パルスオキシメーターを修正するために、FDA はこの研究所に答えを見つけるよう依頼しました

ウシャ・リー・マクファーリング著

2022 年 12 月 16 日

サンフランシスコ — 指先型酸素測定装置が肌の色が濃い患者には効果が低いため、健康格差の一因となっている可能性があるという発見は、パルスオキシメトリーの世界を動揺させた。パルスオキシメトリーは20億ドルの産業であり、現在はより厳格な規制と偏見に対処する圧力に直面している。デバイスの開発とテストにおいて。

解決策を模索する中で、食品医薬品局の規制当局は、先見の明のある創設者が最新の血液モニタリングツールの開発に貢献したサンフランシスコの小さな研究所に注目した。カリフォルニア大学サンフランシスコ校の低酸素研究室は、何十年にもわたって、血中酸素レベルの迅速、安価、非侵襲的なモニタリングを可能にすることで医療に革命をもたらしたこの低コストの装置の評価と精度の向上に静かに取り組んできました。これらの機器は、新型コロナウイルスや肺炎の治療から新生児のモニタリングに至るまで、医療の多くの側面に不可欠であり、モニター、酸素タンク、超音波装置、呼吸器がぎっしり詰まった小さな部屋で、メーカーなどのために毎年 60 件以上の検査が行われています。チューブと手術室の担架。

1958 年に物理学者から麻酔科医に転身し、「いじくり回しの達人」と評されるジョンセヴェリングハウスによって設立された低酸素ラボは、色の濃い皮膚に対するパルスオキシメーターの精度に疑問を投げかける分析を最初に発表した研究所の 1 つです。セヴェリングハウスは、第二次世界大戦中のレーダーシステムの設計から、現在スミソニアン博物館に所蔵されている世界初の血液ガス分析装置の発明に至りました。彼は人体が低酸素にどのように対処するかを理解することに深い興味を持っていました。彼はまた、カリフォルニアのホワイトマウンテンの標高12,470フィートで今も使用されている「低酸素ヒルトン」と呼ばれる研究室でも研究を行った。

血液ガスモニタリングが進化し、1980 年代後半までにパルスオキシメーターが医療現場で普及するにつれて、セヴェリングハウスと彼の研究室は、それらがどの程度うまく機能するかを評価することに時間を費やしました。そのため、彼らは2000年代半ばに、肌の色が濃い患者ではパルスオキシメーターの精度が低いことを示唆する論文を発表した。歴史的な写真には、セヴェリングハウスが数十年前に黒人患者を対象にデバイスをテストしている様子が示されており、当時は臨床研究の被験者が主に白人でした。その発見は彼を悩ませるものであった。

「彼はいつもそのことについて話していました。この装置が普及すると、肌の色が濃い人に対してそれが実際にどの程度の精度をもたらすのか疑問に思い始めました」と、セヴェリングハウス研究所の設立時に研究室の運営を引き継いだカリフォルニア大学サンフランシスコ校の麻酔学および周術期ケアの教授フィリップ・ビックラー氏は語った。引退した。

パルスオキシメーターの測定値に対する肌の色調の影響を評価した2005年の論文の筆頭著者であるビックラーにとって、誰が入院して治療を受けるかを決定する上でパルスオキシメーターが重要となった恐ろしいパンデミックと、数多くの新たな研究が必要だったことはイライラさせられてきた。この問題に対する幅広い関心を集めます。

「その間ずっと、私たちは『そうだ、これが私たちが伝えようとしていたことだ』と言い続けていた。しかし、それが人々の懸念として認識されていなかっただけです」とビックラー氏は語った。「当時は健康の公平性に注目していませんでした。」

