Remote Biomonitoring (RBM) voor temperatuurbewaking van moeders en pasgeborenen: preklinische en klinische evaluatie

Studiesetting: St John's Medical College Hospital, Bangalore, een ziekenhuis voor tertiaire zorg met 1300 bedden, 2500 bevallingen per jaar en een kinderdagverblijf van niveau 3 dat zorgt voor 1000 pasgeborenen (verhouding aangeboren: geborene = 2:1) in de neonatale zorgintensieve afdeling (NICU), van wie een derde een laag geboortegewicht heeft en een vijfde te vroeg geboren is.

Keuze van de plaats van temperatuurmeting bij volwassene en pasgeborene: Bij de volwassene werd de bovenarm geselecteerd voor continue bewaking. Terwijl bij de pasgeborene de buikhuidtemperatuur werd geselecteerd. Het is niet alleen dicht bij de lever, een metabolisch actief orgaan dat een meting dicht bij de kerntemperatuur mogelijk maakt, maar het is ook een niet-invasieve methode die stabiel, continu, gebruiksvriendelijk en comfortabel is voor het kind.

Innovation Pathway: Het USAID 2006 Innovation Pathway-model werd aangenomen en het omvatte vier stappen van onderzoek tot veldimplementatie - (1) fase van prioriteitstelling en productontwerp (2) productontwikkeling en proof-of-concept (3) productintroductie en ( 4) implementatie in het veld. Als onderdeel van stap 1, de substappen van (a) probleemidentificatie (epidemiologisch/technologisch/sociaal/financieel, enz.), (b) kritische beoordeling van temperatuurmeetapparatuur en andere problemen (temperatuursensoren of thermistors problemen met het meten van de kerntemperatuur van het lichaam, enz.), en (c) bepaling van de niche van dit apparaat ten opzichte van andere apparaten door middel van horizonscanning.

Epidemiologische belasting van de belangrijkste oorzaken van maternale en neonatale mortaliteit en morbiditeit werd beoordeeld als een eerste stap. Een technologische evaluatie onthulde dat het apparaat dat aan de moeder of pasgeborene moest worden vastgemaakt voor detectie van vitale functies, een apparaat van medische kwaliteit moest zijn met extreem hoog veiligheidsprofiel. Verder moest het functioneel blijven in situaties zoals vervuiling of bevochtiging door de pasgeborene, en ook blijven werken in verschillende gebieden met verschillende bevolkingsdichtheden en in gebouwen. Verschillende apparaten, zoals de ThermoSpot®, een temperatuursensortag en op infrarood gebaseerde instrumenten op afstand, werden geëvalueerd. Uit sociaal onderzoek bleek dat een sensor die gedurende lange perioden continu op het lichaam werd vastgemaakt niet veel verschilde van die van talismannen die om de armen van volwassenen of om de nek/taille van kinderen worden vastgemaakt en daarom misschien niet al te onaangenaam is voor gezinnen. Uit een financiële beoordeling bleek dat het apparaat, wil het op grote schaal worden gebruikt, vooral door mensen met lage inkomens, een goedkoop apparaat moet zijn. De evaluatie van de implementatie was gericht op de mogelijke acceptatie en het gebruik van een dergelijk apparaat in landelijke, stedelijke en sloppenwijken.

Conceptueel raamwerk: Het conceptuele raamwerk voor bewaking op afstand bestond uit vijf componenten: (1) een goedkope, draagbare sensortag; (2) een gateway-apparaat dat fungeert als een 'real-time' communicatieverbinding met ultralaag vermogen; (3) meeliften op een commercieel cellulair communicatienetwerk; (4) slim gegevensanalysesysteem; en (5) terugkoppeling naar de zorgverlener of eerstelijnsgezondheidswerker. Dit raamwerk moest worden bedacht, ontworpen, geprototypeerd en ontwikkeld tot een medisch hulpmiddel van klasse A met het laagste risiconiveau volgens de Medical Device Regulatory Authority of India, rekening houdend met het feit dat het eindproduct principes van goede Quality of Care (QoC) mogelijk moet maken, namelijk effectiviteit, tijdigheid, veiligheid, mensgerichtheid en rechtvaardigheid.

