Assessment and management of paediatric Head Injuries in the Emergency Department

Background: Head injuries (HI) are one of the most common causes of morbidity and mortality in the paediatric population in developed countries. Their management places a considerable burden on emergency services, being one of the most common reasons to visit the Emergency Department (ED). The care delivered in the ED covers multiple key aspects to ensure a timely successful recovery and prevent re-injury. Despite evidence supporting the care of paediatric HIs has substantially increased in recent years, many aspects of care still benefit from further research for an optimal management of these patients. Objectives: To investigate different elements of the journey of paediatric patients with HI in the ED, including: 1. Diagnosis of possible intracranial injuries; 2. Management of concussion; 3. HI prevention. Methods: This is a collection of eight observational studies with both prospective and retrospective designs, conducted at the paediatric EDs of either Padova Hospital, in Italy, or at the Royal Children’s Hospital Melbourne, in Australia. All the studies included patients presenting to the ED following a head trauma with some project focusing on specific populations (i.e. minor HIs, concussions, and recreational vehicles-related HIs). Data were collected between November 2009 and June 2014, with study periods for each project ranging between nine months and approximately three years. Results: Key findings are presented for the three research topics listed in the objectives section. 1. Diagnosis of possible intracranial injuries, including the following aspects: a) Clinical decision rules validation and implementation We externally validated in 2439 children the Pediatric Emergency Care Applied Research Network (PECARN) rule for computed tomography (CT) scan decision-making in children with minor HI. We found a diagnostic accuracy comparable to the derivation and internal validation cohorts (overall sensitivity 100%, 95% confidence interval (CI) 83.2%-100%; specificity 55%, 95% CI 52.5%-56.6%, and negative predictive value 100%, 95% CI 99.6%-100%). The PECARN rule was successfully implemented in the paediatric ED of Padova, Italy, showing high adherence (93.5%), unchanged CT rate compared to previous practice (8.4%, 95% CI 6.0%-11.8% vs. 7.3%, 95% CI 4.8%-10.9%), high safety and efficacy (100%, 95% CI 36.8%-100% and 92.3%, 95% CI 89%-95% respectively) and increased medical staff satisfaction compared with the previous minor HI guideline (96% vs. 51%, p<0.0001). When the PECARN rule was used in clinical practice neither single nor multiple intermediate-risk predictors were significantly associated with ordering a CT scan. Only age younger than three months was found to be significantly associated to the decision to perform a CT (OR 18.1, 95% CI 4.91-66.61). b) Risks associated with CT – sedation use, practice and adverse events In our study, sedation for cranial CT scan in children with HI was needed in only 6.3% (95% CI 4.2%-9%), with a higher rate in children < 5 years (OR 22.8 95% CI 6.7-119.1). A Glasgow Coma Scale < 12 was not associated with a lower sedation rate (OR 0.34, 95% CI 0.1-2.2). The most commonly used sedative agent was chloral hydrate in 64.3% of cases. No adverse effects were recorded. c) Role of an Infrared device as screening tool to reduce CT scan use We demonstrated the feasibility of use in children (completion of test in 94% of patients after a mean of 4.4±2.9 minutes) of a near-infrared handheld device (Infrascanner) able to detect traumatic intracranial haematomas. Our exploratory analysis showed a specificity of 93% (95% CI 86.5%-96.6%) and a negative predictive value of 100% (95% CI, 81.6%-100%). The use of Infrascanner would have reduced the CT scan rate by 58.8%. 