Nuovi Sensori e Intelligenza Artificiale per il Rilevamento di Esacerbazioni Polmonari Acute nella Fibrosi Cistica e nelle Bronchiectasie (NOVEL)

Domanda di ricerca principale: I sensori innovativi e l'intelligenza artificiale (IA) possono essere utilizzati per rilevare le esacerbazioni polmonari acute (APE) prima che diventino clinicamente evidenti nei pazienti con fibrosi cistica (CF) o bronchiectasie non fibrocistiche (bronchiectasie non-CF)?

Background: Le bronchiectasie sono una sindrome clinica definita da una dilatazione anomala, solitamente permanente, dei bronchi associata a tosse e produzione di espettorato. Inoltre, per molti pazienti i sintomi quotidiani della malattia sono accompagnati da un peggioramento imprevedibile dei sintomi superiore alla normale variazione giornaliera e definito come Esacerbazioni Polmonari Acute (APE).

La CF è una condizione ereditaria limitante la vita che provoca un accumulo di secrezioni dense e appiccicose nei polmoni (e in altri organi) che porta a infezioni batteriche gravi e persistenti. La CF è caratterizzata da periodi di relativa stabilità interrotti da un deterioramento clinico improvviso, noto come APE, che guidano l'infiammazione polmonare, il danno polmonare progressivo e la morte prematura.

I sintomi delle APE includono cambiamento nel volume o colore dell'espettorato, aumento della tosse, aumento della dispnea, malessere, affaticamento o letargia, temperatura superiore a 38°C, anoressia o perdita di peso. Possono anche essere osservati cambiamenti nell'esame fisico del torace, diminuzione della funzione polmonare e/o alterazioni radiografiche indicative di infezione polmonare.

Le APE hanno un impatto significativo sugli esiti dei pazienti. Le APE gravi sono state collegate a un declino accelerato della funzione polmonare e i pazienti con APE frequenti, in particolare quelli che sperimentano tre o più APE all'anno, hanno una qualità di vita peggiore, ospedalizzazioni più frequenti e una mortalità aumentata in 5 anni. Le APE sono anche un importante contributore ai costi sanitari.

I pazienti con CF e bronchiectasie non-CF possono avere un carico terapeutico elevato, inclusi farmaci e fisioterapia toracica. Ciò può richiedere ore al giorno, impattando sulla vita domestica e lavorativa. In sintesi, l'obiettivo principale del trattamento è ridurre la frequenza delle APE e rilevare le esacerbazioni prima.

Obiettivi: Lo scopo di questo studio è esplorare l'uso potenziale di una gamma di sensori innovativi per assistere o migliorare il rilevamento di condizioni di salute nelle persone con CF o bronchiectasie non-CF. L'enfasi è sull'identificazione dell'insorgenza e della progressione delle APE.

Razionale: L'attuale diagnosi di un'APE si basa fortemente sui cambiamenti riportati dal paziente nei sintomi basali e sui cali concomitanti nei parametri spirometrici. Le persone con CF (PwCF) e quelle con bronchiectasie non-CF, tuttavia, sperimentano invariabilmente variazioni sintomatiche giornaliere. Sia per il paziente che per il clinico, distinguere queste perturbazioni normali da quelle che preannunciano un'APE è vitale per la preservazione della salute polmonare.

Utilizzando i dati di monitoraggio domestico del precedente studio nazionale di fattibilità del team, SmartCareCF (REC 14/EE/1244), in cui le PwCF monitoravano la salute a casa (es., spirometria, pulsossimetria, attività, frequenza cardiaca, ecc.) in combinazione con risposte a sondaggi auto-riportati (es., benessere generale, tosse, qualità del sonno), è stato creato un prototipo di algoritmo predittivo alimentato da Intelligenza Artificiale (IA) in grado di prevedere la probabilità di un'imminente esacerbazione polmonare acuta (APE) in media 10 giorni prima rispetto alle cure convenzionali.

