Fjernbiomonitorering (RBM) for temperaturovervåking av mødre og nyfødte: preklinisk og klinisk evaluering

Studiemiljø: St John's Medical College Hospital, Bangalore, et 1300-sengers, tertiærsykehus med 2500 forløsninger per år og en barnehage på nivå 3 som tar seg av 1000 nyfødte (inborn: outborn ratio = 2:1) i neonatal omsorgsintensivavdeling (NICU) årlig, hvorav en tredjedel er lav fødselsvekt og en femtedel er premature.

Valg av sted for temperaturmåling hos voksen og nyfødt: Hos den voksne ble overarmen valgt for kontinuerlig overvåking. Mens i den nyfødte abdominal hudtemperatur ble valgt. I tillegg til å være nær leveren, et metabolsk-aktivt organ som letter en måling nær kjernetemperaturen, er det også en ikke-invasiv metode som er stødig, kontinuerlig, enkel å bruke og behagelig for spedbarnet.

Innovation Pathway: USAID 2006 Innovation Pathway-modellen ble tatt i bruk og den inkorporerte fire trinn fra forskning til feltimplementering - (1) prioriteringsfase og produktdesign (2) produktutvikling og proof-of-concept (3) produktintroduksjon og ( 4) feltimplementering. Som en del av trinn 1, undertrinnene til (a) problemidentifikasjon (epidemiologisk/teknologisk/sosial/økonomisk, etc), (b) kritisk gjennomgang av temperaturmåleenheter og andre problemer (temperatursensorer eller termistorer) , problemer med måling av kjernetemperatur osv.), og (c) bestemmelse av nisje for denne enheten i forhold til andre enheter gjennom horisontskanning.

Epidemiologisk belastning av hovedårsakene til mødre- og nyfødtdødelighet og sykelighet ble gjennomgått som et første skritt. En teknologisk gjennomgang avslørte at enheten som skulle festes til moren eller nyfødte for å oppdage vitale tegn måtte være et utstyr av medisinsk kvalitet med ekstremt høy sikkerhetsprofil. Videre måtte den forbli funksjonell i situasjoner som tilsmussing eller fukting av den nyfødte, og også fortsette å jobbe i forskjellige områder med varierende befolkningstetthet samt bygninger. Flere enheter som ThermoSpot®, en temperatursensor-tag og eksterne infrarød-baserte instrumenter ble evaluert. Sosial gjennomgang avslørte at en sensor som kontinuerlig ble festet på kroppen i lange perioder, ikke var ulik den til talismaner festet rundt armene til voksne eller rundt halsen/midjen til barn og derfor kanskje ikke er for ubehagelig for familier. En økonomisk gjennomgang avslørte at for at enheten skal brukes mye, spesielt av lavinntektsbefolkninger, må den være en rimelig enhet. Gjennomføringsgjennomgang fokuserte på mulig bruk og bruk av en slik enhet i landlige, urbane og slumsamfunn.

Konseptuelt rammeverk: Det konseptuelle rammeverket for fjernovervåking besto av fem komponenter: (1) en rimelig, bærbar sensoretikett; (2) en gateway-enhet som fungerer som en kommunikasjonsforbindelse med ultra-lav-effekt 'sanntid'; (3) piggy-backing på et kommersielt mobilkommunikasjonsnettverk; (4) smart dataanalysesystem; og (5) tilbakemeldingssløyfe til omsorgspersonen eller helsepersonell i frontlinjen. Dette rammeverket skulle utformes, utformes, prototypes og utvikles til et medisinsk utstyr i klasse A med laveste risikonivå i henhold til Medical Device Regulatory Authority i India, med tanke på at sluttproduktet skulle muliggjøre grunnsetninger om god omsorgskvalitet (QoC), nemlig effektivitet, aktualitet, sikkerhet, menneskesentrerthet og rettferdighet.