2. Management of concussion. a) Sport –related concussions. When exploring compliance with and awareness of on-field management and return to play guidelines we found that 42% of children who sustain a sport-related concussion are not managed according to recommended guidelines on the field. Almost all parents (93%) and patients (96%) were unaware of concussion or return to play guidelines from their organization. Overall, 72% were compliant with return to play guidelines provided in the ED before discharge. b) Post-concussive symptoms. The majority of patients recovered within 2 weeks post-injury. The prevalence of patients with clinically significant post-concussive symptoms was 30% (95% CI, 21%-46%) at 2 and 15% (95% CI 5%-32%) at 3 months post-injury. The health-related quality of life (HRQOL) score at 1 month was significantly worse in patients with clinically significant post-concussive symptoms at 2 weeks compared with asymptomatic or improving subjects (median 68, interquartile range (IQR) 55-89 vs 96, IQR 90-100, p=0.000 for the child report and 71, IQR 55-82 vs 89, IQR 79-95, p=0.002 for the parent report). HRQOL was still worse at 3-months post-injury as per child report (83, IQR 69-92 vs 97, IQR 81-100, p=0.020), but significantly improving compared to the 1-month time point (p=0.031). 3. Prevention of recreational vehicle (RV)-related HIs. RV-related HIs accounted for 7.5% of all HIs presenting to the ED. The RVs most commonly involved were bicycles (36.3%), push scooters (18.5%) and motorcycles (18.4%). Motorized vehicles were responsible for the most severe HIs. Helmet use was documented in 85.3%, with a positive use in 66.7%.The highest rates of helmet use were recorded for motorcycle riders (83.2%), horse riders (82.9%) and cyclists (65.1%). The CT scan and neurosurgery rate was higher in non-helmeted children compared with children wearing a helmet (37.0% vs. 20.1%, p<0.001 and 5.4% vs. 0.8%, p<0.001 respectively). Conclusions: 1. The work presented in this thesis provides evidence for the wide implementation of the PECARN rule in clinical practice and supports further research to investigate which rule predictors mostly influence clinicians’ decision-making on CT scan in children at intermediate risk of clinically significant intracranial injury. The use of an infrared device to screen for intracranial haemorrhages and refine the CT scan decision-making seemed promising and should be investigated further. The need of sedation in children undergoing a CT scan for HI was overall quite low and mainly associated to patients’ age. The data provided may help with resource allocation in the ED. 2. Compliance with on-field management and information provided for sport-related concussions in organised sport were not optimal. Education based on return to play guidelines should be routinely provided in the ED for these patients. The majority of children recovered within two weeks following their concussion. The prevalence of children with clinically significant post-concussive symptoms halved from 2 weeks to 3 months post-injury. Symptomatic children showed a worse HRQOL at 1 and 3 months post-injury. 3. Helmet use and documentation varied by RV with highest usage rates amongst children riding a motorcycle or a horse. Motorized RVs accounted for a small proportion of cases overall, but the majority of intracranial injuries. Helmet use was associated with less severe RV-related HIs and should be encouraged through legislative, social marketing strategies and education in the ED.

Introduzione: Il trauma cranico (TC) è una delle maggiori cause di morbilità e mortalità nella popolazione pediatrica nei paesi sviluppati. La sua gestione costituisce un notevole onere per i servizi di emergenza, essendo una delle ragioni più comuni di accesso al Pronto Soccorso (PS). Le cure erogate in PS coprono molteplici aspetti chiave per garantire una rapida guarigione e prevenire possibili re-infortuni. Benché le evidenze scientifiche a supporto della cura del TC pediatrico siano aumentate considerevolmente negli ultimi anni, molti aspetti necessitano ancora di ulteriori ricerche al fine ultimo di ottenere un’ottima gestione dei pazienti interessati. Obiettivi: Analizzare i diversi elementi che caratterizzano la cura dei pazienti pediatrici con trauma cranico in PS, compresi: 1. la diagnosi di possibili lesioni intracraniche; 2. la gestione dei pazienti con commozione cerebrale; 3. la prevenzione del trauma