산모와 신생아의 체온 감시를 위한 원격 생체 모니터링(RBM): 전임상 및 임상 평가

연구 환경: 방갈로르에 있는 St John's Medical College Hospital, 연간 2500건의 출산을 하는 1300개의 침대가 있는 3차 진료 병원 및 신생아에서 1000명의 신생아를 돌보는 레벨 3 보육원(출생:외출생 비율 = 2:1) NICU(Care Intensive Unit)는 매년 1/3이 저체중아이고 5분의 1이 조산아입니다.

성인 및 신생아의 체온 측정 부위 선택: 성인의 경우 지속적인 모니터링을 위해 상완을 선택했습니다. 신생아 복부 피부 온도를 선택하는 동안. 심부 온도에 가까운 측정을 용이하게 하는 신진대사 활성 기관인 간과 가까울 뿐만 아니라 안정적이고 지속적이며 사용하기 쉽고 유아에게 편안한 비침습적 방법입니다.

혁신 경로: USAID 2006 혁신 경로 모델이 채택되었으며 연구에서 현장 구현까지 4단계를 통합했습니다. (1) 우선 순위 설정 단계 및 제품 설계 (2) 제품 개발 및 개념 증명 (3) 제품 소개 4) 현장 구현. 1단계의 일부로, (a) 문제 식별(역학/기술/사회/금융 등), (b) 온도 측정 장치 및 기타 문제(온도 센서 또는 서미스터)에 대한 비판적 검토의 하위 단계 , 코어 체온 측정 문제 등) 및 (c) 수평 스캐닝을 통해 다른 장치와 비교하여 이 장치의 틈새를 결정합니다.

산모 및 신생아 사망 및 이환율의 주요 원인에 대한 역학적 부담이 첫 번째 단계로 검토되었습니다. 기술 검토 결과 생체 신호 감지를 위해 산모 또는 신생아에게 고정되는 장치는 극도로 높은 의료 등급 장치여야 한다는 것이 밝혀졌습니다. 높은 안전성 프로필. 또한 신생아에 의한 오염이나 젖음과 같은 상황에서도 기능을 유지해야 했으며, 인구 밀도가 다양한 여러 지역과 건물에서도 계속 작동해야 했습니다. ThermoSpot®, 온도 센서 태그 및 원격 적외선 기반 기기와 같은 여러 장치가 평가되었습니다. 소셜 리뷰에 따르면 오랫동안 신체에 지속적으로 부착되는 센서는 성인의 팔이나 어린이의 목/허리에 묶인 부적과 다르지 않으므로 가족에게 그다지 불쾌하지 않을 수 있습니다. 재무 검토 결과 장치가 특히 저소득 인구에 의해 널리 사용되려면 저비용 장치여야 한다는 것이 밝혀졌습니다. 구현 검토는 농촌, 도시 및 빈민가 커뮤니티에서 이러한 장치의 가능한 활용 및 활용에 중점을 두었습니다.

개념적 프레임워크: 원격 모니터링을 위한 개념적 프레임워크는 다음과 같은 다섯 가지 구성 요소로 구성됩니다. (1) 저가의 웨어러블 센서 태그; (2) 초저전력 '실시간' 통신 링크 역할을 하는 게이트웨이 장치; (3) 상용 셀룰러 통신 네트워크에 편승; (4) 스마트 데이터 분석 시스템; 및 (5) 간병인 또는 일선 의료 종사자에 대한 피드백 루프. 이 프레임워크는 최종 제품이 우수한 QoC(Quality of Care) 원칙을 가능하게 해야 한다는 점을 염두에 두고 인도의 의료기기 규제 당국에 따라 위험 수준이 가장 낮은 클래스 A 의료기기로 아이디어, 설계, 시제품화 및 개발되었습니다. 효율성, 적시성, 안전, 사람 중심 및 형평성.

