Nye sensorer og kunstig intelligens til detektion af akutte lungeforværringer ved cystisk fibrose og bronkiektasier (NOVEL)

Primært forskningsspørgsmål Kan nye sensorer og kunstig intelligens (AI) bruges til at opdage akutte lungeforværringer (APEs), før de bliver klinisk synlige hos patienter med cystisk fibrose (CF) eller ikke-cystisk fibrose bronkiektasi (ikke-CF bronkiektasi)?

Baggrund Bronkiektasi er et klinisk syndrom defineret ved unormal, normalt permanent udvidelse af bronkierne forbundet med hoste og sputumproduktion. Desuden oplever mange patienter, at de daglige symptomer på sygdommen ledsages af uforudsigelig forværring af symptomer større end den normale dag-til-dag variation, kaldet Akutte Lungeforværringer (APEs).

CF er en livsbegrænsende, arvelig tilstand, der forårsager en ophobning af tykke, klæbrige sekreter i lungerne (og andre organer), der fører til alvorlige og vedvarende bakterielle infektioner. CF er karakteriseret ved perioder med relativ stabilitet afbrudt af pludselig klinisk forværring, kendt som APEs, som driver lungeinflammation, progressiv lungebeskadigelse og for tidlig død.

Symptomer på APEs omfatter ændring i sputumvolumen eller farve, øget hoste, øget dyspnø, utilpashed, træthed eller lethargi, temperatur over 38°C, anoreksi eller vægttab. Ændring i fysisk undersøgelse af brystet, fald i lungefunktion og/eller radiografiske forandringer, der indikerer lungeinfektion, kan også ses.

APEs har en betydelig indvirkning på patientresultater. Alvorlige APEs er blevet forbundet med accelereret lungefunktionsnedgang, og patienter med hyppige APEs, især dem, der oplever tre eller flere APEs om året, har en dårligere livskvalitet, hyppigere indlæggelser og øget dødelighed over 5 år. APEs er også en stor bidragsyder til sundhedsomkostninger.

Patienter med CF og ikke-CF bronkiektasi kan have en stor behandlingsbyrde inklusive medicin og brystfysioterapi. Dette kan tage timer ud af dagen og påvirke hjemme- og arbejdsliv. Opsummeret er hovedmålet med behandlingen at reducere APE-hyppigheden og at opdage forværringer tidligere.

Formål Formålet med denne undersøgelse er at udforske den potentielle anvendelse af en række nye sensorer til at hjælpe eller forbedre opdagelsen af helbredstilstande hos personer med CF eller ikke-CF bronkiektasi. Vægten er på at identificere begyndelse og progression af APEs.

Rationale Nuværende diagnose af en APE afhænger i høj grad af patientrapporterede ændringer i basislinjesymptomer og ledsagende fald i spirometriparametre. Personer med CF (PwCF) og dem med ikke-CF bronkiektasi oplever imidlertid uundgåeligt dag-til-dag symptomsvariation. For både patienten og klinikeren er det afgørende for bevarelsen af lungehelbredet at skelne disse normale perturbationer fra dem, der varsler en APE.

Ved at bruge hjemmemoniteringsdata fra holdets tidligere nationale gennemførlighedsundersøgelse SmartCareCF (REC 14/EE/1244), hvor PwCF overvågede helbredet derhjemme (f.eks. spirometri, pulsoximetri, aktivitet, hjertefrekvens osv.) i kombination med selvrapporterede spørgeskemasvar (f.eks. generel trivsel, hoste, søvnkvalitet), blev en prototype for en kunstig intelligens (AI)-drevet prædiktiv algoritme skabt, der kan forudsige sandsynligheden for en forestående akut lungeforværring (APE) i gennemsnit 10 dage tidligere end konventionel pleje.

Tidligere undersøgelser (Telemed; REC12/EE/0462, Project Breathe; REC 18/NI/0215 og SmartCare-CF) har fremhævet:

1. Vigtigheden af højfrekvensmonitering for at implementere AI-baserede prædiktive algoritmer, der identificerer forestående kliniske forværringer

2. Behovet for at gå fra 'aktiv' til 'passiv' sensor-teknologi for at forbedre letheden af dataindsamling og reducere behandlingsbyrden for patienter.

   Formålet nu er at reducere patientbyrden yderligere og undersøge nye teknologier til opdagelse af APEs ved at afprøve en række nye sensorer for at fastslå, om der vises en ændring i signal fra start til slut af en APE. Derefter kun en eller flere af disse sensorer til at opdage APE-begyndelse og overvåge respons på behandling i stedet for de mange stykker hjemmemonitoringsudstyr, der i øjeblikket kan være nødvendige. En række nye sensorer, navngivet OMED (Owlstone), ARIA og ANNE (Sibel), der måler fysiologiske parametre, for eksempel hjertefrekvens, temperatur, hoste, vil blive afprøvet.

   Studiedesign Dette er et enkeltcenter, observationsbaseret, prospektivt kohorte, gennemførligheds, paraplyundersøgelse. Det er designet til at køre som ikke-forstyrrende uden indvirkning på rutinemæssig klinisk praksis. Patienter med enten CF eller ikke-CF bronkiektasi vil blive rekrutteret fra Lung Defence og Cystic Fibrosis specialcentre på Royal Papworth Hospital NHS Foundation Trust (RPH).