Eisen aan componenten Twee belangrijke eisen aan de 'on-body'-sensor waren veiligheid en nauwkeurigheid. Gezien de kwetsbaarheid van de pasgeboren huid, moest het apparaat hypoallergeen zijn, barst-/lekvrij, minimale infecties veroorzaken en minimale warmte of ultralaag vermogen, niet-ioniserende elektromagnetische straling afvoeren. nDe lijm die wordt gebruikt om het apparaat op de huid te bevestigen, zou op dezelfde manier minimale 'medische lijmgerelateerde huidbeschadiging' (MARSI), allergie of infecties moeten veroorzaken. De nauwkeurigheid van het apparaat was gericht op +/- 0,2 °C in in-vitro-omstandigheden en +/- 0,5 °C in de praktijk. Andere mechanische vereisten voor het apparaat waren: lange batterijduur tot 28 dagen (met een meetfrequentie van 5 minuten); robuustheid (zonder enige storing bij het in contact komen met lichaamsvloeistoffen zoals zweet, bloed, urine, ontlasting etc.); minimaal 'ingress protection class 67' (stof- en waterdicht); mensgericht en esthetisch ontwerp voor niet-intrusiviteit bij langdurig gebruik; en het vermogen om lichte schokken of trillingen te weerstaan; en dat het apparaat niet per ongeluk opnieuw moet worden ingesteld. Er was ook een vereiste voor het apparaat om gegevens lokaal op te slaan en te communiceren met een gateway-apparaat voor verdere overdracht van gegevens via het geconfigureerde mobiele netwerk.

Productontwerp en -engineering: op basis van de klinische vereisten werd een voorlopig ontwerp samengesteld en de daaropvolgende ontwerpkeuzes ondergingen meerdere iteraties, gedreven door technologische mogelijkheden en gebruikersrecensies. De draagbare sensorbehuizingen waren kiezelvormig of stapelvormig met alle elektronica erin ingebed. Er is een reeks tests (zowel mechanisch als elektrisch) uitgevoerd om de prestaties, robuustheid en betrouwbaarheid van het apparaat te bevestigen. Na verschillende pre-testrondes werd het ontwerp geoptimaliseerd.

Prototype en implementatie: De details van het prototype van het sensorapparaat worden elders gegeven. Kort gezegd bestond het sensorhardwareplatform, ontwikkeld met behulp van een meerlaagse printplaat, uit een microcontroller (MCU) met geïntegreerde Bluetooth 4.0 Low Energy (BLE), een 12-bits ADC {Analog to Digital Converter} (CC2540 van Texas Instruments ), een temperatuursensor van NICU-kwaliteit met zijn analoge front-end circuit, status-LED's {Light Emitting Diode}, voeding en RF {Radio-Frequency} balun {een elektrisch apparaat dat converteert tussen een gebalanceerd en ongebalanceerd signaal} zendt filter en antenne voor draadloze communicatie over 2,4 GHz {gigahertz} ISM {Industrial Scientific and Medical} band. Er werden zeer nauwkeurige MF51E NTC-thermistors (high precision negatieve temperatuurcoëfficiënt) gebruikt voor uiterst nauwkeurige temperatuurmetingen. Er werd een ingebedde Inverted F-antenne (IFA) gebruikt met een hogere efficiëntie, een groter bereik en een grotere bandbreedte dan een chipantenne. Het had ook een weerstand met een zeer lage tolerantie, waardoor een laag stroomverbruik mogelijk was tijdens zowel de actieve (150μA) als de slaapstand (1μA). De sensorhardware was programmeerbaar volgens de vereisten. Een 3-volt knoopcelbatterij voedde het apparaat. Een babyvriendelijke behuizing is gemaakt van hypoallergene kunststoffen van medische kwaliteit.

De sensor communiceerde met een gateway-apparaat (een smartphone of een Raspberry pi) die vervolgens de temperatuurgegevens kon doorgeven via een beveiligde internet-backbone die wordt geleverd door GPRS {General Packet Radio Service}/Wi-fi naar een gecentraliseerde database voor opslag (webfiguur 3).

Fasen van het testen van hulpmiddelen: De geplande fasen van het testen van hulpmiddelen waren preklinische testen (in juni 2013) en klinische proeffasen I& IIa {studies/pilootstudies ontworpen om klinische werkzaamheid of biologische activiteit aan te tonen ('proof of concept'-onderzoeken)} voor evaluatie van veiligheid en werkzaamheid in de volgende volgorde: gezonde volwassen vrijwilligers (mei 2014); gezonde moeders (jan-feb 2015); gezonde baby's (februari 2015); stabiele baby's in de NICU (feb-mrt 2015) en baby's met morbiditeiten zoals hypoxische ischemische encefalopathie (mrt 2015). De resultaten van de preklinische testen in laboratoriumsetting zijn eerder gepubliceerd. In het kort, de reactietijd van het sensorapparaat om thermisch evenwicht met de omgeving te bereiken was 4 minuten vergeleken met 3 minuten waargenomen met een digitale thermometer van precisiekwaliteit die als referentiestandaard werd gebruikt. In termen van nauwkeurigheid werd berekend dat de fout binnen 0,1 °C van de referentiestandaard lag bij gebruik van waterbaden in het temperatuurbereik van 25 °C tot 40 °C. De details van de klinische testfase worden hieronder beschreven.