Studi precedenti (Telemed; REC12/EE/0462, Project Breathe; REC 18/NI/0215 e SmartCare-CF) hanno evidenziato:

1. L'importanza del monitoraggio ad alta frequenza per implementare algoritmi predittivi basati su IA che identifichino deterioramenti clinici imminenti
2. La necessità di passare dalla tecnologia di rilevamento 'attiva' a quella 'passiva' per migliorare la facilità di raccolta dati e ridurre il carico terapeutico per i pazienti.

   L'obiettivo attuale è ridurre ulteriormente il carico del paziente e investigare nuove tecnologie per il rilevamento delle APE testando una gamma di sensori innovativi per accertare se viene mostrato un cambiamento nel segnale dall'inizio alla fine di un'APE. Quindi, solo uno o più di questi sensori potrebbero essere utilizzati per rilevare l'insorgenza delle APE e monitorare la risposta al trattamento, piuttosto che i numerosi pezzi di attrezzatura per il monitoraggio domestico attualmente potenzialmente necessari. Verranno testati una serie di sensori innovativi, denominati OMED (Owlstone), ARIA e ANNE (Sibel), che misurano parametri fisiologici, ad esempio, frequenza cardiaca, temperatura, tosse.

   Disegno dello studio: Questo è uno studio di fattibilità, osservazionale, prospettico di coorte, a centro singolo, ombrello. È progettato per essere non dirompente senza impatto sulla pratica clinica di routine. I pazienti con CF o bronchiectasie non-CF saranno arruolati dai centri specialistici di Difesa Polmonare e Fibrosi Cistica presso il Royal Papworth Hospital NHS Foundation Trust (RPH).

   In totale, fino a 50 partecipanti saranno reclutati in un periodo di 2 anni.

   Il sensore innovativo sarà testato per vedere se c'è un cambiamento nel segnale dall'inizio dell'APE, e del trattamento antibiotico endovenoso (IV), e di ritorno al basale. I partecipanti potrebbero testare uno o più sensori innovativi. Ai partecipanti verrà data la scelta di quali sensori innovativi testare (se idonei).

   I partecipanti indosseranno o utilizzeranno il sensore innovativo quotidianamente durante il corso del trattamento antibiotico IV per APE. Ai partecipanti verrà anche chiesto di registrare quotidianamente i punteggi di tosse e benessere su una scala Likert a 11 punti, elettronicamente o su carta a seconda della preferenza del partecipante. La tosse è valutata da 0 a 10 (0 nessuna tosse, 10 tosse massima) e il benessere da 0 a 10 (0 meno bene, 10 più bene).

   Se dovesse verificarsi un'altra APE nelle due settimane successive alla conclusione degli antibiotici IV e fosse necessario un ulteriore ciclo di antibiotici IV, il sensore continuerà a essere utilizzato o indossato fino alla conclusione degli antibiotici IV.

   Esito primario: Il cambiamento nelle misure dei parametri fisiologici (dipendente dal sensore) tra l'inizio e la fine degli antibiotici IV per APE.

   Esito secondario: Il cambiamento nei punteggi di tosse e benessere tra l'inizio e la fine degli antibiotici IV per APE.

   Endpoint primario: Cambiamento medio assoluto nel parametro fisiologico (dipendente dal sensore) dall'inizio alla fine degli antibiotici IV.

   Endpoint secondari:

   • Cambiamento nella funzione polmonare come volume espiratorio forzato in un secondo predetto (FEV1%) tra il primo e l'ultimo giorno di antibiotici IV.
   • Cambiamento nei punteggi di tosse e benessere tra il primo e l'ultimo giorno di antibiotici IV. I punteggi di tosse e benessere sono valutati soggettivamente dai partecipanti su una scala Likert a 11 punti. Per la tosse, più alto è il punteggio, più il partecipante tossisce. Per il benessere, più alto è il punteggio, meglio si sente il partecipante.

