Biomonitoraggio remoto (RBM) per la sorveglianza della temperatura di madri e neonati: valutazione preclinica e clinica

Ambiente dello studio: St John's Medical College Hospital, Bangalore, un ospedale terziario da 1300 posti letto con 2500 parti all'anno e un asilo nido di livello 3 che si prende cura di 1000 neonati (rapporto nati: nati fuori = 2:1) nel reparto neonatale unità di terapia intensiva (NICU) ogni anno, un terzo dei quali sono sottopeso alla nascita e un quinto sono prematuri.

Scelta del sito di misurazione della temperatura nell'adulto e nel neonato: nell'adulto, la parte superiore del braccio è stata selezionata per il monitoraggio continuo. Mentre nel neonato è stata selezionata la temperatura della pelle addominale. Oltre ad essere vicino al fegato, un organo metabolicamente attivo che facilita una misurazione vicina alla temperatura interna, è anche un metodo non invasivo stabile, continuo, facile da usare e confortevole per il neonato.

Innovation Pathway: il modello USAID 2006 Innovation Pathway è stato adottato e ha incorporato quattro passaggi dalla ricerca all'implementazione sul campo: (1) fase di definizione delle priorità e progettazione del prodotto (2) sviluppo del prodotto e prova del concetto (3) introduzione del prodotto e ( 4) implementazione sul campo. Come parte della fase 1, le sottofasi di (a) identificazione del problema (epidemiologico/tecnologico/sociale/finanziario, ecc.), (b) revisione critica dei dispositivi di misurazione della temperatura e di altri problemi (sensori di temperatura o termistori , problemi di misurazione della temperatura corporea centrale, ecc.) e (c) determinazione della nicchia di questo dispositivo rispetto ad altri dispositivi attraverso la scansione dell'orizzonte.

Come primo passo è stato rivisto il carico epidemiologico delle principali cause di mortalità e morbilità materna e neonatale. Una revisione tecnologica ha rivelato che il dispositivo da applicare alla madre o al neonato per il rilevamento dei segni vitali doveva essere un dispositivo di livello medico con caratteristiche estremamente alto profilo di sicurezza. Inoltre, doveva rimanere funzionale in situazioni come lo sporco o la bagnatura da parte del neonato, e anche continuare a funzionare in diverse aree con densità di popolazione variabili e edifici. Sono stati valutati diversi dispositivi come il ThermoSpot®, un'etichetta del sensore di temperatura e strumenti remoti a infrarossi. La revisione sociale ha rivelato che un sensore continuamente legato al corpo per lunghi periodi non era dissimile da quello dei talismani legati alle braccia degli adulti o al collo/vita dei bambini e potrebbe quindi non essere troppo sgradevole per le famiglie. Una revisione finanziaria ha rivelato che affinché il dispositivo possa essere ampiamente utilizzato, soprattutto da popolazioni a basso reddito, dovrebbe essere un dispositivo a basso costo. La revisione dell'implementazione si è concentrata sulla possibile diffusione e utilizzo di tale dispositivo nelle comunità rurali, urbane e dei bassifondi.

Quadro concettuale: il quadro concettuale per il monitoraggio remoto consisteva in cinque componenti: (1) un tag sensore indossabile a basso costo; (2) un dispositivo gateway che funge da collegamento di comunicazione "in tempo reale" a bassissima potenza; (3) piggy-backing su una rete di comunicazione cellulare commerciale; (4) sistema di analisi dei dati intelligente; e (5) ciclo di feedback al caregiver o all'operatore sanitario in prima linea. Questo framework doveva essere ideato, progettato, prototipato e sviluppato in un dispositivo medico di classe A con il livello di rischio più basso secondo l'autorità di regolamentazione dei dispositivi medici dell'India, tenendo presente che il prodotto finale dovrebbe consentire i principi di una buona qualità delle cure (QoC), vale a dire efficacia, tempestività, sicurezza, centralità delle persone ed equità.