Krav til komponenter To nøkkelkrav til sensoren på kroppen var sikkerhet og nøyaktighet. Gitt skjørheten til den nyfødte huden, måtte enheten være hypoallergen, eksplosjons-/lekkasjesikker, forårsake minimale infeksjoner og spre minimalt med varme eller ultra-lav strøm, ikke-ioniserende elektromagnetisk stråling. nLimet som brukes til å feste enheten til huden, bør på samme måte forårsake minimal "medisinsk limrelatert hudskade" (MARSI), allergi eller infeksjoner. Enhetens nøyaktighet ble målrettet til å være +/-0,2°C under in vitro-forhold og +/-0,5°C i faktisk klinisk praksis. Andre mekaniske krav til enheten var: lang batterilevetid opptil 28 dager (med prøvetakingsfrekvens på 5 minutter); robusthet (uten feil ved å komme i kontakt med kroppsvæsker som svette, blod, urin, avføring osv.); minst 'inntrengningsbeskyttelsesklasse 67' (støvtett og vanntett); menneskesentrert og estetisk design for ikke-påtrengende effekt over langvarig bruk; og evne til å motstå milde støt eller vibrasjoner; og at enheten ikke skal tilbakestilles ved et uhell. Det var også et krav om at enheten skulle lagre data lokalt og kommunisere med en gatewayenhet for videre overføring av data via det konfigurerte mobilnettverket.

Produktdesign og engineering: Basert på de kliniske kravene ble et foreløpig design utarbeidet og påfølgende designvalg gjennomgikk flere iterasjoner drevet av teknologiske evner og brukeranmeldelser. De bærbare sensorkabinettene var småsteinformede eller myntstabelformede med all elektronikk innebygd. Et batteri av tester (både mekaniske og elektriske) ble utført for å bekrefte enhetens ytelse, robusthet og pålitelighet. Etter flere runder med forhåndstesting ble designoptimalisering oppnådd.

Prototype og implementering: Detaljene til prototypesensorenheten er gitt andre steder. Kort fortalt besto sensormaskinvareplattformen, utviklet med et flerlags trykt kretskort, av en mikrokontroller (MCU) med integrert Bluetooth 4.0 Low Energy (BLE), en 12-bits ADC {Analog to Digital Converter} (CC2540 fra Texas Instruments ), en temperatursensor av NICU-grad med sin analoge front-end-krets, statuslysdioder {Light Emitting Diode}, strømforsyning og RF {Radio-Frequency} balun {en elektrisk enhet som konverterer mellom et balansert og ubalansert signal} sender filter og antenne for trådløs kommunikasjon over 2,4 GHz {gigahertz} ISM {Industrial Scientific and Medical}-båndet. Høypresisjons MF51E NTC termistorer med negativ temperaturkoeffisient med høy presisjon ble brukt for ekstremt nøyaktige temperaturmålinger. Det ble brukt en innebygd invertert F-antenne (IFA) med høyere effektivitet, lengre rekkevidde og en bredere båndbredde enn en brikkeantenne. Den hadde også en svært lav toleransemotstand som muliggjorde et lavt strømforbruk under både aktiv (150μA) og hvilemodus (1μA). Sensormaskinvaren var programmerbar i henhold til kravene. Et 3-volts myntbatteri drev enheten. Et babyvennlig kabinett ble laget av hypoallergen plast av medisinsk kvalitet.

Sensoren kommuniserte med en gateway-enhet (en smarttelefon eller en Raspberry pi) som deretter kunne videresende temperaturdata over en sikret internettryggrad levert av GPRS {General Packet Radio Service}/Wi-fi til en sentralisert database for lagring (nettfigur 3).

Faser av enhetstesting: De planlagte fasene av enhetstesting var pre-klinisk testing (i juni 2013) og kliniske utprøvingsfaser I& IIa {studier/pilotstudier designet for å demonstrere klinisk effekt eller biologisk aktivitet ('proof of concept'-studier)} for evaluering av sikkerhet og effekt i følgende rekkefølge: friske voksne frivillige (mai 2014); sunne mødre (januar-feb 2015); sunne babyer (februar 2015); stabile babyer på NICU (feb-mars 2015) og babyer med sykelighet som hypoksisk iskemisk encefalopati (mars 2015). Resultatene av den prekliniske testen i laboratoriemiljøet ble publisert tidligere. Kort fortalt var responstiden til sensorenheten for å oppnå termisk likevekt med omgivelsene 4 minutter sammenlignet med 3 minutter observert med et digitalt termometer med presisjonskvalitet brukt som referansestandard. Når det gjelder nøyaktighet, ble feilen beregnet til å være innenfor 0,1°C fra referansestandarden ved bruk av vannbad i temperaturområdet 25°C til 40°C. Detaljene i den kliniske fasen av testingen er skissert nedenfor.

