Capteurs innovants et intelligence artificielle pour la détection des exacerbations pulmonaires aiguës dans la mucoviscidose et les bronchectasies (NOVEL)

Question de recherche principale : Des capteurs innovants et l'intelligence artificielle (IA) peuvent-ils être utilisés pour détecter les exacerbations pulmonaires aiguës (APE) avant qu'elles ne deviennent cliniquement apparentes chez les patients atteints de fibrose kystique (FK) ou de bronchectasies non liées à la fibrose kystique (bronchectasies non-FK) ?

Contexte : Les bronchectasies sont un syndrome clinique défini par une dilatation anormale, généralement permanente, des bronches associée à de la toux et à la production de crachats. De plus, pour de nombreux patients, les symptômes quotidiens de la maladie s'accompagnent d'une aggravation imprévisible des symptômes supérieure à la variation normale au jour le jour, appelée exacerbation pulmonaire aiguë (APE).

La FK est une maladie héréditaire limitant l'espérance de vie qui provoque une accumulation de sécrétions épaisses et collantes dans les poumons (et d'autres organes), entraînant des infections bactériennes graves et persistantes. La FK est caractérisée par des périodes de stabilité relative entrecoupées de détérioration clinique brutale, connue sous le nom d'APE, qui entraîne une inflammation pulmonaire, des lésions pulmonaires progressives et une mort prématurée.

Les symptômes des APE incluent un changement du volume ou de la couleur des crachats, une augmentation de la toux, une augmentation de la dyspnée, un malaise, de la fatigue ou de la léthargie, une température supérieure à 38 °C, une anorexie ou une perte de poids. Un changement à l'examen physique du thorax, une diminution de la fonction pulmonaire et/ou des modifications radiographiques indicatives d'une infection pulmonaire peuvent également être observés.

Les APE ont un impact significatif sur les résultats des patients. Les APE sévères ont été associées à un déclin accéléré de la fonction pulmonaire, et les patients souffrant d'APE fréquentes, en particulier ceux qui en subissent trois ou plus par an, ont une qualité de vie réduite, des hospitalisations plus fréquentes et une mortalité accrue sur 5 ans. Les APE contribuent également de manière importante aux coûts des soins de santé.

Les patients atteints de FK et de bronchectasies non-FK peuvent avoir une charge thérapeutique importante, incluant des médicaments et de la kinésithérapie respiratoire. Cela peut prendre plusieurs heures par jour, impactant la vie familiale et professionnelle. En résumé, l'objectif principal du traitement est de réduire la fréquence des APE et de détecter plus tôt les exacerbations.

Objectifs : L'objectif de cette étude est d'explorer l'utilisation potentielle d'une gamme de capteurs innovants pour aider ou améliorer la détection des problèmes de santé chez les personnes atteintes de FK ou de bronchectasies non-FK. L'accent est mis sur l'identification du début et de la progression des APE.

Justification : Le diagnostic actuel d'une APE repose largement sur les changements des symptômes de base rapportés par le patient et sur le déclin concomitant des paramètres de spirométrie. Cependant, les personnes atteintes de FK (PAFK) et celles souffrant de bronchectasies non-FK connaissent invariablement des variations quotidiennes des symptômes. Pour le patient comme pour le clinicien, distinguer ces perturbations normales de celles annonçant une APE est vital pour la préservation de la santé pulmonaire.

En utilisant les données de surveillance à domicile de l'étude nationale de faisabilité précédente de l'équipe, SmartCareCF (REC 14/EE/1244), dans laquelle les PAFK surveillaient leur santé à domicile (par exemple, spirométrie, oxymétrie de pouls, activité, fréquence cardiaque, etc.) en combinaison avec des réponses à des enquêtes auto-déclarées (par exemple, bien-être général, toux, qualité du sommeil), un prototype d'algorithme prédictif alimenté par l'intelligence artificielle (IA) capable de prévoir la probabilité d'une exacerbation pulmonaire aiguë (APE) imminente en moyenne 10 jours plus tôt que les soins conventionnels a été créé.

