Accuracy and cross-sensitivity of 10 different anesthetic gas monitors

Abstract

Objective. The objective of this study was to test the accuracy and cross-sensitivity of commercially available anesthetic gas monitors.Methods. Using gas chromatography (GC) as a reference method, the accuracy, cross-sensitivity, and ability to recognize an erroneously selected agent were determined in the following 10 monitors for volatile anesthetics: Datex Capnomac Ultima-S, Datex Capnomac, Ohmeda 5330 agent monitor, Iris Dräger, Andros Dräger PM 8020 (all monochromatic, infrared analyzers), Nellcor N-2500E, Criticare POET II, Irina Dräger (all polychromatic, infrared analyzers), Siemens Servo Gas Monitor 120 (a piezoelectric analyzer), and Brüel & Kjaer Type 1304 (a photoacoustic analyzer). Accuracy was determined at 0.5, 1, 2, and 4 times the minimal alveolar concentration (MAC) of either halothane or isoflurane in oxygen (O₂). The cross-sensitivity tests were performed with 70 vol% nitrous oxide in O₂, 5 vol% carbon dioxide in O₂, 0.032 vol% alcohol in O₂, and 70% water vapor in O₂. The photoacoustic analyzer showed a higher accuracy for isoflurane than the polychromatic infrared monitors. The greatest inaccuracy with isoflurane was found in the Iris Dräger monitor, which had a maximal bias percentage by volume (vol%) of 0.09 at 0.5 MAC. (This bias was within the manufacturer's specified tolerance of ±0.1 vol% or 10% relative difference of reading, whichever is greater.) Irina Dräger was the most accurate analyzer with halothane (mean % bias [relative %] ± SD, 0.9 ± 2.0%). The greatest bias with halothane was found in the monochromatic infrared analyzers, with a maximal % bias at 0.5 MAC of 50.3% of the GC reading (12.4% with a new inner Nafion tube) found in the Datex Ultima monitor. The Siemens gas monitor showed a cross-sensitivity for water vapor (−0.248 vol%). The monochromatic infrared analyzers showed a small sensitivity to alcohol (additional deviation of 0.011 to 0.147 vol% at 2 MAC isoflurane) but no sensitivity to nitrous oxide. No cross-sensitivity was found in the polychromatic infrared and photoacoustic analyzers. An incorrect selection of anesthetic agent when using a monochromatic infrared analyzer can be fatal; for example, when using halothane and selecting isoflurane the values measured by the Datex Capnomac monitor were nearly 6 times below the actual value (i.e., 1 vol% “isoflurane” on the display = 6 vol% halothane in reality).Conclusions. The photoacoustic measurement principle is more accurate than the other methods, although the polychromatic infrared analyzers are safer because they detect erroneously selected agents.

