母親と新生児の体温監視のためのリモート バイオモニタリング (RBM): 前臨床および臨床評価

調査の設定: バンガロールのセント ジョン医科大学病院、年間 2,500 件の分娩を行う 1,300 床の 3 次医療病院で、レベル 3 の保育園で 1,000 人の新生児 (先天: 出生比 = 2:1) の世話をします。ケア集中治療室 (NICU) を毎年受けており、その 3 分の 1 は低出生体重児で、5 分の 1 は早産児です。

成人および新生児の体温測定部位の選択: 成人では、継続的なモニタリングのために上腕が選択されました。 新生児腹部皮膚温度が選択されている間。 深部体温に近い測定を容易にする代謝活性器官である肝臓に近いことに加えて、乳児にとって安定した、継続的な、使いやすく快適な非侵襲的な方法でもあります。

イノベーション パスウェイ: USAID 2006 イノベーション パスウェイ モデルが採用され、研究から現場での実施までの 4 つのステップが組み込まれました。 4) 現場での実施。ステップ 1 の一部として、(a) 問題の特定 (疫学/技術/社会/財務など)、(b) 温度測定デバイスおよびその他の問題 (温度センサーまたはサーミスター) の重要なレビューのサブステップ、深部体温測定の問題など）、および（c）ホライズンスキャンによる他のデバイスに対するこのデバイスのニッチの決定。

妊産婦と新生児の死亡率と罹患率の主な原因の疫学的負担が最初のステップとして検討されました。高い安全性プロファイル。 さらに、汚れや新生児による水濡れなどの状況でも機能を維持し、建物だけでなく人口密度の異なるさまざまな地域でも機能し続ける必要がありました。 ThermoSpot®、温度センサー タグ、リモート赤外線ベースの機器など、いくつかのデバイスが評価されました。 社会的レビューによると、センサーが長期間継続的に体に固定されていることは、大人の腕や子供の首/腰に固定されているお守りと同じであり、したがって家族にとってそれほど不快ではない可能性があることが明らかになりました. 財務レビューでは、デバイスが広く、特に低所得層で使用されるためには、低コストのデバイスでなければならないことが明らかになりました. 農村部、都市部、スラム コミュニティでのこのようなデバイスの利用の可能性に焦点を当てた実装のレビュー。

概念フレームワーク: リモート モニタリングの概念フレームワークは、次の 5 つのコンポーネントで構成されていました。(1) 低コストのウェアラブル センサー タグ。 (2) 超低電力の「リアルタイム」通信リンクとして機能するゲートウェイ デバイス。 (3) 商用セルラー通信ネットワークへのピギーバック。 (4) スマートデータ分析システム。 (5) 介護者または最前線の医療従事者へのフィードバック ループ。 このフレームワークは、最終製品が優れたケアの質 (QoC) の信条を可能にする必要があることを念頭に置いて、インドの医療機器規制当局に従って、リスクレベルが最も低いクラス A 医療機器にアイデア化、設計、プロトタイプ作成、および開発されることになっていました。有効性、適時性、安全性、人中心、公平性。

コンポーネントの要件 「オンボディ」センサーの 2 つの重要な要件は、安全性と精度でした。 新生児の皮膚はもろいため、デバイスは低刺激性、破裂/漏れ防止、最小限の感染を引き起こし、最小限の熱または超低電力、非電離電磁放射を放散する必要がありました。 nデバイスを皮膚に固定するために使用される接着剤は、同様に「医療用接着剤関連の皮膚損傷」(MARSI)、アレルギー、または感染を最小限に抑える必要があります。 デバイスの精度は、in-vitro 条件で +/-0.2°C、実際の臨床実習で +/-0.5°C を目標としていました。 デバイスのその他の機械的要件は次のとおりです。最大 28 日間の長いバッテリ寿命 (サンプリング頻度 5 分)。堅牢性（汗、血液、尿、糞便などの体液と接触しても誤動作しない）;少なくとも「侵入保護クラス67」（防塵および防水）;長時間使用しても邪魔にならない、人間中心の美的デザイン。軽度の衝撃や振動に耐える能力。また、デバイスが誤ってリセットされないようにする必要があります。 また、デバイスがデータをローカルに保存し、構成されたセルラー ネットワークを介してデータを転送するためにゲートウェイ デバイスと通信する必要もありました。