Les études précédentes (Telemed ; REC12/EE/0462, Project Breathe ; REC 18/NI/0215 et SmartCare-CF) ont mis en évidence :

1. L'importance d'une surveillance à haute fréquence pour mettre en œuvre des algorithmes prédictifs basés sur l'IA qui identifient les détériorations cliniques imminentes

2. La nécessité de passer de la technologie de détection « active » à « passive » pour améliorer la facilité de collecte des données et réduire la charge thérapeutique pour les patients.

   L'objectif actuel est de réduire davantage la charge pour les patients et d'étudier de nouvelles technologies pour la détection des APE en testant une gamme de capteurs innovants pour déterminer si un changement du signal du début à la fin d'une APE est observé. Ainsi, un seul ou plusieurs de ces capteurs pourraient suffire pour détecter le début d'une APE et surveiller la réponse au traitement, plutôt que les nombreux équipements de surveillance à domicile actuellement nécessaires. Plusieurs capteurs innovants, nommés OMED (Owlstone), ARIA et ANNE (Sibel), qui mesurent des paramètres physiologiques tels que la fréquence cardiaque, la température, la toux, seront testés.

   Conception de l'étude : Il s'agit d'une étude de faisabilité, prospective, observationnelle, de cohorte, en parapluie, monocentrique. Elle est conçue pour être non perturbatrice, sans impact sur la pratique clinique de routine. Les patients atteints de FK ou de bronchectasies non-FK seront recrutés dans les centres spécialisés de défense pulmonaire et de fibrose kystique du Royal Papworth Hospital NHS Foundation Trust (RPH).

   Au total, jusqu'à 50 participants seront recrutés sur une période de 2 ans.

   Le capteur innovant sera testé pour voir s'il y a un changement du signal du début de l'APE, du traitement antibiotique intraveineux (IV), et jusqu'au retour à la ligne de base. Les participants pourront tester un ou plusieurs capteurs innovants. Les participants auront le choix des capteurs innovants à tester (s'ils sont éligibles).

   Les participants porteront ou utiliseront le capteur innovant quotidiennement pendant la durée du traitement antibiotique IV pour APE. Les participants seront également invités à enregistrer quotidiennement des scores de toux et de bien-être sur une échelle de Likert à 11 points, soit électroniquement soit sur papier selon la préférence du participant. La toux est notée de 0 à 10 (0 = pas de toux, 10 = toux maximale) et le bien-être de 0 à 10 (0 = le moins bien, 10 = le mieux).

   Si une autre APE survient dans les deux semaines suivant la fin du traitement antibiotique IV et qu'un autre traitement antibiotique IV est nécessaire, le capteur continuera à être utilisé ou porté jusqu'à la fin des antibiotiques IV.

   Critère de jugement principal : Le changement des mesures des paramètres physiologiques (dépendant du capteur) entre le début et la fin des antibiotiques IV pour APE.

   Critère de jugement secondaire : Le changement des scores de toux et de bien-être entre le début et la fin des antibiotiques IV pour APE.

   Critère d'évaluation principal : Changement moyen absolu du paramètre physiologique (dépendant du capteur) du début à la fin des antibiotiques IV.

   Critères d'évaluation secondaires :

   • Changement de la fonction pulmonaire mesurée par le volume expiratoire maximal en une seconde prédit (VEMS%) entre le premier et le dernier jour des antibiotiques IV.
   • Changement des scores de toux et de bien-être entre le premier et le dernier jour des antibiotiques IV. Les scores de toux et de bien-être sont évalués subjectivement par les participants sur une échelle de Likert à 11 points. Pour la toux, plus le score est élevé, plus le participant tousse. Pour le bien-être, plus le score est élevé, mieux le participant se sent.

