Vzdálený biomonitoring (RBM) pro sledování teploty matek a novorozenců: předklinické a klinické hodnocení

Studijní prostředí: St John's Medical College Hospital, Bangalore, nemocnice terciární péče s 1 300 lůžky s 2 500 porody ročně a jeslí úrovně 3, která se stará o 1 000 novorozenců (poměr vrozených a vrozených = 2:1) u novorozenců na jednotce intenzivní péče (NICU) ročně, z nichž jedna třetina má nízkou porodní hmotnost a jedna pětina je předčasně narozená.

Volba místa měření teploty u dospělého a novorozence: U dospělého byla pro kontinuální sledování vybrána horní část paže. U novorozence byla zvolena břišní teplota kůže. Kromě toho, že se nachází v blízkosti jater, metabolicky aktivního orgánu umožňujícího měření blízké teplotě jádra, je to také neinvazivní metoda, která je stabilní, kontinuální, snadno použitelná a pohodlná pro kojence.

Innovation Pathway: Byl přijat model USAID 2006 Innovation Pathway a zahrnoval čtyři kroky od výzkumu po implementaci v terénu – (1) fáze stanovení priorit a návrh produktu (2) vývoj produktu a ověření konceptu (3) představení produktu a ( 4) implementace v terénu. Součástí kroku 1 jsou dílčí kroky (a) identifikace problému (epidemiologické/technologické/sociální/finanční atd.), (b) kritické přezkoumání zařízení pro měření teploty a další záležitosti (teplotní senzory nebo termistory , problémy s měřením tělesné teploty atd.) a (c) určení niky tohoto zařízení ve srovnání s jinými zařízeními prostřednictvím skenování horizontu.

Jako první krok byla přezkoumána epidemiologická zátěž hlavních příčin mateřské a novorozenecké úmrtnosti a morbidity. Technologická revize odhalila, že zařízení, které má být připevněno k matce nebo novorozenci za účelem detekce vitálních funkcí, musí být zařízení lékařské kvality s extrémně vysoký bezpečnostní profil. Dále musel zůstat funkční v situacích, jako je znečištění nebo zvlhčení novorozencem, a také pokračovat v práci v různých oblastech s různou hustotou obyvatelstva a také v budovách. Bylo hodnoceno několik zařízení, jako je ThermoSpot®, štítek se snímačem teploty a vzdálené infračervené přístroje. Sociální revize odhalila, že senzor, který je neustále připoután k tělu po dlouhou dobu, není nepodobný senzoru talismanů připevněných kolem paží dospělých nebo kolem krku/pasu dětí, a proto nemusí být pro rodiny příliš nepříjemný. Finanční revize odhalila, že aby bylo zařízení široce používáno, zejména nízkopříjmovou populací, muselo by se jednat o levné zařízení. Revize implementace se zaměřila na možné přijetí a využití takového zařízení ve venkovských, městských a slumových komunitách.

Koncepční rámec: Koncepční rámec pro vzdálené monitorování se skládal z pěti komponent: (1) levný nositelný senzorový štítek; (2) zařízení brány fungující jako komunikační spojení „v reálném čase“ s velmi nízkou spotřebou; (3) piggy-backing na komerční mobilní komunikační síti; (4) inteligentní systém pro analýzu dat; a (5) zpětná vazba k pečovateli nebo přednímu zdravotnickému pracovníkovi. Tento rámec měl být navržen, navržen, prototypován a vyvinut na zdravotnický prostředek třídy A s nejnižší úrovní rizika podle indického regulačního úřadu pro zdravotnické prostředky s ohledem na to, že konečný produkt by měl umožnit principy dobré kvality péče (QoC), jmenovitě účinnost, včasnost, bezpečnost, orientace na lidi a spravedlnost.

