낭성 섬유증과 기관지확장증에서 급성 폐 악화를 감지하기 위한 새로운 센서와 인공 지능 (NOVEL)

주요 연구 질문: 낭성섬유증(CF) 또는 비낭성섬유증 기관지확장증(비-CF 기관지확장증) 환자에서 임상적으로 명백해지기 전에 새로운 센서와 인공지능(AI)을 사용하여 급성 폐 악화(APE)를 감지할 수 있을까요?

배경: 기관지확장증은 기침과 객담 생산과 관련된 비정상적이며 보통 영구적인 기관지 확장으로 정의되는 임상 증후군입니다. 또한, 많은 환자들에게 질병의 일상 증상은 예측할 수 없는 증상 악화를 동반하며, 이는 정상적인 일상 변동보다 심각하고 급성 폐 악화(APE)라고 불립니다.

CF는 폐(및 다른 장기)에 두껍고 끈적거리는 분비물이 축적되어 심각하고 지속적인 세균 감염을 유발하는 생명 제한적 유전 질환입니다. CF는 상대적 안정 기간이 갑작스러운 임상 악화(APE로 알려짐)로 중단되는 특징을 가지며, 이는 폐 염증, 진행성 폐 손상 및 조기 사망을 유발합니다.

APE의 증상에는 객담 양 또는 색상 변화, 기침 증가, 호흡곤란 증가, 불쾌감, 피로 또는 무기력, 38°C 이상의 체온, 식욕부진 또는 체중 감소가 포함됩니다. 가슴의 신체 검사 변화, 폐 기능 감소 및/또는 폐 감염을 나타내는 방사선학적 변화도 관찰될 수 있습니다.

APE는 환자 결과에 상당한 영향을 미칩니다. 심각한 APE는 폐 기능 저하 가속과 관련이 있으며, 빈번한 APE를 겪는 환자, 특히 연간 3회 이상 APE를 경험하는 환자는 삶의 질이 더 나쁘고, 더 빈번한 입원, 5년간 증가된 사망률을 보입니다. APE는 또한 의료 비용의 주요 원인입니다.

CF 및 비-CF 기관지확장증 환자는 약물 및 흉부 물리치료를 포함한 큰 치료 부담을 가질 수 있습니다. 이는 하루 중 몇 시간을 차지하여 가정 및 직장 생활에 영향을 미칠 수 있습니다. 요약하면, 치료의 주요 목표는 APE 빈도를 줄이고 악화를 더 일찍 감지하는 것입니다.

목적: 이 연구의 목적은 CF 또는 비-CF 기관지확장증 환자의 건강 상태 감지를 지원하거나 개선하기 위해 다양한 새로운 센서의 잠재적 사용을 탐구하는 것입니다. 중점은 APE의 발병 및 진행을 식별하는 데 있습니다.

근거: 현재 APE 진단은 환자가 보고한 기저 증상 변화와 동반된 폐활량 측정 매개변수 감소에 크게 의존합니다. 그러나 CF 환자(PwCF) 및 비-CF 기관지확장증 환자는 필연적으로 일상적인 증상 변동을 경험합니다. 환자와 의사 모두에게 이러한 정상적 변동과 APE를 예고하는 변동을 구별하는 것은 폐 건강 보존에 중요합니다.

팀의 이전 국가 타당성 연구 SmartCareCF(REC 14/EE/1244)의 가정 모니터링 데이터(예: 폐활량 측정, 맥박 산소 측정, 활동, 심박수 등)와 자가 보고 설문 응답(예: 일반 웰빙, 기침, 수면 질)을 결합하여, 기존 치료보다 평균 10일 더 일찍 임박한 급성 폐 악화(APE) 가능성을 예측할 수 있는 인공지능(AI) 기반 예측 알고리즘 프로토타입이 개발되었습니다.

