Fjernbiomonitorering (RBM) til temperaturovervågning af mødre og nyfødte: præklinisk og klinisk evaluering

Studiemiljø: St John's Medical College Hospital, Bangalore, et 1300-sengs, tertiær-plejehospital med 2500 fødsler om året og en niveau-3 vuggestue, der tager sig af 1000 nyfødte (inborn: outborn ratio = 2:1) i neonatal. care intensiv unit (NICU) årligt, hvoraf en tredjedel er lav fødselsvægt og en femtedel er præmature.

Valg af sted for temperaturmåling hos voksne og nyfødte: Hos den voksne blev overarmen udvalgt til kontinuerlig overvågning. Mens i den nyfødte abdominal hudtemperatur blev valgt. Ud over at være tæt på leveren, et metabolisk aktivt organ, der letter en måling tæt på kernetemperaturen, er det også en ikke-invasiv metode, der er stabil, kontinuerlig, nem at bruge og behagelig for spædbarnet.

Innovation Pathway: USAID 2006 Innovation Pathway-modellen blev vedtaget, og den inkorporerede fire trin fra forskning til feltimplementering - (1) prioriteringsfase og produktdesign (2) produktudvikling og proof-of-concept (3) produktintroduktion og ( 4) implementering i marken. Som en del af trin 1, undertrinene til (a) problemidentifikation (epidemiologisk/teknologisk/social/finansiel osv.), (b) kritisk gennemgang af temperaturmåleanordninger og andre spørgsmål (temperatursensorer eller termistorer) , kerneproblemer med kropstemperaturmåling osv.), og (c) bestemmelse af denne enheds niche i forhold til andre enheder gennem horisontscanning.

Epidemiologisk belastning af hovedårsagerne til mødre- og neonatal dødelighed og sygelighed blev gennemgået som et første trin. En teknologisk gennemgang viste, at den enhed, der skulle spændes på moderen eller den nyfødte til påvisning af vitale tegn, skulle være et udstyr af medicinsk kvalitet med ekstremt høj sikkerhedsprofil. Ydermere skulle det forblive funktionelt i situationer såsom tilsmudsning eller befugtning af den nyfødte, og også fortsætte med at arbejde i forskellige områder med varierende befolkningstæthed såvel som bygninger. Adskillige enheder såsom ThermoSpot®, et temperatursensormærke og fjerntliggende infrarød-baserede instrumenter blev evalueret. Social gennemgang afslørede, at en sensor, der konstant blev spændt fast på kroppen i lange perioder, ikke var ulig den for talismaner spændt om armene på voksne eller om halsen/taljen på børn og derfor måske ikke er for ubehagelig for familier. En økonomisk gennemgang afslørede, at for at enheden skal kunne bruges bredt, især af lavindkomstbefolkninger, skal den være en billig enhed. Implementeringsgennemgang fokuserede på mulig optagelse og anvendelse af en sådan enhed i landdistrikter, byer og slumsamfund.

Konceptuel ramme: Den konceptuelle ramme for fjernovervågning bestod af fem komponenter: (1) et billigt, bærbart sensormærke; (2) en gateway-enhed, der fungerer som en ultra-laveffekt 'realtids' kommunikationsforbindelse; (3) piggy-backing på et kommercielt cellulært kommunikationsnetværk; (4) intelligent dataanalysesystem; og (5) feedbacksløjfe til omsorgsgiveren eller sundhedspersonalet i frontlinjen. Denne ramme skulle udformes, designes, prototypes og udvikles til et klasse A medicinsk udstyr med det laveste risikoniveau i henhold til Medical Device Regulatory Authority i Indien under hensyntagen til, at slutproduktet skulle muliggøre principper om god plejekvalitet (QoC), nemlig effektivitet, aktualitet, sikkerhed, menneskecentrerethed og retfærdighed.