Požadavky na komponenty Dva klíčové požadavky na senzor „na těle“ byly bezpečnost a přesnost. Vzhledem ke křehkosti pokožky novorozence muselo být zařízení hypoalergenní, odolné proti prasknutí/úniku, způsobovat minimální infekce a odvádět minimální teplo nebo ultranízké neionizující elektromagnetické záření. nAdhezivo použité k připevnění zařízení ke kůži by mělo podobně způsobit minimální „poškození kůže související s lékařským lepidlem“ (Marsi), alergii nebo infekce. Přesnost zařízení byla zacílena na +/-0,2 °C v podmínkách in vitro a +/-0,5 °C ve skutečné klinické praxi. Další mechanické požadavky na zařízení byly: dlouhá životnost baterie až 28 dní (se vzorkovací frekvencí 5 minut); robustnost (bez jakékoli poruchy při kontaktu s tělesnými tekutinami, jako je pot, krev, moč, fekálie atd.); alespoň „třída ochrany proti vniknutí 67“ (odolné proti prachu a vodě); estetický design zaměřený na člověka pro nevtíravost při dlouhodobém používání; a schopnost odolat mírným nárazům nebo vibracím; a že zařízení by se nemělo náhodně znovu nastavit. Byl zde také požadavek, aby zařízení ukládalo data lokálně a komunikovalo se zařízením brány pro další přenos dat přes nakonfigurovanou mobilní síť.

Design a inženýrství produktu: Na základě klinických požadavků byl vytvořen předběžný návrh a následné výběry designu prošly několika iteracemi na základě technologických možností a uživatelských recenzí. Nositelné kryty senzorů byly ve tvaru oblázku nebo ve tvaru hromádky mincí s veškerou elektronikou zabudovanou uvnitř. Pro potvrzení výkonu, robustnosti a spolehlivosti zařízení byla provedena řada testů (mechanických i elektrických). Po několika kolech předběžného testování bylo dosaženo optimalizace návrhu.

Prototyp a implementace: Podrobnosti o prototypovém senzorovém zařízení jsou uvedeny jinde. Stručně řečeno, hardwarová platforma senzoru, vyvinutá pomocí vícevrstvé desky s plošnými spoji, sestávala z mikrokontroléru (MCU) s integrovaným Bluetooth 4.0 Low Energy (BLE), 12bitového ADC {Analog to Digital Converter} (CC2540 od ​​Texas Instruments ), teplotní senzor na úrovni NICU s analogovým předním obvodem, stavovými LED diodami {Light Emitting Diode}, napájecím zdrojem a RF {Radio-Frequency} balun {elektrické zařízení, které převádí mezi vyváženým a nevyváženým signálem} přenáší filtr a anténa pro bezdrátovou komunikaci v pásmu 2,4 GHz {gigahertz} ISM {Industrial Scientific and Medical}. Pro extrémně přesné měření teploty byly použity vysoce přesné termistory MF51E NTC {vysoká přesnost záporného teplotního koeficientu}. Byla použita vestavěná invertovaná F-anténa (IFA) s vyšší účinností, delším dosahem a širší šířkou pásma než čipová anténa. Disponoval také velmi nízkým tolerančním odporem umožňujícím nízkou spotřebu energie jak v aktivním (150μA), tak i v režimu spánku (1μA). Hardware senzoru byl programovatelný podle požadavků. Zařízení napájela 3voltová knoflíková baterie. Ohrádka vhodná pro děti byla vyrobena z hypoalergenních plastů lékařské kvality.

Senzor komunikoval se zařízením brány (smartphone nebo Raspberry pi), které by následně mohlo přenášet data o teplotě přes zabezpečenou internetovou páteř poskytovanou GPRS {General Packet Radio Service}/Wi-fi do centralizované databáze pro ukládání (obrázek na webu 3).

Fáze testování zařízení: Plánovanými fázemi testování zařízení byly předklinické testování (v červnu 2013) a fáze klinického hodnocení I a IIa {studie/pilotní studie určené k prokázání klinické účinnosti nebo biologické aktivity (studie ‚proof of concept')} pro hodnocení bezpečnosti a účinnosti v následujícím pořadí: zdraví dospělí dobrovolníci (květen 2014); zdravé matky (leden-únor 2015); zdravé děti (únor 2015); stabilní děti na JIP (únor-březen 2015) a děti s nemocemi, jako je hypoxická ischemická encefalopatie (březen 2015). Výsledky preklinického testování v laboratorním prostředí byly publikovány dříve. Stručně řečeno, doba odezvy senzorového zařízení pro dosažení tepelné rovnováhy s okolím byla 4 minuty ve srovnání se 3 minutami pozorovanými pomocí přesného digitálního teploměru používaného jako referenční standard. Pokud jde o přesnost, byla vypočtena chyba v rozmezí 0,1 °C od referenčního standardu při použití vodní lázně v teplotním rozsahu 25 °C až 40 °C. Podrobnosti klinické fáze testování jsou uvedeny níže.

