Biomonitoramento remoto (RBM) para vigilância de temperatura de mães e recém-nascidos: avaliação pré-clínica e clínica

Cenário do estudo: St John's Medical College Hospital, Bangalore, um hospital terciário de 1.300 leitos com 2.500 partos por ano e um berçário de nível 3 que cuida de 1.000 recém-nascidos (relação congênito: outborn = 2:1) no período neonatal unidade de cuidados intensivos (NICU) anualmente, um terço dos quais são de baixo peso ao nascer e um quinto são prematuros.

Escolha do local de medição da temperatura em adultos e recém-nascidos: No adulto, a parte superior do braço foi selecionada para monitoramento contínuo. Enquanto no recém-nascido a temperatura da pele abdominal foi selecionada. Além de estar próximo ao fígado, órgão metabolicamente ativo que facilita a medição próxima à temperatura central, é também um método não invasivo, estável, contínuo, fácil de usar e confortável para o lactente.

Caminho da Inovação: O modelo Caminho da Inovação USAID 2006 foi adotado e incorporou quatro etapas desde a pesquisa até a implementação de campo - (1) fase de definição de prioridades e design do produto (2) desenvolvimento do produto e prova de conceito (3) introdução do produto e ( 4) implementação de campo. Como parte da etapa 1, as subetapas de (a) identificação do problema (epidemiológica/tecnológica/social/financeira, etc.), (b) revisão crítica dos dispositivos de medição de temperatura e outras questões (sensores de temperatura ou termistores , problemas de medição da temperatura corporal central, etc.) e (c) determinação do nicho deste dispositivo em relação a outros dispositivos por meio da varredura do horizonte.

A carga epidemiológica das principais causas de mortalidade e morbidade materna e neonatal foi revisada como um primeiro passo. alto perfil de segurança. Além disso, tinha que permanecer funcional em situações como sujar ou molhar o recém-nascido, e também continuar a trabalhar em diferentes áreas com diferentes densidades populacionais, bem como edifícios. Vários dispositivos, como o ThermoSpot®, um sensor de temperatura e instrumentos remotos baseados em infravermelho foram avaliados. A análise social revelou que um sensor sendo continuamente preso ao corpo por longos períodos não era diferente de talismãs amarrados nos braços dos adultos ou no pescoço/cintura das crianças e, portanto, não era muito desagradável para as famílias. Uma análise financeira revelou que para o aparelho ser amplamente utilizado, principalmente pela população de baixa renda, teria que ser um aparelho de baixo custo. A revisão da implementação concentrou-se na possível aceitação e utilização de tal dispositivo em comunidades rurais, urbanas e favelas.

Estrutura conceitual: A estrutura conceitual para monitoramento remoto consistia em cinco componentes: (1) uma etiqueta de sensor vestível de baixo custo; (2) um dispositivo de gateway atuando como um link de comunicação em tempo real de baixíssima potência; (3) pegar carona em uma rede de comunicação celular comercial; (4) sistema inteligente de análise de dados; e (5) ciclo de feedback para o prestador de cuidados ou profissional de saúde da linha de frente. Esta estrutura deveria ser idealizada, projetada, prototipada e desenvolvida em um dispositivo médico Classe A com o menor nível de risco de acordo com a Autoridade Reguladora de Dispositivos Médicos da Índia, tendo em mente que o produto final deve permitir princípios de boa qualidade de atendimento (QoC), ou seja eficácia, pontualidade, segurança, centralização nas pessoas e equidade.

Requisitos para componentes Dois requisitos principais para o sensor 'no corpo' eram segurança e precisão. Dada a fragilidade da pele do recém-nascido, o dispositivo tinha que ser hipoalergênico, à prova de explosão/vazamento, causar infecções mínimas e dissipar calor mínimo ou radiação eletromagnética não ionizante de potência ultrabaixa. nO adesivo usado para fixar o dispositivo à pele deve causar, de forma semelhante, "lesões cutâneas relacionadas ao adesivo médico" (MARSI), alergia ou infecções. A precisão do dispositivo foi definida como +/-0,2°C em condições in vitro e +/-0,5°C na prática clínica real. Outros requisitos mecânicos para o dispositivo foram: bateria de longa duração de até 28 dias (com frequência de amostragem de 5 minutos); robustez (sem qualquer avaria ao entrar em contacto com fluidos corporais como suor, sangue, urina, fezes, etc.); design centrado no ser humano e estético para não intrusividade durante o uso prolongado; e capacidade de resistir a choques ou vibrações leves; e que o dispositivo não deve ser redefinido acidentalmente. Havia também um requisito para o dispositivo armazenar dados localmente e se comunicar com um dispositivo de gateway para transmissão de dados por meio da rede celular configurada.