   I alt vil op til 50 deltagere blive rekrutteret over en 2-årig periode.

   Den nye sensor vil blive afprøvet for at se, om der er en ændring i signal fra starten af APE og intravenøs (IV) antibiotikabehandling og tilbage til basislinjen. Deltagere kan afprøve en eller flere nye sensorer. Deltagere vil få valget om hvilke nye sensorer de vil afprøve (hvis kvalificerede).

   Deltagere vil bære eller bruge den nye sensor dagligt i løbet af IV antibiotikabehandling for APE. Deltagere vil også blive bedt om at registrere hoste og trivselsscore dagligt på en 11-punkts Likert-skala, enten elektronisk eller på papir afhængigt af deltagerens præference. Hoste scores fra 0-10 (0 ingen hoste, 10 maksimal hoste) og trivsel scores 0-10 (0 mindst vel, 10 mest vel).

   Hvis en anden APE skulle opstå i de to uger efter IV antibiotikas afslutning, og en yderligere kursus IV antibiotika er nødvendig, vil sensoren fortsat blive brugt eller båret indtil afslutningen af IV antibiotika.

   Primært resultat Ændringen i fysiologiske parametermålinger (sensorens afhængige) mellem start og slut af IV antibiotika for APE.

   Sekundært resultat Ændringen i hoste- og trivselsscore mellem start og slut af IV antibiotika for APE.

   Primært slutpunkt Gennemsnitlig absolut ændring i fysiologisk parameter (sensorens afhængige) fra start til slut af IV antibiotika.

   Sekundære slutpunkter

   • Ændring i lungefunktion som forceret ekspiratorisk volumen i et sekund forudsagt (FEV1%) mellem første og sidste dag af IV antibiotika.
   • Ændring i hoste- og trivselsscore mellem første og sidste dag af IV antibiotika. Hoste- og trivselsscore er subjektivt scoret af deltagere på en 11-punkts Likert-skala. For hoste, jo højere score, jo mere hoster deltageren. For trivsel, jo højere score, jo bedre føler deltageren sig.

   Stikprøvestørrelse og dataanalyse Stikprøvestørrelsen vil variere afhængigt af den sensor, der testes. Disse nye sensorer er ikke blevet testet i CF- eller ikke-CF bronkiektasi-populationen før. Målet er at rekruttere tilstrækkelige deltagere til at sikre, at sensorens anvendelighed er blevet testet, afbalanceret med de høje omkostninger, så det kan afgøres, om større undersøgelser kan være berettigede.

   Statistisk analyse Alle dataindsamlinger, dvs. fysiologiske parametre som hjertefrekvens, vil blive analyseret i fællesskab ved hjælp af en række statistiske og maskinlæringsteknikker. Deltagere vil blive tildelt et anonymiseret ID til undersøgelsen. Ingen identificerbare oplysninger vil blive delt uden for kerne NHS klinisk forskningsteam.

   Data genereret af undersøgelsen vil blive analyseret som følger:

   • Link-anonymiserede fysiologiske data vil blive analyseret af University of Cambridge og sensorkompagniet (med Data Sharing Agreement på plads).
   • Link-anonymiserede kliniske data vil blive analyseret af det kliniske forskningsteam, RPH og University of Cambridge og sensorkompagniet (med Data Sharing Agreement på plads).
   • Link-anonymiserede hoste- og trivselsdata vil blive analyseret af det kliniske forskningsteam RPH og University of Cambridge sensorkompagniet (med Data Sharing Agreement på plads).

   Metodologierne til statistisk analyse vil omfatte standard multivariat analyse, lineær og ikke-lineær regressionsanalyse.

   Rekruttering Rekruttering vil foregå over en 2-årig periode, og deltagere vil forblive i undersøgelsen i op til 5 uger (medmindre gentagne eller forlængede kurser af IV antibiotika er nødvendige). APEs vil blive defineret ved hjælp af Hill-kriterierne

   Hill-kriterier

   En person med bronkiektasi med en forværring i tre eller flere af følgende nøglesymptomer i mindst 48 timer:

   1. Hoste
   2. Sputumvolumen og/eller konsistens
   3. Sputumpurulens
   4. Åndenød og/eller fysisk udholdenhed
   5. Træthed og/eller utilpashed
   6. Hæmoptyse OG en kliniker vurderer, at antibiotikabehandling er nødvendig

   Samtykkeproces og besøgsplan Studiebesøg Hver deltager vil blive tildelt et studieidentifikator og nummer. Studienumrene vil blive tildelt sekventielt. Hver deltager vil have en anonym e-mailkonto for at muliggøre anonymitet ved brug af sensorapplikationen.

   Det kliniske forskningsteam vil registrere følgende deltagerspecifikke studieoplysninger på REDCap fra rutinemæssige kliniske plejeprotokoller under tilmelding.