Sedm volně žijících zdravých dospělých dobrovolníků (muži = 2; ženy = 5), bez známých nemocí, bylo účastníky první fáze po dobu 7 dnů. Všichni měli zařízení připevněná páskou na paži zajištěnou páskou Velcro® na levé horní části paže a byli vyzváni, aby přispěli alespoň 24 hodinami pozorování nashromážděných za jeden nebo více dní a nahlásili jakékoli nežádoucí účinky nebo vedlejší účinky. - efekty, které zažili. Paralelně také zaznamenávali časované odečty axilární teploty (alespoň 5krát v 24hodinovém okně) pomocí digitálního teploměru pro párová srovnání.

Testování u zdravých matek po porodu (n=11) bylo nejprve provedeno u zdravých dětí na poporodním oddělení a poté u matek (n=7) s novorozenci přijatými na JIP. Zařízení byla připevněna k horní části paží páskou na paži zajištěnou páskou Velcro®. Párové údaje odebrané každých 5 minut po dobu 1 hodiny pomocí axilárního digitálního teploměru byly porovnány s údaji ze senzoru s jeho časovou značkou.

Testování mezi novorozenci bylo prováděno ve třech různých fázích, z nichž všechny byly připevněny bavlnou a mikropórovým lepidlem k hornímu epigastriu. V první fázi byla u zdravých dětí (n=3) v raném novorozeneckém období na postnatálním oddělení každých 5 minut po dobu 1 hodiny měřena axilární teplota digitálním teploměrem a porovnána s hodnotami ze senzoru. Ve druhé fázi byli rekrutováni nemocní, ale stabilní novorozenci (n=10) z JIP. Byli pod sálavým ohřívačem s teplotní sondou připevněnou k horní části břicha vedle senzorového zařízení, a tak byly hodnoty odebrané každých 5 minut po dobu 1 hodiny z teplejšího panelu porovnány s hodnotami senzoru. Ale protože všechny tyto děti měly teplotu v úzkém normálním rozmezí pod sálavým ohřívačem, zahrnuli jsme jedno nemocné dítě s hypoxickou ischemickou encefalopatií (HIE) v důsledku porodní asfyxie, které bylo léčeno terapeutickým ochlazováním celého těla. To usnadnilo srovnání naměřených hodnot v rozsahu 33° až 34°C během fáze ochlazování a opětovného zahřívání. Hodnoty radiační teplejší sondy odebrané každých 5 minut po dobu 1 hodiny z teplejšího panelu byly porovnány s hodnotami ze senzoru.

Definice Bezpečnost: Byl zaveden protokol hlášení a řešení nežádoucích událostí pro nositelná senzorová zařízení. To umožnilo zachytit počet a závažnost nežádoucích účinků i individuální klinický management a také zpětnou vazbu pro změny v designu zařízení. Nežádoucí události, které měly být zaznamenány, byly: dermatitida, infekce, tepelné poranění, radiační poškození, únik/prasknutí zařízení a další.

Přesnost: přístroje byla odhadnuta porovnáním teplot zaznamenaných přístrojem s jinými měřeními běžně používanými v klinické praxi. U matek a kojenců v poporodních odděleních byla srovnávána teplota zařízení a axilární teplota odečtená digitálním teploměrem (jakmile se hodnoty po pípnutí ustálily – obvykle po 3 minutách); pro novorozence na NICU byla srovnání mezi teplotami zařízení s časovým razítkem a teplotami kožní sondy získanými z ovládacích panelů kalibrovaných sálavých ohřívačů (Phoenix Medical Systems Private Limited, Chennai, Indie nebo Zeal Medical Ltd, Mumbai, Indie).

Statistická analýza: Průměr [+/-Standardní odchylka (S.D.)] byl vypočten pro párové sady hodnot zaznamenaných u matek a novorozenců a byly získány průměrné rozdíly. Pro testování významnosti mezi dvěma různými metodami byl použit párový t-test.

Etika: Etický souhlas pro studii byl získán od Institutional Ethics Review Board St John's (IERB #59/2011 ze dne 15. března 2011&# 125/2014 ze dne 16. srpna 2014). Klinická studie byla registrována v registru klinických studií v Indii (CTRI/2015/05/005779). Od všech účastníků/pečovatelů byl získán informovaný souhlas.