Krav til komponenter To nøglekrav til 'on-body'-sensoren var sikkerhed og nøjagtighed. I betragtning af den nyfødtes huds skrøbelighed skulle enheden være allergivenlig, spræng-/lækagesikker, forårsage minimale infektioner og sprede minimal varme eller ultra-lav strøm, ikke-ioniserende elektromagnetisk stråling. nKlæbemidlet, der bruges til at fastgøre enheden til huden, bør ligeledes forårsage minimal "medicinsk klæbe-relateret hudskade" (MARSI), allergi eller infektioner. Enhedens nøjagtighed blev målrettet til at være +/-0,2°C under in vitro-betingelser og +/-0,5°C i faktisk klinisk praksis. Andre mekaniske krav til enheden var: lang batterilevetid op til 28 dage (med prøveudtagningsfrekvens på 5 minutter); robusthed (uden fejl ved at komme i kontakt med kropsvæsker som sved, blod, urin, afføring osv.); mindst 'indtrængningsbeskyttelsesklasse 67' (støvtæt og vandtæt); menneskecentreret og æstetisk design for ikke-påtrængendehed over længere tids brug; og evne til at modstå milde stød eller vibrationer; og at enheden ikke må nulstilles ved et uheld. Der var også et krav om, at enheden skulle gemme data lokalt og kommunikere med en gateway-enhed til videre transmission af data via det konfigurerede mobilnetværk.

Produktdesign og konstruktion: Baseret på de kliniske krav blev der udarbejdet et foreløbigt design, og efterfølgende designvalg gennemgik flere iterationer drevet af teknologiske muligheder og brugeranmeldelser. De bærbare sensorkabinetter var småstensformede eller møntformede med al elektronikken indlejret indeni. Et batteri af tests (både mekaniske og elektriske) blev udført for at bekræfte enhedens ydeevne, robusthed og pålidelighed. Efter flere runder med fortest blev der opnået designoptimering.

Prototype og implementering: Detaljerne om prototypesensorenheden er givet andetsteds. Kort fortalt bestod sensorhardwareplatformen, udviklet ved hjælp af et flerlags printkort, af en mikrocontroller (MCU) med integreret Bluetooth 4.0 Low Energy (BLE), en 12-bit ADC {Analog to Digital Converter} (CC2540 fra Texas Instruments ), en NICU-grade temperatursensor med dets analoge front-end kredsløb, status LED'er {Light Emitting Diode}, strømforsyning og RF {Radio-Frequency} balun {en elektrisk enhed, der konverterer mellem et balanceret og ubalanceret signal} sender filter og antenne til trådløs kommunikation over 2,4 GHz {gigahertz} ISM {Industrial Scientific and Medical}-bånd. Højpræcisions MF51E NTC termistorer med negativ temperaturkoefficient (høj præcision) blev brugt til ekstremt nøjagtige temperaturmålinger. Der blev brugt en indlejret inverteret F-antenne (IFA) med højere effektivitet, længere rækkevidde og en bredere båndbredde end en chipantenne. Den havde også en meget lav tolerancemodstand, hvilket muliggjorde et lavt strømforbrug under både aktiv (150μA) og dvaletilstand (1μA). Sensorhardwaren var programmerbar i henhold til kravene. Et 3-volts møntbatteri drev enheden. Et babyvenligt kabinet blev lavet af hypoallergen plast af medicinsk kvalitet.

Sensoren kommunikerede med en gateway-enhed (en smartphone eller en Raspberry pi), der efterfølgende kunne videresende temperaturdataene over et sikret internet-backbone leveret af GPRS {General Packet Radio Service}/Wi-fi til en centraliseret database til lagring (webfigur 3).

Faser af enhedstestning: De planlagte faser af enhedstestning var præklinisk test (i juni 2013) og kliniske forsøgsfaser I& IIa {studier/pilotundersøgelser designet til at demonstrere klinisk effekt eller biologisk aktivitet ('proof of concept' undersøgelser)} for evaluering af sikkerhed og effekt i følgende rækkefølge: raske voksne frivillige (maj 2014); sunde mødre (jan-feb 2015); sunde babyer (feb 2015); stabile babyer på NICU (feb-mars 2015) og babyer med sygeligheder såsom hypoxisk iskæmisk encefalopati (mars 2015). Resultaterne af den prækliniske test i laboratoriemiljøet blev offentliggjort tidligere. Kort fortalt var responstiden for sensoranordningen for at opnå termisk ligevægt med omgivelserne 4 minutter sammenlignet med 3 minutter observeret med et digitalt termometer af præcisionskvalitet, der blev brugt som referencestandard. Med hensyn til nøjagtighed blev fejlen beregnet til at ligge inden for 0,1°C af referencestandarden ved brug af vandbade i temperaturområdet 25°C til 40°C. Detaljerne i den kliniske fase af testen er skitseret nedenfor.