   Dimensione del campione e analisi dei dati: La dimensione del campione varierà a seconda del sensore testato. Questi sensori innovativi non sono mai stati testati nella popolazione con CF o bronchiectasie non-CF prima. L'obiettivo è reclutare partecipanti sufficienti per garantire che l'utilità del sensore sia stata testata, bilanciando con l'alto costo, può essere determinato se studi più ampi possano essere giustificati.

   Analisi statistica: Tutti i dati raccolti, cioè parametri fisiologici come la frequenza cardiaca, saranno analizzati congiuntamente utilizzando una varietà di tecniche statistiche e di apprendimento automatico. Ai partecipanti sarà assegnato un ID anonimo per lo studio. Nessuna informazione identificabile sarà condivisa al di fuori del team di ricerca clinica NHS di base.

   I dati generati dallo studio saranno analizzati come segue:

   • I dati fisiologici anonimizzati con collegamento saranno analizzati dall'Università di Cambridge e dall'azienda del sensore (con un Accordo di Condivisione Dati in vigore).
   • I dati clinici anonimizzati con collegamento saranno analizzati dal team di ricerca clinica, RPH e Università di Cambridge e dall'azienda del sensore (con un Accordo di Condivisione Dati in vigore).
   • I dati anonimizzati con collegamento di tosse e benessere saranno analizzati dal team di ricerca clinica RPH e Università di Cambridge e dall'azienda del sensore (con un Accordo di Condivisione Dati in vigore).

   Le metodologie per l'analisi statistica includeranno analisi multivariata standard, analisi di regressione lineare e non lineare.

   Reclutamento: Il reclutamento avverrà in un periodo di 2 anni e i partecipanti rimarranno nello studio fino a 5 settimane (a meno che non siano richiesti cicli ripetuti o prolungati di antibiotici IV). Le APE saranno definite utilizzando i Criteri di Hill

   Criteri di Hill

   Una persona con bronchiectasie con un deterioramento in tre o più dei seguenti sintomi chiave per almeno 48 ore:

   1. Tosse
   2. Volume e/o consistenza dell'espettorato
   3. Purulenza dell'espettorato
   4. Dispnea e/o tolleranza all'esercizio
   5. Affaticamento e/o malessere
   6. Emottisi E un clinico determina che è necessario un trattamento antibiotico

   Processo di consenso e programma delle visite: Visite dello studio: Ogni partecipante sarà assegnato a un identificatore e numero dello studio. I numeri dello studio saranno assegnati sequenzialmente. Ogni partecipante avrà un account email anonimo per consentire l'anonimato quando si utilizza l'app del sensore.

   Il team di ricerca clinica registrerà le seguenti informazioni specifiche del partecipante su REDCap, dai registri di cura clinica di routine durante l'arruolamento.

   • Data di inizio dello studio
   • Data e stato del consenso
   • Data di nascita
   • Età
   • Sesso biologico alla nascita
   • Etnia
   • Altezza all'inizio dello studio
   • Peso all'inizio dello studio
   • Saranno registrati episodi di APE e i sintomi secondo i Criteri di Hill saranno anche documentati.
   • FEV1 % predetto e L all'inizio e alla fine del trattamento antibiotico IV per APE.
   • Stato microbico all'inizio dello studio
   • Farmaci regolari all'inizio dello studio
   • Risultati delle colture microbiologiche durante lo studio
   • Numero di giorni di antibiotici IV durante lo studio.
   • Numero di giorni di antibiotici orali (dai registri di cura clinica e riportati dal partecipante) durante lo studio.
   • Trattamento abituale per APE all'inizio dello studio
   • Livelli di proteina C-reattiva (CRP) e conta dei globuli bianchi (WBC) dall'inizio e dalla fine del trattamento antibiotico IV per APE.

   Altezza, peso, FEV1 % predetto e L, CRP e WBC possono essere annotati da quelli presi fino a 2 settimane prima che il partecipante inizi lo studio se non disponibili alla data di inizio.