Résumé

Objectifs. Le but de cette étude était deverifier l'exactitude et la sensibilité croisée des moniteurs de gaz anesthésiques disponibles sur le marché.Méthodes. En choisissant la chromatographie gazeuse (CG) comme méthode de référence, nous avons déterminé l'exactitude, la sensibilité croisée, et la capacité de reconnaissance d'un agent sélectionné par erreur, chez les 10 moniteurs d'anesthésiques volatils suivants: Datex Capnomac Ultima-S, Datex Capnomac, Ohmeda 5330, Iris Drager, Andros Drager PM 8020 (analyseurs infra-rouges monochromatiques); Nelicor N-2500E, Criticare POET II, Irina Drager (analyseurs infra-rouges polychromatiques), Siemens Servo Gas Monitor 120 (analyseur piezoélectrique), et Bruel & Kjaer Type 1304 (analyseur photoacoustique). L'exactitude a été déterminée à respectivement 0,5; 1; 2; 4 fois la concentration alvéolaire minimale (MAC) soit d'halothane, soit d'isoflurane sous oxygène. Les tests de sensibilité croisée ont été réalisés avec un mélange gazeux contenant de l'oxygène et, respectivement, 70% de protoxyde d'azote, 5% de dioxyde de carbone, 0,032% d'alcool, et 70% de vapeur d'eau. L'analyseur photoacoustique s'est révèlé d'une plus grande exactitude pour l'isoflurane que les moniteurs infra-rouges polychromatiques. La plus grande inexactitude avec l'isoflurane était obtenue avec le moniteur Iris Drager, qui présentait l'erreur maximale en pourcentage de volume (vol %) de 0,09 à 0,5 MAC. Cette erreur était située dans l'intervalle de tolérance spécifié par le constructeur de 0,1 vol% en valeur absolue ou de 10% d'erreur relative. Irina Drager était l'analyseur le plus précis avec l'halothane (erreur moyenne ± écart-type de 0,9 ± 2,0 %). L'erreur la plus importante avec l'halothane était obtenue avec les analyseurs infra-rouges monochromatiques, avec une erreur relative maximale 0,5 MAC de 50.3% des résultats de la CG (12,4% avec le nouveau tube Nafion) obtenue avec le moniteur Ultima de Datex. Le moniteur Siemens a montré une sensibilité croisée pour la vapeur d'eau (−0,248 vol%). Les analyseurs infra-rouges monochromatiques ont montré une petite sensibilité à l'alcool (déviation de 0,011 à 0,147 vol% à 2 MAC d'isoflurane) mais aucune sensibilité au protoxyde d'azote. Aucune sensibilité croisée n'était obtenue chez les analyseurs polychromatiques infrarouges et photo-acoustiques. Une sélection incorrecte d'agent anesthésique d'un agent anesthésique lors de l'utilisation d'un analyseur monochromatique infra-rouge peut être fatal; par exemple, en cas d'utilisation d'halothane et de sélection de l'isoflurane, les valeurs mesurées par le moniteur Capnomac de Datex étaient près de 6 fois inférieures aux valeurs réelles (c'est-à-dire: 1 vol% d' “isoflurane” affiché = 6 vol% d'halothane en réalité).Conclusions. Le principe de mesure photoacoustique est plus exacte que les autres méthodes, bien que les analyseurs infra-rouges polychromatiques sont plus sūrs puisqu'ils détectent les agents sélectionnés par erreur.

Abstrakt

Zielsetzung. Ziel der Untersuchung war es, die Genauigkeit und Kreuzempfindlichkeit kommerziell erhältlicher Narkosegasmonitore zu überprüfen. Ein Gaschromatograph (GC) wurde als Referenz verwendet, um die Genauigkeit, Kreuzempfindlichkeit und die Fähigkeit fälschlich gewāhlter Narkosegase zu erkennen, an 10 verschiedenen Monitoren überprüft: Datex Capnomac® Ultima -S, Datex Capnomac®, Ohmreda 5330® Nakosegasmonitor, Iris® Dräger, Andros® Dräger PM8020 (alle monochromatische Infrarotanalysesysteme), Nellcor® N-2500E, Criticare® POET II, Irina® Dräger (alle polychromatische Infrarotanalysesysteme), Siemens Servo® Gasmonitor 1320 (ein piezoelektrisches System) und das Brüel & Kjaer® Typ 1304 ein photakustische Analysesystem. Die Genauigkeit wurde bei der 0.5–1–2 und 4fachen minimalen alveolären Konzenztration (MAC) in entweder Halothan oder Isofluran in Sauerstoff bestimmt. Eine Kreuzempfindlichkeit wurde mit 70 Vol% Lachgas in Sauerstoff, 5 Vol% Kohlendioxyd in Sauerstoff, 0.032 Vol% Alkohol in Sauerstoff und 70 Vol% Wasserdampf in Sauerstoff untersucht.Ergebnisse. Das photoakustische System wies grōssere Genauigkeit für Isofluran auf als alle polychromatischen Infrarotgasmonitore Die grösste ungenauigheit wurde beim Dräger Iris® Monitor für Isofluran gefunden, der eine prozentuale Abweichung von 0.09 Vol% bei 0.5 MAC aufwies. Diese Abweichung lag innerhalb der vom Hersteller angegebenen Toleranzgrenze von ± 0.1 Vol% bzw. relative10%. Der Irina® Drägermonitor war der genauste für Halothan (mittlere % Abweichung [relative %] ± Stabdardabweichung, 0.9 Vol% ± 2.0%). Die größte Abweichung für Halothan wurde bei den monochromatischen Systemen gefunden; bei 0.5 MAC wurde eine maximale % Abweichung für den Datex Ultima® Monitor von 50.3% (12.4% mit dem neuen Nafionschlauch) von dem am Gaschromatographen gemessenen Wert gefunden. Der Siemens Gasmonitor wies eine Kreuzempfindlichkeit für Wasserdampf auf (−0.248 Vol%). Die monochromatischen Infrarotsysteme wiesen alle eine geringe Kreuzempfindlichkeit für Alkohol (zusätzliche Abweichung von 0.011 bis 0.147 Vol% bei 2 MAC Isofluran) jedoch keine Kreuzempfindlichkeit für Lachgas auf. Keine Kreuzempfindlichkeit wurde bei den polychromatischen Infrarot- und photoakustischen Systemen nachgewiesen. Eine fehlerhafte Auswahl zum verwendeten Narkosegas kann bei einem monochromatischen Infrarot-Narkosegasmonitor fatale Folgen haben, wenn z.B. beim Gebrauch von Halothan und der Wahleinstellung Isofluran, die mit dem Datex Capnomat® gemessenen Werte bis zum 6fachen unterhalb der eigentlichen Konzentration liegen (i.e. 1 Vol% Isofluran in der Anzeige bei eigentlichen 6 Vol% Halothan).Schlußfolgerung. Das photoakustische Messprinzip ist genauer als alle anderen Methoden, obgleich das polychromatischen System sicherer ist, da hiermit fälschlicherweise Narkosegase gewählte entdeckt werden können.