Syv fritlevende raske voksne frivillige (mænd = 2; kvinder = 5), uden kendte sygeligheder, var deltagerne i første fase over en 7-dages periode. Alle havde apparaterne spændt fast med et armbånd fastgjort med Velcro® tape på deres venstre overarm og blev opfordret til at bidrage med mindst 24 timers observationer akkumuleret fra over en eller flere dage og rapportere eventuelle bivirkninger eller side. -effekter, de oplevede. Sideløbende noterede de også timede aksillære temperaturaflæsninger (mindst 5 gange i et 24-timers vindue) ved hjælp af et digitalt termometer til parrede sammenligninger.

Test af raske postnatale mødre (n=11) blev først udført blandt dem med raske babyer på postnatal afdelingen og derefter blandt mødre (n=7) med nyfødte indlagt på NICU. Enhederne blev fastgjort til deres overarme med armbånd fastgjort med velcro® tape. Parrede aflæsninger taget hvert 5. minut over en 1-times periode med et aksillært digitalt termometer blev sammenlignet med aflæsningerne af sensoren med dens tidsstempel.

Test blandt nyfødte blev udført i tre forskellige faser, hvor anordningerne alle blev fastgjort med bomuld og mikropore-klæber til den øvre epigastrium. I den første fase fik friske babyer (n=3) i deres tidlige neonatale perioder på postnatalafdelingen deres aksillære temperaturmålinger taget hvert 5. minut over en 1-times periode med et digitalt termometer og sammenlignet med sensoraflæsningerne. I anden fase blev syge, men stabile nyfødte (n=10) fra NICU rekrutteret. De var under strålevarmeren med temperatursonden fastgjort til den øvre del af maven ved siden af ​​sensorenheden, og derfor blev aflæsningerne taget hvert 5. minut over en 1-times periode fra varmepanelet sammenlignet med sensoraflæsningerne. Men da alle disse babyer havde deres temperaturer holdt inden for et snævert normalområde under den strålende varmere, inkluderede vi et sygt spædbarn med hypoxisk iskæmisk encefalopati (HIE) på grund af fødselskvælning, og som var i behandling med terapeutisk afkøling af hele kroppen. Dette lettede sammenligning af aflæsninger i området fra 33° til 34°C under afkølings- og genopvarmningsfaserne af behandlingen. De strålingsvarmere sondeaflæsninger taget hvert 5. minut over en 1-times periode fra varmepanelet blev sammenlignet med sensoraflæsningerne.

Definitioner Sikkerhed: Der blev indført en rapportering af uønskede hændelser og opløsningsprotokol for de bærbare sensorenheder. Dette muliggjorde indfangning af antallet og sværhedsgraden af ​​uønskede hændelser såvel som den individuelle kliniske styring samt feedback for ændringer i enhedsdesign. Uønskede hændelser, der skulle registreres, var: dermatitis, infektion, termisk skade, strålingsskade, apparatlækage/udbrud og andre.

Nøjagtighed: Af enheden blev estimeret ved at sammenligne temperaturer registreret af enheden med andre målinger, der rutinemæssigt anvendes i klinisk praksis. For mødre og spædbørn på postnatale afdelinger var sammenligningerne mellem enhedstemperaturer versus aksillære temperaturer aflæst fra et digitalt termometer (når aflæsningerne stabiliserede sig efter bippet - normalt efter 3 minutter); for nyfødte på NICU var sammenligningerne mellem de tidsstemplede enhedstemperaturer versus hudsondetemperaturer opnået fra kontrolpanelerne på kalibrerede strålevarmere (Phoenix Medical Systems Private Limited, Chennai, Indien eller Zeal Medical Ltd, Mumbai, Indien).

Statistisk analyse: Gennemsnitlig [+/-Standardafvigelse (S.D.)] blev beregnet for de parrede sæt af aflæsninger noteret hos mødre og nyfødte, og de gennemsnitlige forskelle blev opnået. Parret t-test blev brugt til at teste signifikans mellem to forskellige metoder.

Etik: Etisk godkendelse til undersøgelsen blev opnået fra St John's Institutional Ethics Review Board (IERB #59/2011 dateret 15. marts 2011&# 125/2014 dateret 16. august 2014). Det kliniske forsøg blev registreret hos Clinical Trials Registry of India (CTRI/2015/05/005779). Der blev indhentet informeret samtykke fra alle deltagere/plejere.