   FEV1 % predetto e litri (L), proteina C-reattiva (CRP) e conta dei globuli bianchi (WBC) possono essere presi da quelli registrati fino a 2 settimane dopo la fine dello studio del partecipante, se non disponibili alla data di fine.

   Se non ci fossero risultati spirometrici ottenuti entro il periodo di 2 settimane pre- e/o post-studio, il team di ricerca clinica può condurre manualmente questo test per raccogliere risultati spirometrici.

   • Livelli di glucosio nel sangue (da glucosio ematico casuale, test di tolleranza al glucosio orale o rapporto anonimizzato di monitoraggio continuo del glucosio) da qualsiasi registrato durante le 2 settimane prima del trattamento APE e quelli registrati durante il trattamento APE.

   • Il numero di contatti per problemi tecnici con l'attrezzatura, durante lo studio. I parametri sopra sono raccolti di routine come parte della normale cura clinica.

   A tutti i partecipanti verrà mostrato come impostare e utilizzare il sensore e come registrare i punteggi di tosse e benessere del partecipante.

   Procedura di consenso informato:

   • Il consenso informato scritto sarà ottenuto da un membro del team clinico o del team di ricerca clinica dopo un tempo adeguato in cui il paziente ha avuto ampio tempo (minimo 1 ora) per leggere il foglio informativo per il paziente, considerare lo studio e fare eventuali domande.

   • Ogni soggetto sarà informato che la partecipazione allo studio è volontaria e che il ritiro del consenso non influenzerà il trattamento medico successivo.

   • I soggetti possono essere sostituiti se si ritirano (o vengono ritirati) durante le prime 4 settimane di partecipazione allo studio. I partecipanti possono essere ritirati per motivi medici dallo Sperimentatore.

   • I partecipanti saranno contattati per telefono / email o durante la presenza in ospedale (di persona o virtuale) a seconda della preferenza del partecipante dal team di ricerca clinica durante lo studio. Questo sarà per verificare che la registrazione dei punteggi di tosse e benessere venga effettuata quotidianamente e che non ci siano problemi con l'uso quotidiano del sensore.

   Visite di follow-up: I partecipanti non devono partecipare a follow-up specifici dello studio.

   Compilazione del modulo di raccolta dati: Lo Sperimentatore deve garantire l'accuratezza, completezza, leggibilità e tempestività dei dati registrati nei moduli di raccolta dati (DCF) e in tutti i rapporti richiesti, ad es. allo Sponsor, Finanziatore, Ricerca e Sviluppo (R & D) e Comitato Etico di Ricerca.

   Documentazione di origine:

   • I dati dello studio clinico vengono raccolti e gestiti utilizzando gli strumenti di acquisizione dati elettronici REDCap (Research Electronic Data Capture) ospitati presso l'Università di Cambridge. REDCap è ospitato sul Clinical School Secure Data Hosting Service (SDHS) che fornisce un 'Safe Haven' certificato ISO:27001. Verranno utilizzati solo provider di rete conformi a N3 e l'accesso sarà protetto da password.
   • Ogni partecipante allo studio riceverà un Identificatore Unico (UID). Tutti i dati di valutazione dello studio saranno archiviati separatamente dai dati personalmente identificabili e referenziati tramite l'UID per mantenere l'anonimato dei dati accessibili per scopi di ricerca.

   Monitoraggio e audit:

   • I dati del progetto saranno monitorati dall'Ufficiale di Ricerca in conformità con la politica del Trust. Per questo studio, i primi dieci moduli di consenso saranno monitorati e ulteriori saranno monitorati solo se ritenuto necessario. I dati del progetto saranno monitorati dall'Ufficiale di Ricerca trimestralmente.

   Eventi avversi ed eventi avversi gravi: Poiché questi studi sono osservazionali e non interventistici e non soddisfano i criteri HRA che richiederebbero la segnalazione di eventi gravi, nessuno sarà riportato in questo studio, tranne che per il monitoraggio dell'adesivo per Sibel.