Zeven vrijlevende gezonde volwassen vrijwilligers (mannetjes = 2; vrouwtjes = 5), zonder bekende morbiditeit, waren de deelnemers aan de eerste fase gedurende een periode van 7 dagen. Ze hadden allemaal de apparaten vastgemaakt met een armband die was vastgemaakt met Velcro®-tape aan hun linkerbovenarmen en werden uitgenodigd om ten minste 24 uur aan observaties bij te dragen die gedurende een of meer dagen waren verzameld en eventuele bijwerkingen of bijwerkingen te melden. -effecten die ze hebben ervaren. Tegelijkertijd noteerden ze ook getimede okseltemperatuurmetingen (minstens 5 keer in een tijdsbestek van 24 uur) met behulp van een digitale thermometer voor gepaarde vergelijkingen.

Testen bij gezonde postnatale moeders (n=11) werd eerst uitgevoerd bij degenen met gezonde baby's op de postnatale afdeling en daarna bij moeders (n=7) met pasgeborenen die op de NICU waren opgenomen. De apparaten werden op hun bovenarmen vastgemaakt met een armband die was vastgemaakt met klittenband®. Gepaarde metingen die elke 5 minuten gedurende een periode van 1 uur met een digitale axillaire thermometer werden uitgevoerd, werden vergeleken met de metingen van de sensor met zijn tijdstempel.

Het testen onder pasgeborenen werd uitgevoerd in drie verschillende fasen, waarbij de apparaten allemaal met katoen en microporiënlijm aan de bovenste overbuikheid werden vastgemaakt. In de eerste fase werd bij gezonde baby's (n=3) in hun vroege neonatale periode op de postnatale afdeling elke 5 minuten de okseltemperatuur gemeten gedurende een periode van 1 uur met een digitale thermometer en vergeleken met de sensorwaarden. In de tweede fase werden zieke maar stabiele neonaten (n=10) van de NICU geworven. Ze bevonden zich onder de stralingsverwarmer met de temperatuursonde bevestigd op de bovenbuik naast het sensorapparaat en dus werden de metingen die elke 5 minuten gedurende een periode van 1 uur van het verwarmingspaneel werden gedaan, vergeleken met de sensoruitlezingen. Maar aangezien de temperatuur van al deze baby's onder de stralingsverwarmer binnen een smal normaal bereik werd gehouden, namen we één zieke baby op met hypoxische ischemische encefalopathie (HIE) als gevolg van verstikking bij de geboorte en die werd behandeld met therapeutische koeling van het hele lichaam. Dit vergemakkelijkte de vergelijking van metingen in het bereik van 33° tot 34°C tijdens de afkoel- en opwarmfasen van de behandeling. De aflezingen van de stralingsverwarmersonde die elke 5 minuten gedurende een periode van 1 uur vanaf het warmere paneel werden genomen, werden vergeleken met de sensoraflezingen.

Definities Veiligheid: Er is een protocol voor het melden en oplossen van ongewenste voorvallen ingesteld voor de draagbare sensorapparaten. Dit maakte het mogelijk om het aantal en de ernst van bijwerkingen vast te leggen, evenals het individuele klinische beheer, evenals feedback voor wijzigingen in het ontwerp van het apparaat. Bijwerkingen die moesten worden geregistreerd, waren: dermatitis, infectie, thermisch letsel, stralingsletsel, lekkage/barsten van het apparaat en andere.

Nauwkeurigheid: van het apparaat werd geschat door de door het apparaat geregistreerde temperaturen te vergelijken met andere metingen die routinematig in de klinische praktijk worden gebruikt. Voor moeders en gezonde baby's op postnatale afdelingen waren de vergelijkingen tussen de temperatuur van het apparaat versus de okseltemperatuur die werd afgelezen van een digitale thermometer (zodra de waarden waren gestabiliseerd na de piep - meestal na 3 minuten); voor pasgeborenen in de NICU waren de vergelijkingen tussen de apparaattemperaturen met tijdstempel en de temperaturen van de huidsonde verkregen uit de bedieningspanelen van gekalibreerde stralingsverwarmers (Phoenix Medical Systems Private Limited, Chennai, India of Zeal Medical Ltd, Mumbai, India).

Statistische analyse: gemiddelde [+/-standaarddeviatie (SD)] werd berekend voor de gepaarde meetreeksen die werden genoteerd bij moeders en pasgeborenen en de gemiddelde verschillen werden verkregen. Gepaarde t-test werd gebruikt voor het testen van significantie tussen twee verschillende methoden.

Ethiek: Ethische goedkeuring voor de studie werd verkregen van de St John's Institutional Ethics Review Board (IERB #59/2011 van 15 maart 2011 en 125/2014 van 16 augustus 2014). De klinische proef is geregistreerd bij de Clinical Trials Registry of India (CTRI/2015/05/005779). Geïnformeerde toestemming werd verkregen van alle deelnemers / verzorgers.