現在、健康の公平性とデバイスに新たな注目が集まっており、この研究所の知名度は著しく高まっています。今月、その指導者らはSTATに対し、機器の精度において皮膚の色素がどの程度の要因に影響しているかを判断するため、詳細な検査手順を1日観察することを許可した。規制当局はこれらの誤差が治療にどの程度影響を及ぼす可能性があるかを理解しようとしているため、決定的な未知数である。決断。研究室が肌の色合いの評価方法から被験者ごとの測定値の予測不可能なばらつきに至るまで、多くの問題に取り組む中で、すぐに 1 つのことが明らかになりました。それは、この単純なデバイスのテストは何も簡単ではないということです。

採血の時間になりました。カリフォルニア大学サンフランシスコ校のボランティアで研究コーディネーターを務めるダイアモンド・ルオンさん（23）は、超音波画面を見ながらビックラー医師が橈骨動脈にカテーテルを優しく誘導する間、リドカインで腕を麻痺させながら担架に直立して座っていた。彼女の各指にはパルスオキシメーターが装着され、口には呼吸チューブが挿入されました。彼女の鼻はつままれて閉じられた。

次の20分間、研究員らは機器の酸素測定値と、彼女の腕から断続的に採取された血液中の濃度を比較し、彼女が「脱飽和」、つまり呼吸に必要な酸素がどんどん少なくなったときにその場で分析した。血液から採取される血液ガス測定値はゴールドスタンダードとみなされます。

テイラー・スウィフトの音楽が静かに流れる中、6人の研究者が1部屋しかない小さな実験スペースを走り回った。ルオンは早くて深い呼吸をしていた。「サッティング100」とビックラーは臨床医のキャロライン・ヒューズとして叫んだ。

研究コーディネーターは、真っ赤な血液サンプルを採取し、それを 2 台の血液ガス分析装置のうちの 1 つに投入すると、数秒で結果が吐き出されました。研究室では正確な数値が必要ですが、血液の脱酸素は目に見えてわかりました。ルオンの酸素の少ない血液のサンプルは、はるかに濃いクランベリーレッドでした。

ルオン氏の指に装着された 10 個のパルスオキシメーターの測定値は、研究室の隅にある巨大なスクリーン上でちらつきました。このスクリーンには複数のカメラが設置されており、他の研究者やメーカーがズームインして遠隔から経過を観察することができます。

ルオンさんの酸素濃度は二度にわたり正常範囲をはるかに下回る70％まで低下したが、それはほんの一瞬だった。彼女は不快感はなかったと言いました。研究へのボランティア活動は人気があります。短いセッションの料金は約 200 ドルです。研究室は長い間、主に UCSF 内からのボランティアに依存してきました。 UCSFの麻酔学准教授で低酸素研究所の研究者でもあるマイケル・リプニック氏は、同研究所は肌の色が濃い人など、より多様な人々を採用することに関心があるが、地域社会の研究参加者を募集する際に伴う倫理的問題についてもっと深く考えたいと述べた。

ルオンはアジア人で、肌の色は中程度です。 STATが観察したその日の他の参加者は肌の色が黒かった。しかし、パルスオキシメーターのパフォーマンスが最も悪かった人は、テストされたボランティアの中で最も肌の色が白い人の一人でした。また、多くの場合、パルスオキシメーターの測定値は血液で測定される値よりも低かったが、臨床研究で懸念されているのは、肌の色が濃い人の場合、デバイスが誤って高い酸素レベルを示し、臨床医が危険な低酸素血症や低酸素状態を見逃す可能性があることだった。これらの結果は、皮膚色素がパルスオキシメーターにどの程度影響を与えるかという問題は、多くの人が信じているほど明確ではないことを示しています。

その日の STAT のトップ記事のまとめ。

デバイスの動作が不十分だった（一部の測定値は最大 10% オフだった）人は健康でしたが、指の灌流または血液循環が低下しており、それが不正確さの一因となった可能性があります。灌流は、病気から被験者の手の温かさなどの単純な問題まで、幅広い問題によって影響を受ける可能性があります。機器のテストの中には被験者の手を温めることから始まるものもあり、それがより良い結果が得られる理由の一つかもしれないとリプニック氏は述べた。