   Taille de l'échantillon et analyse des données : La taille de l'échantillon variera en fonction du capteur testé. Ces capteurs innovants n'ont jamais été testés auparavant dans la population atteinte de FK ou de bronchectasies non-FK. L'objectif est de recruter suffisamment de participants pour s'assurer que l'utilité du capteur a été testée, tout en tenant compte de son coût élevé, afin de déterminer si des études plus larges pourraient être justifiées.

   Analyse statistique : Toutes les données collectées, c'est-à-dire les paramètres physiologiques tels que la fréquence cardiaque, seront analysées conjointement en utilisant diverses techniques statistiques et d'apprentissage automatique. Les participants se verront attribuer un identifiant anonymisé pour l'étude. Aucune information identifiable ne sera partagée en dehors de l'équipe de recherche clinique principale du NHS.

   Les données générées par l'étude seront analysées comme suit :

   • Les données physiologiques liées anonymisées seront analysées par l'Université de Cambridge et l'entreprise fabricant le capteur (avec un accord de partage de données en place).
   • Les données cliniques liées anonymisées seront analysées par l'équipe de recherche clinique, le RPH, l'Université de Cambridge et l'entreprise fabricant le capteur (avec un accord de partage de données en place).
   • Les données liées anonymisées sur la toux et le bien-être seront analysées par l'équipe de recherche clinique du RPH, l'Université de Cambridge et l'entreprise fabricant le capteur (avec un accord de partage de données en place).

   Les méthodologies d'analyse statistique incluront l'analyse multivariée standard, l'analyse de régression linéaire et non linéaire.

   Recrutement : Le recrutement se déroulera sur une période de 2 ans et les participants resteront dans l'étude jusqu'à 5 semaines (sauf si des traitements antibiotiques IV répétés ou prolongés sont nécessaires). Les APE seront définies en utilisant les critères de Hill.

   Critères de Hill :

   Une personne atteinte de bronchectasies présentant une détérioration dans trois ou plus des symptômes clés suivants pendant au moins 48 heures :

   1. Toux
   2. Volume et/ou consistance des crachats
   3. Purulence des crachats
   4. Essoufflement et/ou tolérance à l'exercice
   5. Fatigue et/ou malaise
   6. Hémoptysie ET un clinicien détermine qu'un traitement antibiotique est nécessaire

   Processus de consentement et calendrier des visites : Visites d'étude : Chaque participant se verra attribuer un identifiant et un numéro d'étude. Les numéros d'étude seront attribués séquentiellement. Chaque participant aura un compte e-mail anonyme pour garantir l'anonymat lors de l'utilisation de l'application du capteur.

   L'équipe de recherche clinique enregistrera les informations d'étude spécifiques au participant suivantes sur REDCap, à partir des dossiers de soins cliniques de routine lors de l'inclusion.

   • Date de début de l'étude
   • Date et statut du consentement
   • Date de naissance
   • Âge
   • Sexe biologique à la naissance
   • Ethnie
   • Taille au début de l'étude
   • Poids au début de l'étude
   • Les épisodes d'APE seront enregistrés et les symptômes selon les critères de Hill seront également documentés.
   • VEMS % prédit et L au début et à la fin du traitement antibiotique IV pour APE.
   • Statut microbien au début de l'étude
   • Traitements habituels au début de l'étude
   • Résultats des cultures microbiologiques pendant l'étude
   • Nombre de jours d'antibiotiques IV pendant l'étude.
   • Nombre de jours d'antibiotiques oraux (à partir des dossiers de soins cliniques et des déclarations des participants) pendant l'étude.
   • Traitement habituel des APE au début de l'étude
   • Niveaux de protéine C-réactive (CRP) et de globules blancs (GB) au début et à la fin du traitement antibiotique IV pour APE.

   La taille, le poids, le VEMS % prédit et L, la CRP et les GB peuvent être notés à partir de ceux mesurés jusqu'à 2 semaines avant que le participant ne commence l'étude s'ils ne sont pas disponibles à la date de début.