cranico. Metodi: Questa tesi è una raccolta di otto studi osservazionali, sia prospettici che retrospettivi, condotti nei PS dell’Ospedale di Padova e del Royal Childrens Hospital di Melbourne, Australia. Tutti gli studi includono pazienti presentatisi al PS in seguito a trauma cranico e alcuni di essi si focalizzano su popolazioni specifiche, quali traumi cranici minori, commozioni cerebrali, e traumi cranici relativi all’utilizzo di veicoli ricreativi. I dati sono stati raccolti tra novembre 2009 e giugno 2014 e la durata di ciascun progetto varia da un minimo di nove mesi fino ad un massimo di tre anni. Risultati: I risultati principali della tesi sono presentati secondo gli obiettivi elencati precedentemente. 1. Diagnosi di possibili lesioni intracraniche, compresi i seguenti argomenti. a) Validazione ed implementazione di strumenti di supporto decisionale La nostra ricerca ha condotto alla validazione esterna dello strumento decisionale PECARN, (Pediatric Emergency Care Applied Research Network) sviluppato per supportare la decisione in merito all’esecuzione della tomografia computerizzata (TAC) cerebrale nei bambini con trauma cranico minore in 2439 pazienti. L’accuratezza diagnostica è paragonabile a quella riscontrata nelle coorti di derivazione e validazione interna del protocollo (sensitività complessiva del 100%, con intervallo di confidenza al 95% – IC – di 83.2%-100%, specificità del 55% con IC 52.5%-56.6% e valore predittivo negativo del 100%, IC 99.6%-100%). Lo strumento decisionale PECARN è stato implementato con successo nel PS pediatrico di Padova, dimostrando alta aderenza (93.5%), un tasso invariato di TAC in confronto alla pratica clinica precedente (8.4%, IC 6.0%-11.8%, contro 7.3%, IC 4.8%-10.9%), elevata sicurezza ed efficacia (rispettivamente 100%, IC 36.8%-100%, e 92.3%, IC 89%-95%) ed un’aumentata soddisfazione del personale medico in confronto alle precedenti linee guida sul trauma cranico minore (96% contro 51%, p<0.0001). Il monitoraggio dell’utilizzo dello strumento decisionale PECARN nella pratica clinica ha dimostrato che per i pazienti a rischio intermedio di lesione intracranica nessuno dei predittori di rischio per se o in associazione sembra aver influenzato la richiesta di TAC cerebrale. Solo un’eta’ inferiore ai 3 mesi e’ risultata significativamente associata all’esecuzione di TAC cerebrale (OR 18.1, IC 4.91-66.61). b) Rischi associati alla TAC cerebrale – sedazione, pratica ed eventi avversi In questo studio, la TAC in sedazione per bambini con trauma cranico è risultata necessaria solo nel 6.3% dei casi (IC 4.2%-9%), con un tasso più elevato nei bambini di età inferiore a 5 anni (OR 22.8, IC 6.7-119.1). Un punteggio < 12 nella scala del coma di Glasgow non è stato associato a un ridotto tasso di sedazione (OR 0.34, IC 0.1-2.2). Il sedativo più usato è stato il cloralio, nel 64.3% dei casi. Non è stato registrato nessun evento avverso. c) Ruolo di un dispositivo ad infrarossi per ridurre l’esecuzione di TAC cerebrale. In questo studio si è dimostrata la fattibilità dell’uso nella popolazione pediatrica di un dispositivo palmare ad infrarossi (infrascanner) in grado di rilevare ematomi intracranici conseguenti a traumi. Il test è stato completato nel 94% dei bambini in un tempo medio di 4.4±2.2 minuti. L’analisi esplorativa ha evidenziato una specificità del 93% (IC 86.5%-96.6%) e un valore predittivo negativo del 100% (IC 81.6%-100%), dimostrando che l’uso dell’infrascanner avrebbe potuto ridurre l’esecuzione di TAC del 58.8% nella popolazione oggetto di studio. 