이전 연구(Telemed; REC12/EE/0462, Project Breathe; REC 18/NI/0215 및 SmartCare-CF)는 다음과 같은 점을 강조했습니다:

1. 임박한 임상 악화를 식별하는 AI 기반 예측 알고리즘을 구현하기 위한 고주파 모니터링의 중요성

2. 데이터 수집의 용이성을 개선하고 환자의 치료 부담을 줄이기 위해 '능동적' 감지 기술에서 '수동적' 감지 기술로 전환할 필요성

   현재 목표는 환자 부담을 더욱 줄이고 APE 감지를 위한 새로운 기술을 조사하기 위해 다양한 새로운 센서를 시험하여 APE 시작부터 끝까지 신호 변화가 나타나는지 확인하는 것입니다. 그러면 현재 필요할 수 있는 많은 가정 모니터링 장비 대신 하나 이상의 이러한 센서만으로 APE 발병을 감지하고 치료 반응을 모니터링할 수 있습니다. 심박수, 체온, 기침과 같은 생리적 매개변수를 측정하는 OMED(Owlstone), ARIA 및 ANNE(Sibel)이라는 여러 새로운 센서가 시험될 것입니다.

   연구 설계: 이는 단일 기관, 관찰적, 전향적 코호트, 타당성, 우산 연구입니다. 이는 일상적인 임상 진료에 영향을 주지 않는 비파괴적으로 실행되도록 설계되었습니다. CF 또는 비-CF 기관지확장증 환자는 Royal Papworth Hospital NHS Foundation Trust(RPH)의 Lung Defence 및 Cystic Fibrosis 전문 센터에서 등록됩니다.

   총 50명의 참가자가 2년 동안 모집될 예정입니다.

   새로운 센서는 APE 시작, 정맥 내(IV) 항생제 치료, 그리고 기저 상태로 돌아가는 과정에서 신호 변화가 있는지 확인하기 위해 시험될 것입니다. 참가자는 하나 이상의 새로운 센서를 시험할 수 있습니다. 참가자는 시험할 새로운 센서를 선택할 수 있습니다(적격한 경우).

   참가자는 APE에 대한 IV 항생제 치료 과정 동안 매일 새로운 센서를 착용하거나 사용할 것입니다. 참가자는 또한 매일 기침과 웰빙 점수를 11점 리커트 척도로 전자 방식이나 종이에 기록하도록 요청받을 것이며, 이는 참가자 선호도에 따라 다릅니다. 기침은 0-10점(0: 기침 없음, 10: 최대 기침)으로 점수가 매겨지고, 웰빙은 0-10점(0: 가장 건강하지 않음, 10: 가장 건강함)으로 점수가 매겨집니다.

   IV 항생제 종료 후 2주 내에 또 다른 APE가 발생하고 추가 IV 항생제 치료가 필요한 경우, 센서는 IV 항생제 치료가 끝날 때까지 계속 사용되거나 착용될 것입니다.

   주요 결과: APE에 대한 IV 항생제 치료 시작과 끝 사이의 생리적 매개변수 측정(센서 종속) 변화.

   부차적 결과: APE에 대한 IV 항생제 치료 시작과 끝 사이의 기침 및 웰빙 점수 변화.

   주요 종점: IV 항생제 치료 시작부터 끝까지 생리적 매개변수(센서 종속)의 평균 절대 변화.

   부차적 종점:

   • IV 항생제 치료 첫날과 마지막 날 사이의 1초간 노력성 호기량 예측치(FEV1%)로 측정된 폐 기능 변화.
   • IV 항생제 치료 첫날과 마지막 날 사이의 기침 및 웰빙 점수 변화. 기침 및 웰빙 점수는 참가자가 11점 리커트 척도로 주관적으로 점수를 매깁니다. 기침의 경우 점수가 높을수록 참가자가 더 많이 기침합니다. 웰빙의 경우 점수가 높을수록 참가자가 더 건강하다고 느낍니다.