Projeto e engenharia do produto: com base nos requisitos clínicos, um projeto preliminar foi constituído e as escolhas de projeto subsequentes passaram por várias iterações impulsionadas por recursos tecnológicos e análises de usuários. Os gabinetes dos sensores vestíveis eram em forma de seixo ou pilha de moedas com todos os componentes eletrônicos embutidos. Uma bateria de testes (mecânicos e elétricos) foi realizada para confirmar o desempenho, robustez e confiabilidade do dispositivo. Após várias rodadas de pré-teste, a otimização do projeto foi alcançada.

Protótipo e Implementação: Os detalhes do protótipo do dispositivo sensor são fornecidos em outro lugar. Resumidamente, a plataforma de hardware do sensor, desenvolvida usando uma placa de circuito impresso multicamada, consistia em um microcontrolador (MCU) com Bluetooth 4.0 Low Energy (BLE) integrado, um ADC {Analog to Digital Converter} de 12 bits (CC2540 da Texas Instruments ), um sensor de temperatura de grau NICU com seu circuito de front-end analógico, LEDs de status {Light Emitting Diode}, fonte de alimentação e RF {Radio-Frequency} balun {um dispositivo elétrico que converte entre um sinal balanceado e desequilibrado} transmite filtro e antena para comunicação sem fio em banda de 2,4 GHz {gigahertz} ISM {Industrial Scientific and Medical}. Os termistores MF51E NTC de alta precisão (coeficiente de temperatura negativa de alta precisão) foram usados ​​para medições de temperatura extremamente precisas. Foi utilizada uma antena F invertida (IFA) incorporada com maior eficiência, maior alcance e largura de banda maior do que uma antena de chip. Ele também tinha um resistor de tolerância muito baixa, permitindo um baixo consumo de energia durante os modos ativo (150μA) e inativo (1μA). O hardware do sensor era programável de acordo com os requisitos. Uma bateria tipo moeda de 3 volts alimentava o dispositivo. Um invólucro adequado para bebês foi feito de plásticos hipoalergênicos de grau médico.

O sensor se comunicou com um dispositivo de gateway (um smartphone ou um Raspberry pi) que poderia subsequentemente retransmitir os dados de temperatura por meio de um backbone de internet seguro fornecido pelo GPRS {General Packet Radio Service}/Wi-fi para um banco de dados centralizado para armazenamento (figura da web 3).

Fases de teste do dispositivo: As fases planejadas do teste do dispositivo foram testes pré-clínicos (em junho de 2013) e fases de ensaios clínicos I e IIa {estudos/estudos-piloto projetados para demonstrar eficácia clínica ou atividade biológica (estudos de "prova de conceito")} para avaliação de segurança e eficácia na seguinte sequência: voluntários adultos saudáveis ​​(maio de 2014); mães saudáveis ​​(janeiro a fevereiro de 2015); bebês saudáveis ​​(fevereiro de 2015); bebês estáveis ​​na UTIN (fevereiro-março de 2015) e bebês com morbidades como encefalopatia hipóxico-isquêmica (março de 2015). Os resultados dos testes pré-clínicos no ambiente de laboratório foram publicados anteriormente. Resumidamente, o tempo de resposta do dispositivo sensor para atingir o equilíbrio térmico com o ambiente foi de 4 minutos em comparação com os 3 minutos observados com um termômetro digital de precisão usado como padrão de referência. Em termos de precisão, o erro foi calculado para estar dentro de 0,1°C do padrão de referência ao usar banhos de água na faixa de temperatura de 25°C a 40°C. Os detalhes da fase clínica do teste são descritos abaixo.