구성 요소에 대한 요구 사항 '신체형' 센서에 대한 두 가지 핵심 요구 사항은 안전성과 정확도였습니다. 신생아 피부의 연약함을 감안할 때 장치는 저자극성, 폭발/누출 방지, 최소한의 감염 유발, 최소한의 열 또는 초저전력, 비이온화 전자기 방사선을 발산해야 했습니다. n장치를 피부에 고정하는 데 사용되는 접착제는 유사하게 최소한의 '의료용 접착제 관련 피부 손상'(MARSI), 알레르기 또는 감염을 유발해야 합니다. 장치 정확도는 체외 조건에서 +/-0.2°C, 실제 임상에서 +/-0.5°C를 목표로 했습니다. 장치에 대한 기타 기계적 요구 사항은 다음과 같습니다. 최대 28일의 긴 배터리 수명(샘플링 빈도 5분); 견고성(땀, 혈액, 소변, 대변 등의 체액과 접촉해도 오작동 없음), '침입 보호 등급 67' 이상(방진 및 방수), 장시간 사용에도 방해가 되지 않는 인간 중심적이고 미적인 디자인; 가벼운 충격이나 진동을 견딜 수 있는 능력; 장치가 실수로 재설정되지 않아야 합니다. 또한 장치가 데이터를 로컬에 저장하고 구성된 셀룰러 네트워크를 통해 데이터를 계속 전송하기 위해 게이트웨이 장치와 통신해야 한다는 요구 사항도 있었습니다.

제품 디자인 및 엔지니어링: 임상 요구 사항을 기반으로 예비 디자인이 구성되었고 후속 디자인 선택은 기술적 기능 및 사용자 리뷰에 따라 여러 번 반복되었습니다. 웨어러블 센서 인클로저는 내부에 모든 전자 장치가 내장된 조약돌 모양 또는 동전 스택 모양이었습니다. 장치 성능, 견고성 및 신뢰성을 확인하기 위해 일련의 테스트(기계 및 전기 모두)를 수행했습니다. 몇 차례의 사전 테스트를 거쳐 설계 최적화가 이루어졌습니다.

프로토타입 및 구현: 프로토타입 센서 장치의 세부 사항은 다른 곳에서 제공됩니다. 간략하게 설명하면 다층 인쇄 회로 기판을 사용하여 개발된 센서 하드웨어 플랫폼은 Bluetooth 4.0 저에너지(BLE)가 통합된 마이크로컨트롤러(MCU), 12비트 ADC{Analog to Digital Converter}(Texas Instruments의 CC2540)로 구성됩니다. ), 아날로그 프런트 엔드 회로가 있는 NICU 등급 온도 센서, 상태 LED {Light Emitting Diode}, 전원 공급 장치 및 RF {Radio-Frequency} 발룬{평형 신호와 불균형 신호 사이를 변환하는 전기 장치}는 필터를 전송하고 2.4GHz {gigahertz} ISM {Industrial Scientific and Medical} 대역을 통한 무선 통신용 안테나. 고정밀 MF51E NTC {고정밀 음의 온도 계수} 서미스터는 매우 정확한 온도 측정에 사용되었습니다. 칩 안테나보다 더 높은 효율, 더 긴 범위 및 더 넓은 대역폭을 가진 임베디드 IFA(Inverted F-F-antenna)가 사용되었습니다. 또한 활성(150μA) 모드와 절전(1μA) 모드 모두에서 낮은 전력 소비를 가능하게 하는 허용 오차 저항이 매우 낮습니다. 센서 하드웨어는 요구 사항에 따라 프로그래밍할 수 있습니다. 3볼트 코인 배터리가 장치에 전원을 공급했습니다. 아기에게 친숙한 인클로저는 의료용 저자 극성 플라스틱으로 만들어졌습니다.

센서는 게이트웨이 장치(스마트폰 또는 라즈베리 파이)와 통신하여 GPRS(General Packet Radio Service)/Wi-fi에서 제공하는 보안 인터넷 백본을 통해 저장을 위한 중앙 집중식 데이터베이스에 온도 데이터를 전달할 수 있습니다(웹 그림 삼).

장치 테스트 단계: 장치 테스트의 계획된 단계는 전임상 테스트(2013년 6월) 및 임상 시험 단계 I& IIa {임상 효능 또는 생물학적 활성을 입증하기 위해 설계된 연구/파일럿 연구('개념 증명' 연구)}였습니다. 다음 순서로 안전성 및 유효성 평가: 건강한 성인 지원자(2014년 5월); 건강한 산모(2015년 1월~2월); 건강한 아기(2015년 2월); NICU의 안정적인 아기(2015년 2월~3월) 및 저산소성 허혈성 뇌병증과 같은 질병이 있는 아기(2015년 3월). 실험실 환경에서의 전임상 테스트 결과는 이전에 발표되었습니다. 간단히 말해서, 주변 환경과의 열 평형에 도달하기 위한 센서 장치의 응답 시간은 참조 표준으로 사용되는 정밀 등급 디지털 온도계로 관찰된 3분과 비교하여 4분이었습니다. 정확도는 25°C ~ 40°C의 온도 범위에서 수조를 사용했을 때 오차가 기준 표준의 0.1°C 이내로 계산되었습니다. 테스트의 임상 단계에 대한 자세한 내용은 아래에 설명되어 있습니다.