   표본 크기 및 데이터 분석: 표본 크기는 테스트 중인 센서에 따라 달라집니다. 이러한 새로운 센서는 CF 또는 비-CF 기관지확장증 인구에서 이전에 테스트된 적이 없습니다. 목표는 센서의 유용성이 테스트되었는지 확인하기에 충분한 참가자를 모집하여 더 큰 연구가 필요할 수 있는지 여부를 결정할 수 있도록 하는 것입니다.

   통계 분석: 모든 데이터 수집, 즉 심박수와 같은 생리적 매개변수는 다양한 통계 및 기계 학습 기술을 사용하여 공동 분석될 것입니다. 참가자는 연구를 위해 익명화된 ID가 할당됩니다. 식별 가능한 정보는 핵심 NHS 임상 연구 팀 외부에서 공유되지 않습니다.

   연구에서 생성된 데이터는 다음과 같이 분석될 것입니다:

   • 연결-익명화된 생리적 데이터는 University of Cambridge와 센서 회사(데이터 공유 계약 체결)에 의해 분석될 것입니다.
   • 연결-익명화된 임상 데이터는 임상 연구 팀, RPH 및 University of Cambridge와 센서 회사(데이터 공유 계약 체결)에 의해 분석될 것입니다.
   • 연결-익명화된 기침 및 웰빙 데이터는 임상 연구 팀 RPH 및 University of Cambridge 센서 회사(데이터 공유 계약 체결)에 의해 분석될 것입니다.

   통계 분석 방법론에는 표준 다변량 분석, 선형 및 비선형 회귀 분석이 포함될 것입니다.

   모집: 모집은 2년 동안 진행되며, 참가자는 최대 5주 동안 연구에 참여할 것입니다(IV 항생제 반복 또는 장기 치료가 필요한 경우 제외). APE는 Hill Criteria를 사용하여 정의될 것입니다

   Hill Criteria

   기관지확장증 환자가 다음 주요 증상 중 3가지 이상에서 최소 48시간 동안 악화를 보이는 경우:

   1. 기침
   2. 객담 양 및/또는 점도
   3. 객담 화농성
   4. 호흡곤란 및/또는 운동 내성
   5. 피로 및/또는 불쾌감
   6. 객혈 AND 의사가 항생제 치료가 필요하다고 판단하는 경우

   동의 과정 및 방문 일정 연구 방문 각 참가자는 연구 식별자와 번호가 할당됩니다. 연구 번호는 순차적으로 할당됩니다. 각 참가자는 센서 앱 사용 시 익명성을 보장하기 위해 익명 이메일 계정을 가질 것입니다.

   임상 연구 팀은 등록 중 일상 임상 진료 기록에서 REDCap에 다음 참가자별 연구 정보를 기록할 것입니다.

   • 연구 시작 날짜
   • 동의 날짜 및 상태
   • 생년월일
   • 나이
   • 출생 시 생물학적 성별
   • 인종
   • 연구 시작 시 키
   • 연구 시작 시 체중
   • APE 발병이 기록되며 Hill Criteria에 따른 증상도 문서화될 것입니다.
   • APE IV 항생제 치료 시작과 끝에서의 FEV1 % 예측치 및 L.
   • 연구 시작 시 미생물 상태
   • 연구 시작 시 정기적 약물
   • 연구 중 미생물 배양 결과
   • 연구 중 IV 항생제 일수.
   • 연구 중 경구 항생제 일수(임상 진료 기록 및 참가자 보고).
   • 연구 시작 시 일반적 APE 치료
   • APE IV 항생제 치료 시작과 끝에서의 C-반응성 단백질(CRP) 및 백혈구 수(WBC) 수준.

   키, 체중, FEV1 % 예측치 및 L, CRP 및 WBC는 시작 날짜에 사용 가능하지 않은 경우 참가자가 연구를 시작하기 최대 2주 전에 측정된 값에서 확인될 수 있습니다.