製品設計とエンジニアリング: 臨床要件に基づいて予備設計が構成され、その後の設計の選択は、技術的能力とユーザー レビューによって何度も繰り返されました。 ウェアラブル センサーのエンクロージャは、すべての電子機器が内部に埋め込まれた小石またはコイン スタックの形をしていました。 デバイスの性能、堅牢性、および信頼性を確認するために、一連のテスト (機械的および電気的) が実施されました。 数回の事前テストの後、設計の最適化が達成されました。

プロトタイプと実装: プロトタイプ センサー デバイスの詳細については、別の場所で説明します。 簡単に言うと、多層プリント回路基板を使用して開発されたセンサー ハードウェア プラットフォームは、Bluetooth 4.0 Low Energy (BLE) が統合されたマイクロコントローラー (MCU)、12 ビット ADC {アナログからデジタルへのコンバーター} (Texas Instruments の CC2540) で構成されていました。 )、アナログ フロントエンド回路を備えた NICU グレードの温度センサー、ステータス LED {発光ダイオード}、電源および RF {無線周波数} バラン {平衡信号と不平衡信号の間で変換する電気デバイス} 送信フィルターと2.4 GHz {ギガヘルツ} ISM {Industrial Scientific and Medical} バンドを介した無線通信用アンテナ。 高精度 MF51E NTC {高精度負温度係数} サーミスタを使用して、非常に正確な温度測定を行いました。 チップ アンテナよりも効率が高く、範囲が広く、帯域幅が広い埋め込み型逆 F アンテナ (IFA) が使用されました。 また、アクティブ（150μA）モードとスリープ（1μA）モードの両方で低消費電力を可能にする非常に低い耐性抵抗を備えていました。 センサー ハードウェアは、要件に応じてプログラム可能でした。 3ボルトのコイン電池がデバイスに電力を供給しました。 赤ちゃんに優しいエンクロージャーは、医療グレードの低刺激性プラスチックで作られています。

センサーはゲートウェイ デバイス (スマートフォンまたは Raspberry pi) と通信し、GPRS {General Packet Radio Service}/Wi-fi によって提供されるセキュリティで保護されたインターネット バックボーンを介して温度データをストレージ用の中央データベースに中継することができます (Web 図3)。

デバイス テストのフェーズ: デバイス テストの計画されたフェーズは、前臨床テスト (2013 年 6 月) および臨床試験フェーズ I & IIa {臨床効果または生物活性を実証するように設計された研究/パイロット研究 (「概念実証」研究)} でした。次の順序での安全性と有効性の評価: 健康な成人ボランティア (2014 年 5 月)。健康な母親 (2015 年 1 月～2 月);健康な赤ちゃん (2015 年 2 月); NICU の安定した赤ちゃん (2015 年 2 月から 3 月) と、低酸素性虚血性脳症などの病的状態にある赤ちゃん (2015 年 3 月)。 実験室での前臨床試験の結果は、以前に公開されました。 簡単に言えば、周囲との熱平衡を達成するためのセンサーデバイスの応答時間は、参照標準として使用される精密グレードのデジタル温度計で観察された3分と比較して4分でした. 精度に関しては、25°C ～ 40°C の温度範囲でウォーターバスを使用している間、誤差は参照標準の 0.1°C 以内であると計算されました。 テストの臨床段階の詳細を以下に概説します。

