Computerized photo-plethysmography of the finger

A microcomputer system for studying photo-plethysmography of the finger (PPF) was designed and applied to 50 non-premedicated healthy boys (one to ten years old) undergoing general anaesthesia (halothane in 70% N2O, with mechanical ventilation) for outpatient inguinal hernia repair. The purpose of this study was to assess the accuracy of computerized estimations of the photo-plethysmographic (arterial waves) amplitude and to evaluate whether or not PPF allows discrimination between two different surgical stimuli (skin incision, and manipulation of the spermatic cord). When anaesthesia was stable for at least five minutes (end-tidal halothane=1.25–1.5%;PetCO2=32–38 mmHg; SpO2≥98%; rectal temperature=36.3–37°C; ambient operating room temperature=20–21°C), and immediately before the skin incision, computerized estimations of the photo-plethysmographic (arterial waves) amplitudes (PPA) were recorded and saved for later comparison with direct (manual) measurements of the plethysmographic tracing, using an arbitrary scale of 0–255 units. Also, the values of PPA, systolic blood pressure, and pulse rate recorded immediately before the skin incision were later compared with the maximum changes in these same values recorded 30–90 sec after skin incision, and 30–90 sec after manipulation (traction + dissection) of the spermatic cord. Six boys (three to ten years old) stayed quiet enough, during induction of anaesthesia by mask, to allow regression analysis of PPA, systolic blood pressure, and pulse rate (Y) on end-tidal halothane/70% N2O (X). Computerized estimations tended to give a higher reading, by between 0.2 to 0.8 units, than direct measurements. Spearman and Kendall correlations showed that computerized and direct measurements were associated (P<0.0001), the Kolmogorov-Smirnov’s test revealed that the two distributions were identical (P=1), the mean difference between computerized and direct estimations of the PPA was 0.52±1.08 units, and the limits of agreement (−1.6 and 2.6 units) were small enough to be confident that computerized (automatic) estimations of PPA can be used for clinical purposes. Skin incision caused a smaller decrease of PPA (24%) than manipulation of the spermatic cord (37%). Changes in PPA were more pronounced than changes in systolic blood pressure or pulse rate (P<0.05). Linear regressions and Fisher’s exact test (two-tailed) showed that, during induction of anaesthesia with halothane in 70% N2O by mask (n=6), changes in end-tidal halothane concentration were related more to changes in PPA than to changes in systolic blood pressure and/or in pulse rate (P<0.05). In conclusion, computerized PPF allows discrimination between two different surgical stimuli, provides quantification of the sympathetic response to preoperative anxiety, and may be useful for studying pre-anaesthetic sedation.RésuméLes auteurs décrivent un système informatisé qui permet d’étudier la photo-pléthysmographie digitale (PPD) et l’utilisent chez 50 garçons (de un à dix ans; stade physique I de la classification ASA; non-prémédiqués) ayant été anesthésiés (avec de l’halothane dans 70% N2O, sous respiration mécanique) pour herniotomie inguinale en régime ambulatoire. Le but de cette étude était de déterminer l’exactitude des valeurs de l’amplitude photo-pléthysmographique (ondes artérielles) calculées par l’ordinateur et d’évaluer dans quelle mesure la PPD permet de distinguer la réaction sympathique à deux stimuli chirurgicaux différents (incision de la peau et manipulation du cordon spermatique). Lorsque l’anesthésie était stable pendant au moins cinq minutes (halothane alvéolaire =1,25–1,5%; CO2 alvéolaire =32–38 mmHg; SpO2≥98%; température rectale =36,3–37° C; température de la salle d’opérations =20–21° C), et immédiatement avant l’incision de la peau, on a enregistré les valeurs des amplitudes photo-pléthysmographiques (APP) calculées par l’ordinateur et, ultérieurement, ces amplitudes ont été comparées avec les mêmes amplitudes mesurées directement sur le tracé pléthysmographique. Une échelle arbitraire, de 0–255 unités, fut utilisée. D’autre part, les valeurs de l’APP, de la pression artérielle systolique et de la fréquence du pouls enregistrées immédiatement avant l’incision de la peau furent comparées avec les mêmes valeurs obtenues 30–90 sec après l’incision de la peau et avec celles qui ont été enregistrées 30–90 sec après la manipulation (traction + dissection) du cordon spermatique. Six enfants (de trois à dix ans) sont restés suffisamment immobiles, pendant l’induction de l’anesthésie au masque, pour permettre d’étudier la régression de l’APP, de la pression artérielle systolique et de la fréquence du pouls (Y) sur les concentrations alvéolaires d’halothane/70% N2O (X). Les calculs de l’APP faits par l’ordinateur tendaient à donner des lectures plus élevées, de 0,2 à 0,8 unités, que celles éffectuées manuellement à partir de pléthysmogrammes imprimés. Les corrélations de Spearman et de Kendall ont montré que les deux types de mesures étaient associés (P<0,0001), le test de Kolmogorov-Smirnov a confirmé que les deux distributions étaient identiques (P=1), la différence moyenne entre lectures informatisées et lectures directes (manuelles) était de 0,52±1,08 unités, et les limites de concordance (−1,6 et 2,6 unités) étaient suffisamment petites pour confirmer que les lectures par ordinateur peuvent être employées à des fins cliniques. L’incision de la peau produisit une diminution significative de l’APP (24%); cette diminution fut cependant moindre que celle qui a été vérifiée après mainpulation du cordon spermatique (37%). Les variations de l’APP furent toujours plus nettes que celles de la pression artérielle systolique et/ou que celles de la fréquence du pouls (P<0,05). Les régressions linéaires et le test de Fisher ont montré que, pendant l’induction de l’anesthésie avec de l’halothane/70% N2O au masque (n=6), les variations de la concentration alvéolaire d’halothane correspondaient davantage aux variations de l’APP qu’aux variations de la pression artérielle systolique et/ou qu’aux variations de la fréquence du pouls (P<0,02). En conclusion, la PPD informatisée permet de faire la distinction entre la réponse sympathique à l’incision de la peau et celle qui est reliée aux manipulations du cordon spermatique. Elle permet aussi de quantifier la réponse sympathique à l’anxiété pré-opératoire et, par conséquent, elle s’avère très utile pour quantifier le dégré de sédation pré-anesthésique.