   FEV1 % 예측치 및 리터(L), C-반응성 단백질(CRP) 및 백혈구 수(WBC)는 종료 날짜에 사용 가능하지 않은 경우 참가자가 연구를 종료한 후 최대 2주 동안 기록된 값에서 확인될 수 있습니다.

   연구 전 2주 및/또는 연구 후 2주 내에 폐활량 측정 결과가 없는 경우, 임상 연구 팀은 수동으로 이 검사를 수행하여 폐활량 측정 결과를 수집할 수 있습니다.

   • APE 치료 전 2주 동안 기록된 무작위 혈당, 경구 포도당 내성 검사 또는 익명화된 연속 혈당 모니터링 보고서에서의 혈당 수준 및 APE 치료 중 기록된 혈당 수준.

   • 연구 중 장비 기술적 문제에 대한 연락 횟수 위 매개변수는 정상 임상 진료의 일부로 일상적으로 수집됩니다.

   모든 참가자는 센서 설정 및 사용 방법과 참가자 기침 및 웰빙 점수 기록 방법을 배우게 될 것입니다.

   정보제공 동의 절차

   • 서면 정보제공 동의는 임상 팀 또는 임상 연구 팀 구성원이 환자가 충분한 시간(최소 1시간) 동안 환자 정보 시트를 읽고, 시험을 고려하며, 질문할 수 있는 적절한 시간이 경과한 후 얻어질 것입니다.

   • 각 대상자는 연구 참여가 자발적이며 동의 철회가 이후 의료 치료에 영향을 미치지 않을 것임을 통보받을 것입니다.

   • 대상자는 연구 참여 첫 4주 동안 철회(또는 철회된) 경우 대체될 수 있습니다. 참가자는 연구자의 의학적 이유로 철회될 수 있습니다.

   • 참가자는 연구 중 임상 연구 팀에 의해 참가자 선호도에 따라 전화/이메일 또는 병원 방문(대면 또는 가상) 중에 연락을 받을 것입니다. 이는 매일 기침 및 웰빙 점수 기록이 이루어지고 있는지 확인하고 매일 센서 사용에 문제가 없는지 확인하기 위함입니다.

   추적 방문 참가자는 연구별 추적 방문에 참석할 필요가 없습니다.

   데이터 수집 양식 작성 연구자는 데이터 수집 양식(DCF) 및 후원자, 자금 지원자, 연구 개발(R & D) 및 연구 윤리 위원회와 같은 모든 필요한 보고서에 기록된 데이터의 정확성, 완전성, 가독성 및 적시성을 보장해야 합니다.

   원본 문서

   • 임상 연구 데이터는 University of Cambridge에서 호스팅하는 REDCap(Research Electronic Data Capture) 전자 데이터 캡처 도구를 사용하여 수집 및 관리됩니다. REDCap는 ISO:27001 인증 '안전한 보관소'를 제공하는 Clinical School Secure Data Hosting Service(SDHS)에 호스팅됩니다. N3 호환 네트워크 공급자만 사용되며 접근은 비밀번호로 보호됩니다.
   • 연구의 모든 참가자는 고유 식별자(UID)를 받게 됩니다. 모든 연구 평가 데이터는 개인 식별 가능 데이터와 별도로 저장되며 연구 목적으로 접근 가능한 데이터의 익명성을 유지하기 위해 UID를 통해 참조됩니다.

   모니터링 및 감사

   • 프로젝트 데이터는 Trust 정책에 따라 연구 책임자에 의해 모니터링될 것입니다. 이 연구의 경우 처음 10개의 동의서가 모니터링되며, 추가 모니터링은 필요하다고 판단되는 경우에만 수행될 것입니다. 프로젝트 데이터는 분기별로 연구 책임자에 의해 모니터링될 것입니다.

   부작용 및 심각한 부작용 이러한 연구는 관찰적이고 비개입적이며 HRA 기준을 충족하지 않아 심각한 사건 보고가 필요하지 않으므로, 이 연구에서는 Sibel 접착제 모니터링을 제외하고는 보고되지 않을 것입니다.