現実の世界では、患者は手が冷たかったり、病気だったり、動きすぎて測定値が得られなかったり、指が小さくてデバイスにうまく収まらなかったりする可能性があります。患者間のこのばらつき、さらには同じ人の異なる指間でもこのばらつきは、研究室が取り組んでいる問題です。「肌の色ですか？血流ですか？血圧ですか？」リプニックは尋ねた。「生理学、特に酸素に関しては、非常にダイナミックです。」

この研究所の活動は、多くの非政府組織や慈善家が資源の不足している国にパルスオキシメーターを寄付したいと考えていた新型コロナウイルス感染症パンデミックの初期にエスカレートした。リプニック氏は世界の健康に大きな関心を持っており、年の一部はウガンダで働き、UCSF の手術と麻酔における健康公平性センターの副所長を務めています。研究室の引き出しには検査を待つパルスオキシメーターがたくさんあり、数千ドルするものもあれば、わずか10ドルのものもある。

機器の多くは研究所のテストではうまく機能しなかったが、その情報が提供者に届いたのか、それとも機器の受信者に届いたのかは不明だった。これを支援するために、Lipnick 氏は最近、openoximetry.org というプロジェクトを作成しました。このプロジェクトは、病院グレードのデバイスと、消費者が家庭用に購入できる安価なモデルの両方を含む多数のデバイスをテストし、パフォーマンスデータをオンラインに投稿するものです。

この研究所では、メーカー向けのデバイスのテストも行っています。近年、健康監視デバイスやフィットネストラッカーの成長に伴い、需要が高まっています。このような研究の実施には約 40,000 ドルの費用がかかり、FDA の承認を求める新しいデバイスにとっては不可欠です。これらのテストは新しいテクノロジーを伴うため、多くの場合秘密に包まれています。機器メーカーの従業員は、セキュリティ上のリスクがないか研究室を徹底的に調べ、研究者に機密保持契約書に署名させることがあります。

ビジネスは順調です。増え続ける待機リストを維持している臨床研究コーディネーターのデレリー・ショルナック氏によると、この研究室は8カ月間予約が埋まっているという。

研究室は忙しいのですが、最近は皮膚の色素が装置の精度に影響を与えたり、患者のケアに影響を与えたりするかどうかという新たな疑問が浮上し、さらに忙しくなりました。いくつかの財団は、デバイスの性能テストで肌の色を測定する最適な方法など、FDA が提起する疑問の答えに役立つ可能性のある研究を実施するために研究室に資金を提供しています。 FDAは規制当局の承認を求める機器に対し、被験者の少なくとも15％、または2人の「色素の濃い人」を対象にテストすることを義務付けているが、文言が曖昧で広く解釈される可能性があるため問題となっている。

肌の色を評価するのは簡単そうに思えますが、実際には非常に難しいことが研究室によって判明しました。ここの研究者たちは、皮膚科やその他の技術用途で使用されるさまざまなカラースケールを使用してきました。日焼けのリスクを評価するために使用される 6 階調のフィッツパトリックスケールがありますが、これには暗い色がほとんどありません。より公平な音域を備えた新しいモンクスケールと、最大 36 音のフォンルシャンスケールがあります。研究者は、被験者の皮膚に直接当てられるように、これらの紙スケールに穴を開けます。

しかし、これらの紙スケールはペイントチップに似ており、さまざまな理由で研究者らを不安にさせているとリプニック氏は述べた。一つには、彼らは主観的すぎるということです。もう 1 つは、紙のスケールが印刷されることです。これはプリンターごとに異なったり、部屋の照明によって見え方が異なったりすることがあります。肌の色調は、体の部位によっても変化します。また、体温が高い場合や体調が悪い場合にも変化します。