   Le VEMS % prédit et litres (L), la protéine C-réactive (CRP) et la numération des globules blancs (GB) peuvent être pris à partir de ceux enregistrés jusqu'à 2 semaines après la fin de l'étude par le participant, s'ils ne sont pas disponibles à la date de fin.

   S'il n'y a pas eu de résultats de spirométrie obtenus dans les 2 semaines avant et/ou après la période d'étude, l'équipe de recherche clinique peut effectuer manuellement ce test pour collecter les résultats de spirométrie.

   • Niveaux de glycémie (à partir de la glycémie aléatoire, du test de tolérance au glucose oral ou d'un rapport anonyme de surveillance continue du glucose) de tout enregistrement pendant les 2 semaines précédant le traitement de l'APE et ceux enregistrés pendant le traitement de l'APE.

   • Le nombre de contacts pour des problèmes techniques avec l'équipement pendant l'étude. Les paramètres ci-dessus sont collectés de routine dans le cadre des soins cliniques normaux.

   Tous les participants recevront des instructions sur la configuration et l'utilisation du capteur et sur la manière d'enregistrer les scores de toux et de bien-être.

   Procédure de consentement éclairé :

   • Le consentement éclairé écrit sera obtenu par un membre de l'équipe clinique ou de l'équipe de recherche clinique après un délai approprié pendant lequel le patient a eu suffisamment de temps (minimum 1 heure) pour lire la fiche d'information patient, considérer l'essai et poser des questions.

   • Chaque sujet sera informé que la participation à l'étude est volontaire et que le retrait du consentement n'affectera pas les traitements médicaux ultérieurs.

   • Les sujets peuvent être remplacés s'ils se retirent (ou sont retirés) pendant les 4 premières semaines de participation à l'étude. Les participants peuvent être retirés pour des raisons médicales par l'investigateur.

   • Les participants seront contactés par téléphone/e-mail ou lors d'une consultation à l'hôpital (en face à face ou virtuelle) selon la préférence du participant par l'équipe de recherche clinique pendant l'étude. Ceci afin de vérifier que l'enregistrement des scores de toux et de bien-être est effectué quotidiennement et qu'il n'y a pas de problèmes avec l'utilisation quotidienne du capteur.

   Visites de suivi : Les participants n'ont pas besoin d'assister à des visites de suivi spécifiques à l'étude.

   Remplissage des formulaires de collecte de données : L'investigateur doit assurer l'exactitude, l'exhaustivité, la lisibilité et la ponctualité des données enregistrées dans les formulaires de collecte de données (FCD) et dans tous les rapports requis, par exemple pour le promoteur, le financeur, le département de recherche et développement (R&D) et le comité d'éthique de la recherche.

   Documentation source :

   • Les données de l'étude clinique sont collectées et gérées à l'aide des outils de capture de données électroniques REDCap (Research Electronic Data Capture) hébergés à l'Université de Cambridge. REDCap est hébergé sur le service d'hébergement de données sécurisées (SDHS) de l'École de médecine, qui fournit un « Safe Haven » certifié ISO:27001. Seuls des fournisseurs de réseau conformes N3 seront utilisés, et l'accès sera protégé par mot de passe.
   • Chaque participant à l'étude recevra un identifiant unique (UID). Toutes les données d'évaluation de l'étude seront stockées séparément des données personnellement identifiables et référencées via l'UID pour maintenir l'anonymat des données accessibles à des fins de recherche.

   Surveillance et audit :

   • Les données du projet seront surveillées par l'officier de recherche conformément à la politique du Trust. Pour cette étude, les dix premiers formulaires de consentement seront surveillés et d'autres ne le seront que si cela est jugé nécessaire. Les données du projet seront surveillées trimestriellement par l'officier de recherche.

   Événements indésirables et événements indésirables graves : Comme ces études sont observationnelles et non interventionnelles et ne répondent pas aux critères de la HRA qui nécessiteraient un signalement d'événement grave, aucun ne sera signalé dans cette étude, sauf pour la surveillance des adhésifs pour Sibel.