Syv frittlevende friske voksne frivillige (menn = 2; kvinner = 5), uten kjente sykeligheter, var de første fasedeltakerne over en 7-dagers periode. Alle av dem hadde enhetene festet med et armbånd festet med borrelås på venstre overarm og ble invitert til å bidra med minst 24 timer med observasjoner samlet fra over en eller flere dager og rapportere eventuelle uønskede hendelser eller side. -effekter de opplevde. Parallelt noterte de også ned tidsbestemte aksillære temperaturavlesninger (minst 5 ganger i et 24-timers vindu) ved å bruke et digitalt termometer for sammenkoblede sammenligninger.

Testing hos friske postnatale mødre (n=11) ble først utført blant de med friske babyer på postnatalavdelingen og deretter blant mødre (n=7) med nyfødte innlagt på NICU. Enhetene ble festet til overarmene med armbånd festet med borrelås. Sammenkoblede avlesninger tatt hvert 5. minutt over en 1-times periode med et aksillært digitalt termometer ble sammenlignet med avlesningene til sensoren med dens tidsstempel.

Testing blant nyfødte ble utført i tre forskjellige faser, hvor alle enhetene ble festet med bomull og mikroporelim til øvre epigastrium. I den første fasen fikk friske babyer (n=3) i deres tidlige neonatale perioder på postnatalavdelingen sine aksillære temperaturavlesninger tatt hvert 5. minutt over en 1-times periode med et digitalt termometer og sammenlignet med sensoravlesningene. I andre fase ble syke, men stabile nyfødte (n=10) fra NICU rekruttert. De var under strålevarmeren med temperatursonden festet til øvre del av magen ved siden av sensorenheten, og derfor ble avlesningene tatt hvert 5. minutt over en 1-times periode fra varmepanelet sammenlignet med sensoravlesningene. Men siden alle disse babyene hadde holdt temperaturen innenfor et smalt normalområde under den strålende varmeren, inkluderte vi ett sykt spedbarn med hypoksisk iskemisk encefalopati (HIE) på grunn av fødselskvelning og som var på behandling med terapeutisk kjøling av hele kroppen. Dette gjorde det lettere å sammenligne avlesninger i området 33° til 34°C under avkjølings- og gjenoppvarmingsfasene av behandlingen. Avlesningene for strålevarmesonden tatt hvert 5. minutt over en 1-times periode fra varmepanelet ble sammenlignet med sensoravlesningene.

Definisjoner Sikkerhet: En rapportering av uønskede hendelser og oppløsningsprotokoll for de bærbare sensorenhetene ble innført. Dette gjorde det mulig å fange opp antall og alvorlighetsgrad av uønskede hendelser, så vel som den individuelle kliniske håndteringen, samt tilbakemelding for endringer i enhetsdesign. Bivirkninger som skulle registreres var: dermatitt, infeksjon, termisk skade, strålingsskade, enhetslekkasje/-utbrudd og andre.

Nøyaktighet: Av enheten ble estimert ved å sammenligne temperaturer registrert av enheten med andre målinger som rutinemessig brukes i klinisk praksis. For mødre og friske babyer i postnatale avdelinger, var sammenligningene mellom enhetens temperaturer versus aksillære temperaturer lest fra et digitalt termometer (når avlesningene stabiliserte seg etter pipetonen - vanligvis etter 3 minutter); for nyfødte i NICU var sammenligningene mellom de tidsstemplede enhetstemperaturene mot hudsondetemperaturer oppnådd fra kontrollpanelene til kalibrerte strålevarmere (Phoenix Medical Systems Private Limited, Chennai, India eller Zeal Medical Ltd, Mumbai, India).

Statistisk analyse: Gjennomsnittlig [+/-Standardavvik (S.D.)] ble beregnet for de parvise settene med avlesninger notert hos mødre og nyfødte, og gjennomsnittsforskjellene ble oppnådd. Paret t-test ble brukt for å teste signifikans mellom to ulike metoder.

Etikk: Etikkgodkjenning for studien ble innhentet fra St John's Institutional Ethics Review Board (IERB #59/2011 datert 15. mars 2011&# 125/2014 datert 16. august 2014). Den kliniske studien ble registrert hos Clinical Trials Registry of India (CTRI/2015/05/005779). Informert samtykke ble innhentet fra alle deltakere/omsorgspersoner.