そこで研究室では、分光光度計を紙のスケールに補い、センサーに反射して戻ってくる光の量を分析して肌の色調を評価する高価な技術を導入している。肌の色調は主にメラニンだけでなく、他の皮膚や血液の色素（ヘモグロビン、カロテン、ビリルビンなど）にも影響を受ける。研究所の研究者は、酸素濃度計が置かれている指はもちろん、鼻、耳の両側、上腕など、一般に日光がほとんど当たらず、日焼けで黒ずまない場所の測定値を測定します。

この装置は色や色調を読み上げるのではなく、「多くの数学を使って」研究室間で標準化できる可能性があるITA番号と呼ばれるものを生成するのだと、研究室で働くオーストラリアの麻酔科医グレッグ・リーブ氏は語った。 Hypoxia Lab は、社会学者から皮膚科医まで、さまざまな専門家と協力して、色を評価する最も信頼できる方法を決定しています。それはFDAが解明しようとしている重要な疑問の1つだ。

ER や ICU の混乱の中では、理想的な実験室のテスト環境ほどにはデバイスがうまく機能しないことが明らかになったので、FDA は低酸素研究所に、現実世界、つまり入院患者を対象にデバイスがどの程度うまく機能するかを調査するよう依頼しました。さまざまな肌の色を持つ患者。 UCSF 医学生 2 年目の黒人で研究室ボランティアのケルビン・ムーア・ジュニアは、彼のような肌の色が濃い患者ではパルスオキシメーターの効果が低いという報告を読んだ後、プロジェクトの組織化に協力した。

「それは本当に重荷だった」とチームに加わるチャンスに飛びついたムーアは語った。「『サインアップしてくれ』って感じだった。研究している人々が研究している人々と同じように見えることは重要ですが、それだけでは十分ではないと私は信じています。」

ザッカーバーグ・サンフランシスコ総合病院の医療集中治療室を指揮する呼吸器科医のキャロリン・ヘンドリクソン氏が研究を主導しており、約90人のICU患者を募集したと彼女は語った。

この研究が直面する大きな課題の 1 つは、健康なボランティアの酸素レベルを安全に下げることができる研究室とは異なり、ICU 患者の酸素レベルの低下は臨床医によって直ちに治療されるため、このような低いレベルでの測定値を取得することが困難であることです。「臨床スタッフは非常に迅速に対応します」とヘンドリクソン氏は言う。「データを収集するには、研究スタッフが近くにいて、一時的で予測不可能なエピソードをキャッチできるようにする必要があります。」

研究室の関係者らは、被験者の数や肌の色はどの程度にする必要があるか、病院でデバイスをテストする必要があるかどうかに至るまで、さまざまな研究によってデバイスのテストを強化するためのデータが生成されることを期待している。より高精度のパルスオキシメーターが市場に投入されるまでには何年もかかる可能性があるが、研究チームはそれまでの間、パルスオキシメーターに「ブラックボックス」の可能性がある警告を追加して、臨床医に危険を知らせるなど、現在の機器の安全性についてよりよく知らせることを期待している。不正確さ、そして患者ケアにおいてそれらをどのように説明するか。

「FDAはさらなるデータの提供を求めており、それはすでに変化をもたらしている」とビックラー氏は語った。

セヴェリングハウス氏は昨年99歳で亡くなったが、彼が設立した研究室が、彼がずっと前に提起した人種的平等の問題を追求していることを知ったら嬉しいだろうとビクラー氏は語った。「この問題を解決できれば」とビックラー氏は語った。「それは健康格差のモデルになる可能性があります。」

この記事は、財団がパルスオキシメーターに関する研究室の研究の一部に資金を提供していることを明らかにするために更新されました。

これは、コモンウェルス基金からの助成金によって資金提供されている、健康と医療における人種差別を調査する一連の記事の一部です。

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全国科学特派員

ウシャ・リー・マクファーリングは、ロサンゼルスを拠点とするSTATの全国科学特派員です。彼女は健康上の不平等とその被害について調査している。

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