   • Dato for påbegyndelse af studiet
   • Samtykkedato og status
   • Fødselsdato
   • Alder
   • Biologisk køn ved fødslen
   • Etnicitet
   • Højde ved starten af studiet
   • Vægt ved starten af studiet
   • Episoder af APE vil blive registreret, og symptomer i henhold til Hill-kriterierne vil også blive dokumenteret.
   • FEV1 % forudsagt og L ved start og slut af APE IV antibiotikabehandling.
   • Mikrobiel status ved starten af studiet
   • Regelmæssig medicin ved starten af studiet
   • Mikrobiologiske kultureresultater under studiet
   • Antal IV antibiotikadage under studiet.
   • Antal dage med orale antibiotika (fra kliniske plejeprotokoller og deltagerrapporteret) under studiet.
   • Sædvanlig APE-behandling ved starten af studiet
   • C-reaktivt protein (CRP) og hvide blodlegemer (WBC) niveauer fra start og slut af APE IV antibiotikabehandling.

   Højde, vægt, FEV1 % forudsagt og L, CRP og WBC kan noteres fra dem taget op til 2 uger før deltageren påbegynder studiet, hvis ikke tilgængelige på startdatoen.

   FEV1 % forudsagt og liter (L), C-reaktivt protein (CRP) og hvide blodlegemer (WBC) kan tages fra dem registreret op til 2 uger efter deltageren afslutter studiet, hvis ikke tilgængelige på slutdatoen.

   Hvis der ikke var nogen spirometrisultater inden for 2-ugers perioden før og/eller efter studiet, kan det kliniske forskningsteam manuelt udføre denne test for at indsamle spirometrisultater.

   • Blodglukoseniveauer (fra tilfældig blodglukose, oral glukosetolerancetest eller anonymiseret kontinuerlig glukosemonitoringsrapport) fra enhver registreret i løbet af de 2 uger før APE-behandling og dem registreret under APE-behandling.

   • Antallet af kontakter for tekniske problemer med udstyr under studiet Ovenstående parametre indsamles rutinemæssigt som en del af normal klinisk pleje.

   Alle deltagere vil blive vist, hvordan man opsætter og bruger sensoren, og hvordan man registrerer deltagerens hoste- og trivselsscore.

   Informert samtykkeprocedure

   • Skriftligt informeret samtykke vil blive indhentet af et medlem af det kliniske team eller det kliniske forskningsteam efter, at en passende tid er forløbet, hvor patienten har haft rigelig tid (minimum 1 time) til at læse patientinformationsarket, overveje forsøget og stille spørgsmål.

   • Hvert emne vil blive informeret om, at deltagelse i studiet er frivillig, og at tilbagetrækning af samtykke ikke vil påvirke efterfølgende medicinsk behandling.

   • Emner kan blive erstattet, hvis de trækker sig tilbage (eller bliver trukket tilbage) i løbet af de første 4 uger af deltagelse i studiet. Deltagere kan blive trukket tilbage af undersøgeren af medicinske årsager.

   • Deltagere vil blive kontaktet af det kliniske forskningsteam via telefon/e-mail eller under hospitalsbesøg (ansigt til ansigt eller virtuelle) afhængigt af deltagerens præference under studiet. Dette vil være for at kontrollere, at registrering af hoste- og trivselsscore registreres dagligt, og at der ikke er problemer med at bruge sensoren dagligt.

   Opfølgende besøg Deltagere behøver ikke at deltage i studiespecifikke opfølgninger.

   Dataindsamlingsformularudfyldelse Undersøgeren skal sikre nøjagtigheden, fuldstændigheden, læseligheden og rettidigheden af de data, der registreres i dataindsamlingsformularerne (DCFs) og i alle nødvendige rapporter til f.eks. sponsor, finansierer, forskning og udvikling (R & D) og forskningsetikkomité.

   Kildedokumentation

   • De kliniske studiedata indsamles og administreres ved hjælp af REDCap (Research Electronic Data Capture) elektroniske dataindsamlingsværktøjer hostet på University of Cambridge. REDCap er hostet på Clinical School Secure Data Hosting Service (SDHS), som leverer en ISO:27001-certificeret 'Safe Haven'. Kun N3-kompatible netværksudbydere vil blive brugt, og adgang vil være adgangskodebeskyttet.
   • Hver deltager i studiet vil få en Unik Identifikator (UID). Alle studiebedømmelsesdata vil blive opbevaret adskilt fra personligt identificerbare data og refereret via UID for at opretholde anonymiteten af de data, der er tilgængelige til forskningsformål.

   Overvågning og revision

   • Projektdataene vil blive overvåget af forskningsmedarbejderen i overensstemmelse med Trusts politik. For dette studie vil de første ti samtykkeformularer blive overvåget, og yderligere vil kun blive overvåget, hvis det anses for nødvendigt. Projektdataene vil blive overvåget af forskningsmedarbejderen kvartalsvis.

   Bivirkninger og alvorlige bivirkninger Da disse undersøgelser er observationsbaserede og ikke-interventionelle og ikke opfylder HRA-kriterierne, der ville kræve alvorlig hændelsesrapportering, vil ingen blive rapporteret i dette studie, undtagen klæbemiddelovervågning for Sibel.