Experimental and predicted dual oximetry variability

Abstract

Objective. We wished to determine whether the individual bias (mean difference) and precision (standard deviation of the difference) values of 2 variables, arterial oxygen saturation (SaO₂) and mixed venous oxygen saturation (S⊻O₂), could be used to predict the bias and precision values of the combined dual oximetry variable (SaO₂- S⊻O₂).Methods. We simultaneously measured SaO₂ by pulse oximetry and arterial blood gas co-oximetry and S⊻O₂ by fiberoptic reflectance oximetry pulmonary artery catheter and venous blood gas co-oximetry in 238 data sets from 55 patients. Three different methods were used to predict the standard deviation of the difference of$(SaO_2 - S\bar vO_2 )[s_{\Delta (SaO_2 - S\bar vO_2 )} ]$: simple sum, root mean square (RMS) error, and RMS error with correction term. We derived the equation for the RMS error with correction term because initial results showed that the simple sum and RMS error methods did not predict$s_{\Delta (SaO_2 - S\bar vO_2 )}$ well. The correction term accounts for the non-independence of simultaneous SaO₂ and S⊻O₂ measurements.Results. The observed overall bias of the SaO₂, SvO₂, and (SaO₂ - S⊻O₂) measurement methods were 0.17, –1.76, and 1.94, respectively. The observed overall$s_{\Delta (SaO_2 - S\bar vO_2 )}$ of the (SaO₂ -S⊻O₂) measurement method was 5.12. The simple sum method overestimated the actual$s_{\Delta (SaO_2 - S\bar vO_2 )}$ by 38%, the RMS error method differed from the actual$s_{\Delta (SaO_2 - S\bar vO_2 )}$ by 3%, and the RMS error with correction term method matched the actual$s_{\Delta (SaO_2 - S\bar vO_2 )}$.Conclusion. The bias of a (SaO₂ -S⊻O₂) measurement method is simply the bias of the SaO₂ measurement method less the bias of the S⊻O₂ measurement method.$s_{\Delta (SaO_2 - S\bar vO_2 )}$ is best predicted by the derived equation, RMS error with correction term. The same principles and equations also apply to other situations in which 2 variables with the same dimensions are combined into 1 variable, such as (Paco₂-Etco₂) gradients and perfusion-pressure gradients. Although the difference between the$s_{\Delta (SaO_2 - S\bar vO_2 )}$ predicted by the RMS error equation and the derived RMS error equation with correction term was small, the difference may be significant for other combined variables.

Résumé

Objectif. Nous avons voulu déterminer si l’erreur (différence moyenne entre valeur mesurée et valeur de référence) et la précision (écart-type de la différence entre valeur mesurée et valeur de référence) des mesures respectives de deux variables, la saturation artérielle en oxygéne (SaO2) et la saturation veineuse en oxygéne (SvO2), pouvaient être utilisés pour déterminer l’erreur et la précision du calcul de la variable difference de saturation (SaO2 – SvO2).Méthodes. Nous avons mesuré simultanément la SaO2 par oxymétrie de pouls et par cooxymétrie (analyseur de gaz du sang artériel) et la SvO2 par spectrophotométrie de réflexion à l’aide d’un cathéter artériel pulmonaire à fibres optiques et par cooxymétrie (analyseur de gaz du sang veineux) dans 238 situations différentes chez un ensemble de 55 patients. Trois méthodes différentes ont été utilisées pour prévoir l’écart-type de la différence (SaO2 –SvO2) (SD (SaO2 – SvO2)): somme arithmétique des écartstype, racine carrée de la somme des variances (RCSV), et RCSV avec terme correctif. Nous avons modifié la formule de la RCSV en introduisant un terme correctif car les résultats préliminaries ont montré que ni la somme arithmétique des écarts-type ni la RCSV ne permettaient de prédire correctement SD (SaO2 – SvO2). Le terme correctif prend en compte la non-indépendance des mesures simultanées de SaO2 et SvO2.Résultats. L’erreur observée des méthodes de mesure de la SaO2, de la SvO2, et de (SaO2 – SvO2) furent respectivement de 0,17, – 1,76, et 1,94. L’écart-type SD (SaO2 – SvO2) de la méthode de mesure de (SaO2 – SvO2) a été de 5,12. La simple somme arithmétique des écarts-type surestime la valeur réelle de SD (SaO2 – SvO2) de 38 %, la RCSV a differé de la valeur réelle de SD (SaO2-SvO2) de 3 % et l’introduction du terme correctif a permis d’obtenir la valeur réelle de SD (SaO2 – SvO2).Conclusion. L’erreur d’une méthode de mesure (SaO2 – SvO2) est simplement égale à l’erreur de la méthode de mesure de la SvO2. SD (SaO2 – SvO2) est au mieux prédit par une formule dérivée de la RCSV avec introduction d’un terme correctif. Les même principes et équations s’appliquent aussi`a d’autres situations dans lesquelles 2 variables de même dimension permettent le calcul d’une seule variable, tels que la gradient (PaCO2 – PEtCO2) ou les gradients de pressions (pressions de perfusion). Bien que la différence entre les valeurs de SD (SaO2 – SvO2) respectivement prédite par la RCSV ou calculée par la formule dérivée de la RCSV avec facteur correctif est fiable, la difference peut être significative pour d’autres variables calculeés.

