan niet overeen met de analyse van het algoritme, wat dan leidt tot een vals alarm. Door meerdere inputsignalen te gebruiken, worden deze valse alarmen eruit gefilterd met het additionele algoritme.
Doelgroep
Potentiële gebruikers van het algoritme zijn zorgverleners in het ziekenhuis. Vooral verpleegkundigen op afdelingen als de SEH, IC en hartbewaking zullen belangrijke gebruikers zijn, aangezien op deze afdelingen vaak gebruik wordt gemaakt van continue ECG-metingen. Volgens cijfers van Volksgezondheid waren er in 2016 in Nederland 94 ziekenhuizen met een SEH en ongeveer 70 ziekenhuizen met een IC-afdeling. Deze ziekenhuizen hebben baat bij het implementeren van het additioneel algoritme. Na innovatie in Nederlandse ziekenhuizen kan het eventueel ook worden uitgebreid naar het buitenland.
Verdienmodel
Uiteindelijk zal het algoritme worden verkocht op basis van het licentiemodel. Dit geeft de producenten van de fysiologische monitoren toestemming om het additionele algoritme toe te passen en te implementeren in hun bestaande monitoren.
Intellectueel eigendom
De oplossing is geschreven in de vorm van een algoritme, wat automatisch is beschermd door middel van copyright. Hierdoor is kopiëren van (een deel van) de software zonder toestemming van de eigenaar verboden. Copyright verbiedt echter niet het schrijven van een nieuw programma dat is geïnspireerd door dezelfde ideeën of functionaliteit. Patent kan het onderliggende idee van het algoritme wél beschermen, als het daarvoor in aanmerking komt. Vereisten hiervoor zijn dat de uitvinding nieuw, inventief en industrieel toepasbaar is. Vanwege deelname aan de Student Research Conference is ons idee gepubliceerd in het E-journal SURE! Aangezien hierdoor niet aan de eerste vereiste wordt voldaan, is patentaanvraag niet meer mogelijk.
Testen
Doelstelling testfase
Is het mogelijk om valse aritmie alarmen te corrigeren/onderdrukken met analyse van een andere signaal dan het ECG?
Beschrijving testfase
In deze testfase is een algoritme geschreven die de aritmieën herkent in meerdere inputsignalen. Ieder alarm dat gegenereerd was op basis van het ECG-signaal werd gevalideerd aan de hand van andere inputsignalen. Van ieder alarm werd vervolgens gekeken of het werd onderdrukt of niet met het additionele algoritme. Dit werd dan vergeleken met het label ‘vals’of ‘waar’. Idealiter werden alle valse alarmen onderdrukt en geen van de ware alarmen.
Aantal proefpersonen
627 alarmen uit een online database werden geanalyseerd, waarvan 210 ware alarmen en 186 valse alarmen.
Testresultaten
Artefacten in het signaal zorgen ervoor dat signaalanalyse niet accuraat kan worden uitgevoerd en alarmen worden gegenereerd. Bij het combineren van signalen kan er worden gecorrigeerd voor deze artefacten. Dit heeft als gevolg dat 47% van de valse alarmen werden onderdrukt met het additionele algoritme.
Om patiëntveiligheid te kunnen waarborgen is het van belang dat ware alarmen niet worden onderdrukt. Tijdens de testfase werden zes ware alarmen wel onderdrukt. Bij beoordeling van bijbehorende ECGs bleek echter dat deze niet voldeden aan de eisen van een aritmie. Classificatie van een waar alarm is dus onterecht aan deze alarmen gekoppeld. Deze alarmen werden dus onderdrukt door een fout in de klinische beoordeling van de experts en niet door een foute classificatie van het additionele algoritme.
Een visuele weergave van de resultaten is te zien onder het kopje ‘Concept – beeldmateriaal’ of in het testrapport hieronder.
Om patiëntveiligheid te kunnen waarborgen is het van belang dat ware alarmen niet worden onderdrukt. Tijdens de testfase werden zes ware alarmen wel onderdrukt. Bij beoordeling van bijbehorende ECGs bleek echter dat deze niet voldeden aan de eisen van een aritmie. Classificatie van een waar alarm is dus onterecht aan deze alarmen gekoppeld. Deze alarmen werden dus onderdrukt door een fout in de klinische beoordeling van de experts en niet door een foute classificatie van het additionele algoritme.