Sete voluntários adultos saudáveis ​​de vida livre (homens = 2; mulheres = 5), sem morbidades conhecidas, foram os participantes da primeira fase durante um período de 7 dias. Todos eles tiveram os dispositivos amarrados com uma faixa de braço presa com fita Velcro® na parte superior do braço esquerdo e foram convidados a contribuir com pelo menos 24 horas de observações acumuladas em um ou mais dias e relatar quaisquer eventos adversos ou efeitos colaterais -efeitos que experimentaram. Em paralelo, eles também anotaram leituras de temperatura axilar cronometradas (pelo menos 5 vezes em uma janela de 24 horas) usando um termômetro digital para comparações pareadas.

O teste em mães pós-natais saudáveis ​​(n=11) foi realizado primeiro entre aquelas com bebês saudáveis ​​na enfermaria pós-natal e depois entre mães (n=7) com neonatos internados na UTIN. Os dispositivos foram fixados em seus braços com braçadeira presa com fita Velcro®. Leituras pareadas tomadas a cada 5 minutos durante um período de 1 hora com um termômetro digital axilar foram comparadas com as leituras do sensor com seu carimbo de tempo.

O teste entre neonatos foi realizado em três fases diferentes, em todas as quais os dispositivos foram fixados com algodão e adesivo microporoso no epigástrio superior. Na primeira fase, lactentes (n = 3) em seus períodos neonatais iniciais na enfermaria pós-natal tiveram suas leituras de temperatura axilar feitas a cada 5 minutos durante um período de 1 hora com um termômetro digital e comparadas com as leituras do sensor. Na segunda fase, foram recrutados neonatos doentes mas estáveis ​​(n=10) da UTIN. Eles estavam sob o aquecedor radiante com a sonda de temperatura fixada na parte superior do abdome ao lado do dispositivo sensor e, portanto, as leituras feitas a cada 5 minutos durante um período de 1 hora no painel mais quente foram comparadas com as leituras do sensor. Mas como todos esses bebês tiveram suas temperaturas mantidas dentro de uma estreita faixa normal sob o aquecedor radiante, incluímos um bebê doente com encefalopatia hipóxico-isquêmica (HIE) devido a asfixia no nascimento e que estava em tratamento com resfriamento terapêutico de todo o corpo. Isso facilitou a comparação de leituras na faixa de 33° a 34°C durante as fases de resfriamento e reaquecimento do tratamento. As leituras da sonda do aquecedor radiante feitas a cada 5 minutos durante um período de 1 hora no painel do aquecedor foram comparadas com as leituras do sensor.

Definições Segurança: Foi instituído um protocolo de notificação e resolução de eventos adversos para os dispositivos sensores vestíveis. Isso permitiu a captura do número e da gravidade dos eventos adversos, bem como o gerenciamento clínico individual, bem como o feedback para alterações no design do dispositivo. Os eventos adversos a serem registrados foram: dermatite, infecção, lesão térmica, lesão por radiação, vazamento/explosão do dispositivo e outros.

Precisão: Do ​​aparelho foi estimada comparando as temperaturas registradas pelo aparelho com outras medidas rotineiramente utilizadas na prática clínica. Para mães e bebês nas enfermarias pós-natal, as comparações foram entre as temperaturas do aparelho versus as temperaturas axilares lidas em um termômetro digital (uma vez que as leituras estabilizaram após o bipe - geralmente após 3 minutos); para recém-nascidos na UTIN, as comparações foram entre as temperaturas do dispositivo com carimbo de tempo versus temperaturas da sonda da pele obtidas dos painéis de controle de aquecedores radiantes calibrados (Phoenix Medical Systems Private Limited, Chennai, Índia ou Zeal Medical Ltd, Mumbai, Índia).

Análise estatística: A média [+/-desvio padrão (DP)] foi calculada para os conjuntos pareados de leituras observadas em mães e recém-nascidos e as diferenças médias foram obtidas. O teste t pareado foi usado para testar a significância entre dois métodos diferentes.

Ética: A aprovação ética para o estudo foi obtida do Conselho de Ética Institucional de St John (IERB nº 59/2011 datado de 15 de março de 2011&# 125/2014 datado de 16 de agosto de 2014). O ensaio clínico foi registrado no Registro de Ensaios Clínicos da Índia (CTRI/2015/05/005779). O consentimento informado foi obtido de todos os participantes/cuidadores.