Kurzfassung

Ziel. Wir wollten bestimmen, ob die Werte der individuellen Unterschiede (mittlere Differenz) und der Genauigkeit (Standardabweichung der Differenzen) von zwei Variablen: der arteriellen Sauerstoffsättigung (SaO₂) und der gemischten venösen Sauerstoffsattigung (SvO₂), zur Vorhersage der Unterschiede und Genauigkeitswerte der kombinierten dualen Oximetrie-Variablen (SaO₂– SvO₂) verwendet werden können.Methoden. Wir haben SaO₂ durch Pulsoximetrie und arterielle Blutgas-Cooximetrie gemessen und gleichzeitig SvO₂ durch fiberoptische Reflektionsoximetrie mit Lungenarterienkatheter und venöse Blutgas-Cooximetrie in 238 Datensätzen von 55 Patienten. Drei verschiedene Methoden wurden zur Vorhersage der Standardabweichung der Differenz von (SaO₂– SvO₂) [SD(SaO₂ – SvO)] verwendet: einfache Summe, mittlerer (root mean square, RMS) Fehler und RMS-Fehler mit Korrekturterm. Wir leiteten die Gleichung für den RMS-Fehler mit Korrekturterm ab, da anfangliche Ergebnisse zeigten, daß die Methoden der einfachen Summe und des RMS-Fehlers SD(SaO₂ – SvO₂) nicht gut vorhersagten. Der Korrekturterm erklärt die gegenseitige Abhängigkeit gleichzeitiger SaO₂- und SvO₂-Messungen.Ergebnisse. Der beobachtete Gesamtbias der SaO₂-, SvO₂- und (SaO₂ – SvO₂)-Meßmethoden war 0,17 bzw. -1,76 und 1,94. Die beobachtete Gesamt-Standardabweichung SD(SaO₂– SvO₂) der (SaO₂ – SvO₂)-MeBmethode war 5,12. Die Methode der einfachen Summe überschätzte die tatsächliche Standardabweichung SD(SaO₂ – SvO₂) urn 38%, die RMS-Fehlermethode wich von der tatsächlichen Standardabweichung SD(SaO₂ – SvO₂) um 3% ab, und die Methode des RMS-Fehlers mit Korrekturterm entsprach der tatsächlichen Standardabweichung SD(SaO₂– SvO₂).Schlußfolgerung. Die Verschiebung einer (SaO₂– SvOin2)-Me6methode ist einfach die Verschiebung der SaO₂-Meßmethode abzüglich der Verschiebung der SvO₂-Meßmethode. SD(SaO₂ – SvO₂) wird am besten durch die abgeleitete Gleichung, RMS-Fehler mit Korrekturterm, vorhergesagt. Die gleichen Grundsätze und Gleichungen gelten auch für andere Situationen, in denen 2 Variable mit den gleichen Größen zu einer Variablen zusammengefaßt werden, wie z.B. (PaCO₂– EtCO₂)-Gradienten und Perfusionsdruckgradienten. Obwohl die Differenz zwischen SD (SaO₂ – SvO₂), die durch die RMS-Fehler-Gleichung vorhergesagt wurde, und der abgeleiteten RMS-Fehler-Gleichung mit Korrekturterm gering war, kann die Differenz bei anderen kombinierten Variablen signifikant sein.

Resumen

Objetivos. Tratamos de determinar si es posible usar los valores de sesgo individual (Diferencia promedio) y precisión (Desviación standard de la diferencia) de dos variables, saturación de oxígeno arterial (SaO2) y saturación venosa mezclada de oxígeno (SvO2), para predecir los valores de sesgo y precisión de la oximetría dual combinada (SaO2 –SvO2).Métodos. Medimos simultáneamente SaO2 por oximetría de pulso y por co-oximetría de sangre arterial, y SvO2 por reflectancia de fibra óptica a través de catéter de arteria pulmonar y co-oximetría de sangre venosa, en 238 grupos de mediciones en 55 pacientes. Se usó tres métodos diferentes para predecir la desviación standard (DS) de la diferencia de (SaO2 – SvO2)[DS(SaO2 – SvO2)]: Suma simple, error medio cuadrático, y error medio cuadrático con término de corrección. Derivamos la eucación para error medio cuadrático con término de corrección porque los resultados iniciales mostraron que la suma simple y el error medio cuadrático sin correción no predecían adecuadamente DS(SaO2 – SvO2). El término de corrección da cuenta de la no-independencia de las mediciones simultáneas de SaO2 y SvO2.Resultados. El sesgo global observado de los métodos de medición de SaO2, SvO2 y (SaO2 – SvO2) fue 0.17, -1.76 y 1.94, respectivamente. La DS(SaO2 – SvO2) global observada de las mediciones de (SaO2 – SvO2) fue 5.12. El método de la suma simple sobreestimó la DS(SaO2 – SvO2) real en 38%, el método del error medio cuadratico entregó una diferencia de 3% respecto de la DS(SaO2 – SvO2) real, y el método del error medio cuadrático con corrección coincidió con la DS(SaO2 – SvO2) real.Conclusión. El sesgo de un método de medición de (SaO2 – SvO2) es simplemente el sesgo del método de medición de SaO2 menos el sesgo del método de medición de SvO2. La DS(SaO2 – SvO2) es estimada en mejor forma por la ecuación derivada error medio cuadratico con término de corrección. Los mismos principios y ecuaciones se aplican a otras situaciones en las cuales dos variables con iguales dimensiones se combinan en una variable, tales como el gradiente (PaCO2 – EtCO2) o el gradiente de presión de perfusión. Aun cuando la diferencia entre DS(SaO2 – SvO2) predicha por la ecuación error medio cuadrático o por la ecuación error medio cuadrático con término de corrección fué pequeña en este trabajo, la diferencia podría ser más importante en el caso de otras variables combinadas.