Resumen

Objetivo. El objetivo de este estudio fue determinar la precisión y sensibilidad cruzada de monitores de gases anestésicos disponibles en el comercio.Metodos. Usando cromatografía de gases (GC) como método de referencia, se determinó la precisión, sensibilidad cruzada, y capacidad de reconocer un agente seleccionado en forma errónea, de los siguientes diez monitores de agentes anestésicos volátiles: Datex Capnomac Ultima S, Datex Capnomac, Ohmeda 5330, Iris Drager, Andros Drager PM 8020 (todos analizadores infrarrojos monocromáticos), Nellcor N 2500E, Criticare POET II, Irina Drager (todos analizadores infrarrojos policromáticos), Siemens Servo Gas Monitor 120 (analizador piezoeléctrico), y el Bruel & Kjaer Tipo 1304 (analizador fotoacústico). La precisión fue determinada a 0.5, 1, 2, y 4 veces la concentración alveolar mínima (MAC) de halothane o isoflurane en oxígeno (O2). Las pruebas de sensibilidad cruzada fueron realizadas con 70 vol% de óxido nitroso en O2, 5 vol% de CO2 en O2, 0.032 vol% alcohol in O2 y 70% vapor de agua en O2. El analizador fotoacústico mostró mayor precisión para el isofluorano que los monitores infrarrojos policromáticos. La mayor falta de precisión para el isoflurane se observó en el monitor Iris Drager, cuyo sesgo máximo en porcentaje por volumen (vol%) fue 0.09 at 0.5 MAC. (Este sesgo estaba dentro de la tolerancia especificada por el fabricante, de ±0.1 vol% o 10% diferencia relativa de lectura, lo que resultare mayor). El analizador Irina Drager fue el más preciso con halothane (sesgo % medio [% relativo] ± SD, 0.9 ± 2.0%). El mayor sesgo con halothane se observó en los analizadores infrarrojos monocromáticos, con un sesgo máximo a 0.5 MAC de 50.3% de la lectura del GC (12.4% con un tubo interior de Nafion nuevo) en el monitor Datex Ultima. El monitor de gases Siemens demostró sensibilidad cruzada para el vapor de agua (0.248 vol%). Los analizadores infrarrojos monocromáticos mostraron escasa sensibilidad al alcohol (desviación adicional de 0.011 a 0.147 vol% a 2 MAC isoflurane), pero no sensibilidad al óxido nitroso. No se detectó sensibilidad cruzada a los analizadores infrarrojos policromáticos ni fotoacústico. Una selección incorrecta de agente anestésico, usando un analizador infrarrojo monocromático, puede ser fatal: Por ejemplo, al usar halothano y seleccionar isofluorano los valores medidos por el monitor Datex Capnomac eran casi 6 veces por debajo del valor real (i.e., 1 vol% “isoflurane” en el display = 6 vol% halothane en la realidad).Conclusiones. El principio fotoacústico de medición es más preciso que los otros métodos, si bien los analizadores infrarrojos policromáticos son más seguros porque detectan selección errónea de agente anestésico.