Requisiti per i componenti Due requisiti fondamentali per il sensore "sul corpo" erano la sicurezza e la precisione. Data la fragilità della pelle del neonato, il dispositivo doveva essere ipoallergenico, a prova di scoppio/perdite, causare infezioni minime e dissipare calore minimo o radiazioni elettromagnetiche non ionizzanti a bassissima potenza. nL'adesivo utilizzato per fissare il dispositivo alla pelle dovrebbe parimenti causare "lesioni cutanee correlate all'adesivo medico" (MARSI), allergia o infezioni minime. L'obiettivo di precisione del dispositivo era di +/-0,2°C in condizioni in vitro e di +/-0,5°C nella pratica clinica effettiva. Altri requisiti meccanici per il dispositivo erano: lunga durata della batteria fino a 28 giorni (con frequenza di campionamento di 5 minuti); robustezza (senza alcun malfunzionamento al contatto con fluidi corporei come sudore, sangue, urina, feci, ecc.); almeno 'classe di protezione ingresso 67' (resistente alla polvere e all'acqua); design incentrato sull'uomo ed estetico per non invadenza per un uso prolungato; e capacità di resistere a urti o vibrazioni lievi; e che il dispositivo non debba essere reimpostato accidentalmente. Era inoltre necessario che il dispositivo memorizzasse i dati localmente e comunicasse con un dispositivo gateway per la trasmissione successiva dei dati tramite la rete cellulare configurata.

Progettazione e ingegnerizzazione del prodotto: in base ai requisiti clinici, è stata costituita una progettazione preliminare e le successive scelte di progettazione sono state sottoposte a molteplici iterazioni guidate dalle capacità tecnologiche e dalle recensioni degli utenti. Gli involucri dei sensori indossabili erano a forma di ciottolo oa forma di pila di monete con tutta l'elettronica incorporata all'interno. È stata effettuata una serie di test (sia meccanici che elettrici) per confermare le prestazioni, la robustezza e l'affidabilità del dispositivo. Dopo diversi cicli di pre-test, è stata raggiunta l'ottimizzazione del progetto.

Prototipo e implementazione: i dettagli del dispositivo sensore prototipo sono forniti altrove. In breve, la piattaforma hardware del sensore, sviluppata utilizzando un circuito stampato multistrato, consisteva in un microcontrollore (MCU) con Bluetooth 4.0 Low Energy (BLE) integrato, un ADC {convertitore da analogico a digitale} a 12 bit (CC2540 di Texas Instruments ), un sensore di temperatura di grado NICU con il suo circuito front-end analogico, LED di stato {diodo a emissione luminosa}, alimentatore e balun {a radiofrequenza} RF {un dispositivo elettrico che converte tra un segnale bilanciato e uno sbilanciato} trasmette il filtro e antenna per comunicazioni wireless su banda ISM {Industrial Scientific and Medical} a 2,4 GHz {gigahertz}. I termistori ad alta precisione MF51E NTC {coefficiente di temperatura negativo ad alta precisione} sono stati utilizzati per misurazioni di temperatura estremamente accurate. È stata utilizzata un'antenna F invertita (IFA) incorporata con maggiore efficienza, portata maggiore e larghezza di banda più ampia rispetto a un'antenna chip. Aveva anche un resistore a tolleranza molto bassa che consente un basso consumo energetico sia durante la modalità attiva (150 μA) che in quella di sospensione (1 μA). L'hardware del sensore era programmabile secondo i requisiti. Una batteria a bottone da 3 volt alimentava il dispositivo. Un recinto adatto ai bambini è stato realizzato con plastica ipoallergenica di grado medico.

Il sensore comunicava con un dispositivo gateway (uno smartphone o un Raspberry pi) che poteva successivamente inoltrare i dati di temperatura su una dorsale Internet protetta fornita da GPRS {General Packet Radio Service}/Wi-fi a un database centralizzato per l'archiviazione (figura web 3).

Fasi del test del dispositivo: le fasi pianificate del test del dispositivo erano i test preclinici (nel giugno 2013) e le fasi della sperimentazione clinica I e IIa {studi/studi pilota progettati per dimostrare l'efficacia clinica o l'attività biologica (studi "proof of concept") per valutazione della sicurezza e dell'efficacia nella seguente sequenza: volontari adulti sani (maggio 2014); madri sane (gennaio-febbraio 2015); bambini sani (febbraio 2015); bambini stabili in terapia intensiva neonatale (febbraio-marzo 2015) e bambini con morbilità come l'encefalopatia ipossico-ischemica (marzo 2015). I risultati dei test preclinici in ambiente di laboratorio sono stati pubblicati in precedenza. In breve, il tempo di risposta del dispositivo sensore per raggiungere l'equilibrio termico con l'ambiente circostante è stato di 4 minuti rispetto ai 3 minuti osservati con un termometro digitale di precisione utilizzato come standard di riferimento. In termini di accuratezza, l'errore è stato calcolato entro 0,1°C dallo standard di riferimento durante l'utilizzo di bagni termostatici nell'intervallo di temperatura da 25°C a 40°C. I dettagli della fase clinica dei test sono descritti di seguito.