2. Gestione della commozione cerebrale a) Commozioni cerebrali legate ad attività sportive. In questo studio si è valutata la compliance e la consapevolezza delle linee guida sulla gestione della commozione cerebrale sul campo sportivo e sul successivo rientro in campo dei giocatori, scoprendo che il 42% dei bambini che subiscono una commozione cerebrale connessa ad attività sportive non sono gestiti in conformità alle linee guida consigliate. Quasi tutti i genitori (93%) e i pazienti (96%) non erano a conoscenza delle suddette linee guide raccomandate dalle organizzazioni competenti. Complessivamente, solo il 72% dei pazienti ha rispettato le raccomandazioni riguardanti il ritorno alla piena attivita’ sportiva fornite dal personale del PS prima della dimissione. b) Sintomi post-commozione cerebrale La prevalenza di sintomi clinicamente significativi a seguito di commozione cerebrale nella popolazione in studio e’ risultata pari a 30% (95% CI, 21%-46%) a distanza di 2 settimane dal trauma, e di 15% (95% CI 5%-32%) a distanza di 3 mesi. I soggetti sintomatici a 2 settimane hanno dimostrato un indice peggiore di qualita’ di vita ad un mese di distanza dal trauma, rispetto ai soggetti asintomatici o con notevole miglioramento clinico a 2 settimane (mediana 68, range interquartile (RIQ) 55-89 contro 96, RIQ 90-100, p=0.000 secondo la valutazione del paziente e 71, RIQ 55-82 contro 89, RIQ 79-95, p=0.002 secondo la valutazione del genitore). La qualita’ di vita globale si e’ mantenuta inferiore a distanza di 3 mesi dal trauma (83, RIQ 69-92 contro 97, RIQ 81-100, p=0.020), ma ha dimostrato un miglioramento rispetto al valore riportato ad 1 mese (p=0.031). 3. Prevenzione del trauma cranico connesso all’uso di veicoli ricreativi (VR) I traumi cranici connessi all’utilizzo di veicoli ricreativi hanno rappresentato il 7.5% di tutti gli accessi al PS per TC. I VR più comunemente coinvolti sono stati biciclette (36.3%), monopattini (18.5%) e motocicli (18.4%). I veicoli a motore si sono dimostrati responsabili dei traumi cranici più severi. L’utilizzo del casco e’ stato documentato nell’ 85.3% dei casi, con utilizzo effettivo riscontrato nel 66.7%. I tassi più elevati di utilizzo sono stati riscontrati nei motociclisti (83.2%), nei cavallerizzi (82.9%) e nei ciclisti (65.1%). Le percentuali di TAC ed interventi neurochirurgici sono risultate più elevate nei bambini che non indossavano il casco in confronto a quelli che lo indossavano (rispettivamente 37% contro 20.1% e 5.4% contro 0.8%, p < 0.001). Conclusioni: 1. I risultati di questa tesi supportano l’implementazione a larga scala dello strumento decisionale PECARN nella pratica clinica e suggeriscono la necessità di proseguire nella ricerca per indagare quali siano i predittori che influenzano maggiormente la decisione dei medici di ordinare la TAC nei bambini a rischio intermedio di lesione intracranica. L’utilizzo di un dispositivo palmare ad infrarossi in grado di rilevare emorragie intracraniche e raffinare il processo decisionale sulla necessità o meno della TAC ha dato risultati promettenti e merita ulteriori studi. La necessità di sedare i bambini sottoposti a TAC cerebrale in seguito a trauma cranico si è rivelata relativamente bassa e perlopiù associata all’età dei pazienti. I dati forniti in questa tesi potrebbero essere utili per un’ottimale allocazione delle risorse in PS. 2. La compliance alle linee guida per la gestione sul campo sportivo delle commozioni cerebrali connesse ad attività sportive organizzate e le relative informazioni fornite ai pazienti coinvolti sono risultate non ottimali. Questi pazienti dovrebbero ricevere regolarmente in PS istruzioni chiare, basate sulle linee guida, per il rientro alla piena attivita’ sportiva. La maggioranza dei bambini che hanno subito una commozione cerebrale si è ristabilita entro due settimane dall’infortunio. La prevalenza di sintomi clinicamente significativi che conseguono a commozione cerebrale si e’ dimezzata tra 2 settimane e 3 mesi di distanza dal trauma. I pazienti sintomatici hanno dimostrato un indice peggiore della qualita’ di vita globale ad 1 e 3 mesi di distanza dal trauma. 3. L’utilizzo del casco e la relativa documentazione nelle note cliniche sono risultati variabili a seconda del veicolo ricreativo usato, con maggiori percentuali di utilizzo tra i bambini che usano la moto o che praticano equitazione. L’uso di VR a motore ha rappresentato una piccola frazione dei casi totali, ma e’ stato responsabile della maggioranza delle lesioni intracraniche. L’uso del casco è stato associato a casi meno severi di TC connessi all’uso di VR e dovrebbe quindi essere fortemente incoraggiato tramite provvedimenti legislativi, strategie di marketing sociale e campagne informative in PS.