알려진 이환율이 없는 7명의 건강한 성인 지원자(남성 = 2, 여성 = 5)가 7일 동안 1단계 참가자였습니다. 그들 모두는 왼쪽 팔뚝에 Velcro® 테이프로 고정된 완장으로 장치를 묶고 하루 이상 누적된 최소 24시간의 관찰에 기여하고 부작용이나 부작용을 보고하도록 초대되었습니다. - 그들이 경험한 효과. 동시에, 그들은 또한 쌍을 이룬 비교를 위해 디지털 온도계를 사용하여 다운 타임 겨드랑이 온도 판독값(24시간 창에서 최소 5회)을 기록했습니다.

건강한 산후 산모(n=11)에 대한 검사는 먼저 산후병동에 있는 건강한 아기를 가진 사람들 사이에서 수행된 다음 NICU에 신생아가 입원한 산모(n=7) 사이에서 수행되었습니다. 장치는 Velcro® 테이프로 고정된 팔 밴드로 팔 위쪽에 고정되었습니다. 겨드랑이 디지털 온도계로 1시간 동안 5분마다 한 쌍의 판독값을 타임 스탬프가 있는 센서 판독값과 비교했습니다.

신생아들 사이에서 테스트는 3가지 다른 단계에서 수행되었으며, 모든 단계에서 면과 미세공 접착제로 상부 상복부에 장치를 고정했습니다. 첫 번째 단계에서 산후병동에 있는 초기 신생아기의 건강한 아기(n=3)는 디지털 온도계로 1시간 동안 5분마다 겨드랑이 온도 판독값을 측정하고 센서 판독값과 비교했습니다. 두 번째 단계에서는 NICU에서 아프지만 안정된 신생아(n=10)를 모집했습니다. 그들은 센서 장치 옆에 있는 상복부에 온도 탐침이 고정된 복사 온열기 아래에 있었기 때문에 온열기 패널에서 1시간 동안 5분마다 측정한 값을 센서 값과 비교했습니다. 그러나이 모든 아기는 복사 온열기 아래에서 좁은 정상 범위 내에서 체온을 유지했기 때문에 출생 질식으로 인한 저산소성 허혈성 뇌병증 (HIE)이 있고 치료 전신 냉각 치료를 받고있는 아픈 영아 1 명을 포함했습니다. 이것은 치료의 냉각 및 재가열 단계 동안 33°에서 34°C 범위의 판독값 비교를 용이하게 했습니다. 온열기 패널에서 1시간 동안 5분마다 취한 복사 온열 프로브 판독값을 센서 판독값과 비교했습니다.

정의 안전: 웨어러블 센서 장치에 대한 부작용 보고 및 해결 프로토콜이 제정되었습니다. 이를 통해 유해 사례의 수와 심각도뿐만 아니라 개별 임상 관리뿐만 아니라 장치 설계 변경에 대한 피드백도 캡처할 수 있었습니다. 기록할 부작용은 피부염, 감염, 열상, 방사선 손상, 장치 누출/파열 등이었습니다.

정확도: 장치에 의해 기록된 온도를 임상 실습에서 일상적으로 사용되는 다른 측정값과 비교하여 추정했습니다. 산후병동에 있는 산모와 건강한 아기의 경우 장치 온도와 디지털 온도계에서 읽은 겨드랑이 온도를 비교했습니다(신호음 후 판독값이 안정화되면 일반적으로 3분 후). NICU에 있는 신생아의 경우 타임 스탬프가 찍힌 장치 ​​온도와 보정된 복사 온열기(Phoenix Medical Systems Private Limited, 인도 첸나이 또는 Zeal Medical Ltd, 인도 뭄바이)의 제어 패널에서 얻은 피부 탐침 온도를 비교했습니다.

통계 분석: 평균 [+/- 표준 편차(S.D.)]는 산모와 신생아에서 기록된 한 쌍의 판독값 세트에 대해 계산되었고 평균 차이가 얻어졌습니다. 두 가지 다른 방법 간의 유의성을 테스트하기 위해 쌍체 t-테스트를 ​​사용했습니다.

윤리: 이 연구에 대한 윤리 승인은 St John's Institutional Ethics Review Board(IERB #59/2011, 2011년 3월 15일 및 # 125/2014, 2014년 8월 16일)에서 획득했습니다. 임상 시험은 인도 임상 시험 등록부(CTRI/2015/05/005779)에 등록되었습니다. 모든 참가자/간병인으로부터 사전 동의를 얻었습니다.