Een visuele weergave van de resultaten is te zien onder het kopje ‘Concept – beeldmateriaal’ of in het testrapport hieronder.
Uitdagingen
● Er moet een database worden opgesteld met alarmen uit Nederlandse ziekenhuizen, welke verschillende aritmie alarmen bevat inclusief de klinische beoordeling van de patiënt.
● Na positieve testresultaten moet het algoritme aan de fysiologische monitor worden toegevoegd . Hiervoor moeten wij in contact komen met diegene die het algortime kan implementeren in de monitoren.
● Bovendien moet de analyse van de signalen dan real time plaatsvinden.
● Na positieve testresultaten moet het algoritme aan de fysiologische monitor worden toegevoegd . Hiervoor moeten wij in contact komen met diegene die het algortime kan implementeren in de monitoren.
● Bovendien moet de analyse van de signalen dan real time plaatsvinden.
Pilot
Beschrijving pilotfase
De resultaten uit de testfase zijn dus veelbelovend. Voordat het algoritme echter in de praktijk kan worden toegepast, moet het ook in de praktijk worden getest. In de komende periode zal hiervoor een pilotfase worden opgestart.
In de pilotfase wordt er gekeken hoe en of het additionele algoritme functioneert op data verkregen uit een Nederlands ziekenhuis. Deze data bestaat uit aritmie alarmen, inclusief de klinische beoordeling van de patiënt, en de bijbehorende input signalen. Deze data moet eerst worden verkregen, waarna het algoritme hiermee wordt gevalideerd en geoptimaliseerd.
In de pilotfase wordt er gekeken hoe en of het additionele algoritme functioneert op data verkregen uit een Nederlands ziekenhuis. Deze data bestaat uit aritmie alarmen, inclusief de klinische beoordeling van de patiënt, en de bijbehorende input signalen. Deze data moet eerst worden verkregen, waarna het algoritme hiermee wordt gevalideerd en geoptimaliseerd.
Betrokken partners
In samenwerking met het UMC Utrecht wordt gekeken of het mogelijk is om deze pilot studie de komende paar maanden op te zetten.
Maatschappelijke effecten
De grote overdaad aan alarmen is nadelig voor de werkomstandigheden van zorgverleners, patiëntveiligheid en herstelomgeving van patiënten. Het additionele algoritme zorgt enerzijds voor een verlaging van de werkdruk van verpleegkundigen. Aan de andere kant zorgt het voor een rustiger herstel voor de patiënt, wat het ziekenhuisverblijf kan verkorten en daardoor de zorgkosten kan verminderen.
Onderzoeksresultaten
Nog niet bekend
Implementatie
Behaalde prestaties of gewonnen awards
Riphagen, S., Feiner, F & Hovenier R. (2017). Een alarmerend
probleem – Het reduceren van valse aritmie alarmen op de
Spoedeisende Hulp door het combineren van het elektrocardiogram
met het fotoplethysmogram om de patiëntveiligheid te verbeteren.
Student Undergraduate Research E-Journal!, 3, 181-184.
• 2018 | Winner in Category Ideation at UT Challenge (Enschede)
• 2017 | Public Choice Award in Applied Sciences at Student Research Conference (Middelburg)
• 2017 | Best Researcher Award in Applied Sciences at Student Research Conference (Middelburg)
probleem – Het reduceren van valse aritmie alarmen op de
Spoedeisende Hulp door het combineren van het elektrocardiogram
met het fotoplethysmogram om de patiëntveiligheid te verbeteren.
Student Undergraduate Research E-Journal!, 3, 181-184.
• 2018 | Winner in Category Ideation at UT Challenge (Enschede)
• 2017 | Public Choice Award in Applied Sciences at Student Research Conference (Middelburg)
• 2017 | Best Researcher Award in Applied Sciences at Student Research Conference (Middelburg)