Sette volontari adulti sani a vita libera (maschi = 2; femmine = 5), senza morbilità note, sono stati i partecipanti alla prima fase per un periodo di 7 giorni. Tutti avevano i dispositivi legati con una fascia da braccio fissata con nastro in Velcro® sulla parte superiore del braccio sinistro e sono stati invitati a contribuire con almeno 24 ore di osservazioni accumulate in uno o più giorni e a segnalare eventuali eventi avversi o eventi avversi -effetti che hanno sperimentato. Parallelamente, hanno anche annotato letture della temperatura ascellare temporizzate (almeno 5 volte in una finestra di 24 ore) utilizzando un termometro digitale per confronti accoppiati.

Il test nelle madri postnatali sane (n=11) è stato effettuato prima tra quelle con bambini sani nel reparto postnatale e poi tra le madri (n=7) con neonati ricoverati in terapia intensiva neonatale. I dispositivi sono stati fissati alla parte superiore del braccio con una fascia da braccio fissata con nastro in Velcro®. Le letture accoppiate effettuate ogni 5 minuti per un periodo di 1 ora con un termometro digitale ascellare sono state confrontate con le letture del sensore con il suo timestamp.

Il test sui neonati è stato condotto in tre diverse fasi, in tutte le quali i dispositivi sono stati fissati con cotone e adesivo microporoso all'epigastrio superiore. Nella prima fase, i bambini sani (n=3) nei loro primi periodi neonatali nel reparto postnatale avevano le loro letture della temperatura ascellare prese ogni 5 minuti per un periodo di 1 ora con un termometro digitale e confrontate con le letture del sensore. Nella seconda fase sono stati reclutati neonati malati ma stabili (n=10) dalla terapia intensiva neonatale. Erano sotto il riscaldatore radiante con la sonda di temperatura fissata sulla parte superiore dell'addome accanto al dispositivo del sensore e quindi le letture prese ogni 5 minuti per un periodo di 1 ora dal pannello più caldo sono state confrontate con le letture del sensore. Ma poiché tutti questi bambini avevano la temperatura mantenuta entro un intervallo ristretto normale sotto il riscaldatore radiante, abbiamo incluso un bambino malato con encefalopatia ipossico ischemica (HIE) a causa dell'asfissia alla nascita e che era in trattamento con raffreddamento terapeutico di tutto il corpo. Questo ha facilitato il confronto delle letture nell'intervallo da 33° a 34°C durante le fasi di raffreddamento e riscaldamento del trattamento. Le letture della sonda radiante più calda prese ogni 5 minuti per un periodo di 1 ora dal pannello più caldo sono state confrontate con le letture del sensore.

Definizioni Sicurezza: è stato istituito un protocollo di segnalazione e risoluzione degli eventi avversi per i dispositivi sensori indossabili. Ciò ha consentito di acquisire il numero e la gravità degli eventi avversi, nonché la gestione clinica individuale, nonché il feedback per le modifiche alla progettazione del dispositivo. Gli eventi avversi da registrare sono stati: dermatiti, infezioni, lesioni termiche, lesioni da radiazioni, perdita/rottura del dispositivo e altri.

Precisione: del dispositivo è stata stimata confrontando le temperature registrate dal dispositivo con altre misurazioni utilizzate abitualmente nella pratica clinica. Per le madri e i bambini sani nei reparti postnatali, i confronti sono stati tra le temperature del dispositivo rispetto alle temperature ascellari lette da un termometro digitale (una volta che le letture si sono stabilizzate dopo il segnale acustico, di solito dopo 3 minuti); per i neonati in terapia intensiva neonatale, i confronti erano tra le temperature del dispositivo con indicazione dell'ora e le temperature della sonda cutanea ottenute dai pannelli di controllo dei riscaldatori radianti calibrati (Phoenix Medical Systems Private Limited, Chennai, India o Zeal Medical Ltd, Mumbai, India).

Analisi statistica: la media [+/-deviazione standard (SD)] è stata calcolata per le coppie di letture rilevate nelle madri e nei neonati e sono state ottenute le differenze medie. Il t-test accoppiato è stato utilizzato per testare la significatività tra due diversi metodi.

Etica: l'approvazione etica per lo studio è stata ottenuta dal Comitato di revisione etica istituzionale di St John (IERB n. 59/2011 del 15 marzo 2011 e 125/2014 del 16 agosto 2014). La sperimentazione clinica è stata registrata presso il Clinical Trials Registry of India (CTRI/2015/05/005779). Il consenso informato è stato ottenuto da tutti i partecipanti/care-givers.