Дистанционный биомониторинг (УБМ) для наблюдения за температурой матерей и новорожденных: доклиническая и клиническая оценка

Место проведения исследования: Больница Медицинского колледжа Св. Иоанна, Бангалор, больница третичного уровня на 1300 коек с 2500 родами в год и ясли 3-го уровня, в которых проходят лечение 1000 новорожденных (соотношение врожденных:внерожденных = 2:1) в неонатальном отделении. отделения интенсивной терапии (ОИТН) ежегодно, треть из которых имеют низкий вес при рождении, а одна пятая — недоношенные.

Выбор места измерения температуры у взрослых и новорожденных: у взрослых для непрерывного мониторинга было выбрано плечо. При этом у новорожденного на животе была выбрана кожная температура. Помимо близости к печени, метаболически активному органу, облегчающему измерение близкой к внутренней температуре, это также неинвазивный метод, который является устойчивым, непрерывным, простым в использовании и удобным для младенца.

Путь инноваций: Модель USAID 2006 года «Путь инноваций» была принята и включала четыре этапа от исследований до внедрения на местах: (1) этап установления приоритетов и разработка продукта (2) разработка продукта и проверка концепции (3) внедрение продукта и ( 4) реализация в полевых условиях. Как часть шага 1, подэтапы (а) выявление проблем (эпидемиологических/технологических/социальных/финансовых и т. д.), (б) критический анализ устройств измерения температуры и других вопросов (датчики температуры или термисторы , вопросы измерения внутренней температуры тела и т. д.), и (c) определение ниши этого устройства по сравнению с другими устройствами посредством сканирования горизонта.

Эпидемиологическое бремя основных причин материнской и неонатальной смертности и заболеваемости было рассмотрено в качестве первого шага. Технологический обзор показал, что устройство, которое прикреплялось к матери или новорожденному для определения показателей жизнедеятельности, должно было быть устройством медицинского класса с чрезвычайно высокий профиль безопасности. Кроме того, он должен был оставаться функциональным в таких ситуациях, как загрязнение или намокание новорожденного, а также продолжать работать в различных районах с различной плотностью населения, а также в зданиях. Были оценены несколько устройств, таких как ThermoSpot®, датчик температуры и удаленные инфракрасные приборы. Социальный обзор показал, что датчик, который постоянно прикрепляют к телу в течение длительного времени, не отличается от талисманов, привязанных к рукам взрослых или к шее/талии детей, и поэтому не может быть слишком неприятным для семей. Финансовый обзор показал, что для широкого использования устройства, особенно населением с низким доходом, оно должно быть недорогим. Обзор реализации был сосредоточен на возможном внедрении и использовании такого устройства в сельских, городских и трущобных районах.

Концептуальная основа: Концептуальная основа дистанционного мониторинга состояла из пяти компонентов: (1) недорогая носимая сенсорная метка; (2) шлюзовое устройство, действующее как канал связи «в реальном времени» со сверхнизким энергопотреблением; (3) подключение к коммерческой сети сотовой связи; (4) интеллектуальная система анализа данных; и (5) обратная связь с лицом, осуществляющим уход, или передовым медицинским работником. Эта структура должна была быть придумана, спроектирована, прототипирована и превращена в медицинское устройство класса А с самым низким уровнем риска в соответствии с Управлением по регулированию медицинских устройств Индии с учетом того, что конечный продукт должен обеспечивать соблюдение принципов хорошего качества обслуживания (QoC), а именно эффективность, своевременность, безопасность, ориентированность на людей и справедливость.

Требования к компонентам Двумя ключевыми требованиями к накладному датчику были безопасность и точность. Учитывая хрупкость кожи новорожденного, устройство должно было быть гипоаллергенным, защищенным от разрывов и утечек, вызывать минимальные инфекции и рассеивать минимальное количество тепла или неионизирующее электромагнитное излучение сверхмалой мощности. n Клей, используемый для крепления устройства к коже, также должен вызывать минимальное «медицинское повреждение кожи, связанное с клеем» (MARSI), аллергию или инфекции. Точность устройства должна была составлять +/-0,2°C в условиях in vitro и +/-0,5°C в реальной клинической практике. Другими механическими требованиями к устройству были: длительное время автономной работы до 28 дней (при частоте опроса 5 минут); надежность (без сбоев при контакте с биологическими жидкостями, такими как пот, кровь, моча, фекалии и т. д.); степень защиты не ниже «67» (пылезащищенность и водонепроницаемость); ориентированный на человека и эстетичный дизайн для ненавязчивости при длительном использовании; и способность выдерживать легкие удары или вибрацию; и что устройство не должно быть переустановлено случайно. Также требовалось, чтобы устройство хранило данные локально и обменивалось данными со шлюзом для дальнейшей передачи данных через настроенную сотовую сеть.