既知の罹患率のない自由生活の健康な成人ボランティア 7 人 (男性 = 2、女性 = 5) が、7 日間にわたる第 1 フェーズの参加者でした。 参加者全員が、左上腕にベルクロテープで固定されたアームバンドでデバイスを固定しており、1 日または複数日にわたって蓄積された少なくとも 24 時間の観察に貢献し、有害事象または側面を報告するよう招待されました。 -彼らが経験した効果。 並行して、一対の比較のためにデジタル温度計を使用して、時間指定された腋窩温度の測定値 (24 時間のウィンドウで少なくとも 5 回) も記録しました。

出生後の健康な母親 (n=11) の検査は、まず産後病棟で元気な赤ちゃんをもつ母親 (n=7) で実施され、次に NICU に入院した新生児の母親 (n=7) で実施されました。 デバイスは、Velcro® テープで固定されたアーム バンドで上腕に固定されました。 腋窩デジタル温度計を使用して 1 時間にわたって 5 分ごとに取得したペアの読み取り値を、タイムスタンプ付きのセンサーの読み取り値と比較しました。

新生児のテストは 3 つの異なるフェーズで実施され、すべてのデバイスは上腹部に綿とマイクロポア接着剤で固定されていました。 第 1 段階では、生後病棟の新生児期初期の健康な赤ちゃん (n=3) の腋窩温度をデジタル体温計で 1 時間にわたって 5 分ごとに測定し、センサーの測定値と比較しました。 第 2 段階では、NICU から病気だが安定している新生児 (n = 10) が募集されました。 彼らはセンサー装置の横の上腹部に固定された温度プローブを備えた輻射ウォーマーの下にあったため、ウォーマーパネルから1時間にわたって5分ごとに取得された読み取り値がセンサーの読み取り値と比較されました. しかし、これらの赤ちゃんはすべて、ラジエントウォーマーの下で体温が狭い正常範囲内に維持されていたため、出生時仮死による低酸素性虚血性脳症（HIE）を患い、全身冷却治療を受けている1人の病気の乳児を含めました. これにより、治療の冷却段階と再加温段階の間の 33°C から 34°C の範囲の測定値の比較が容易になりました。 加熱パネルから 1 時間にわたって 5 分ごとに取得した放射加熱プローブの読み取り値を、センサーの読み取り値と比較しました。

定義 安全性: ウェアラブル センサー デバイスの有害事象の報告および解決プロトコルが制定されました。 これにより、有害事象の数と重症度を把握できるだけでなく、個々の臨床管理だけでなく、デバイス設計の変更に対するフィードバックも可能になりました。 記録される有害事象は、皮膚炎、感染症、熱傷、放射線損傷、デバイスの漏れ/破裂などでした。

精度: デバイスによって記録された温度を、臨床診療で日常的に使用される他の測定値と比較することによって、デバイスの推定値が算出されました。 産後病棟の母親と健康な赤ちゃんの場合、デバイスの温度とデジタル体温計から読み取った腋窩の温度を比較しました（ビープ音の後、通常は3分後に読み取り値が安定しました）。 NICU の新生児の場合、比較は、タイムスタンプ付きのデバイスの温度と、校正済みのラジアント ウォーマー (インドのチェンナイにある Phoenix Medical Systems Private Limited またはインドのムンバイにある Zeal Medical Ltd) のコントロール パネルから取得した皮膚プローブの温度との間で行われました。

統計分析: 平均 [+/- 標準偏差 (S.D.)] は、母親と新生児で記録された読み取り値の対のセットについて計算され、平均差が得られました。 対応のある t 検定は、2 つの異なる方法間の有意性の検定に使用されました。

倫理: 研究の倫理承認は、セント ジョンズ機関倫理審査委員会 (IERB #59/2011 2011 年 3 月 15 日付け &# 125/2014 2014 年 8 月 16 日付け) から得られました。 この臨床試験は、インドの臨床試験レジストリ (CTRI/2015/05/005779) に登録されました。 インフォームド コンセントは、すべての参加者/介護者から得られました。