Дизайн продукта и разработка: на основе клинических требований был составлен предварительный проект, а последующие варианты дизайна прошли несколько итераций, основанных на технологических возможностях и отзывах пользователей. Корпуса носимых датчиков имели форму гальки или стопки монет со всей электроникой, встроенной внутрь. Был проведен ряд испытаний (как механических, так и электрических) для подтверждения производительности, прочности и надежности устройства. После нескольких раундов предварительного тестирования была достигнута оптимизация конструкции.

Прототип и реализация: Подробная информация о прототипе сенсорного устройства приведена в другом месте. Вкратце, аппаратная платформа датчика, разработанная с использованием многослойной печатной платы, состояла из микроконтроллера (MCU) со встроенным Bluetooth 4.0 Low Energy (BLE), 12-разрядного АЦП {аналого-цифрового преобразователя} (CC2540 от Texas Instruments). ), датчик температуры для отделений интенсивной терапии интенсивной терапии с аналоговой входной схемой, светодиодами состояния {светоизлучающий диод}, источником питания и ВЧ-балуном {радиочастотный} {электрическое устройство, преобразующее симметричный и несбалансированный сигнал}, передающий фильтр и антенна для беспроводной связи в диапазоне 2,4 ГГц {гигагерц} ISM {промышленно-научный и медицинский} диапазон. Высокоточные термисторы MF51E NTC {высокоточный отрицательный температурный коэффициент} использовались для чрезвычайно точных измерений температуры. Была использована встроенная инвертированная F-антенна (IFA) с более высокой эффективностью, большим радиусом действия и более широкой полосой пропускания, чем чип-антенна. Он также имел резистор с очень низким допуском, обеспечивающий низкое энергопотребление как в активном (150 мкА), так и в спящем (1 мкА) режимах. Аппаратное обеспечение датчика было программируемым в соответствии с требованиями. Устройство питалось от батарейки на 3 вольта. Удобный для ребенка корпус изготовлен из медицинского гипоаллергенного пластика.

Датчик обменивался данными со шлюзовым устройством (смартфоном или Raspberry Pi), которое впоследствии могло передавать данные о температуре по защищенной магистрали Интернета, предоставляемой GPRS {General Packet Radio Service}/Wi-Fi, в централизованную базу данных для хранения (веб-рисунок). 3).

Этапы тестирования устройства: Запланированные этапы тестирования устройства включали доклинические испытания (в июне 2013 г.) и фазы клинических испытаний I и IIa {исследования/пилотные исследования, предназначенные для демонстрации клинической эффективности или биологической активности (исследования для подтверждения концепции)} для оценка безопасности и эффективности в следующей последовательности: здоровые взрослые добровольцы (май 2014 г.); здоровые матери (январь-февраль 2015 г.); здоровые младенцы (февраль 2015 г.); стабильные дети в отделении интенсивной терапии новорожденных (февраль-март 2015 г.) и дети с такими заболеваниями, как гипоксически-ишемическая энцефалопатия (март 2015 г.). Ранее были опубликованы результаты доклинических испытаний в лабораторных условиях. Вкратце, время отклика сенсорного устройства для достижения теплового равновесия с окружающей средой составляло 4 минуты по сравнению с 3 минутами, наблюдаемыми с помощью высокоточного цифрового термометра, используемого в качестве эталона. С точки зрения точности вычисленная погрешность не превышала 0,1°C эталонного стандарта при использовании водяных бань в диапазоне температур от 25°C до 40°C. Детали клинической фазы тестирования изложены ниже.

Семь свободно живущих здоровых взрослых добровольцев (мужчины = 2; женщины = 5) без известных заболеваний были участниками первой фазы в течение 7-дневного периода. Все они имели устройства, привязанные нарукавной повязкой, прикрепленной лентой Velcro® к их левому плечу, и им было предложено внести свой вклад как минимум в течение 24 часов наблюдений, накопленных за один или несколько дней, и сообщить о любых неблагоприятных событиях или побочных эффектах. -эффекты, которые они испытали. Параллельно они также записывали показания подмышечной температуры в замедленном времени (не менее 5 раз в 24-часовом окне) с использованием цифрового термометра для парных сравнений.

Тестирование у здоровых матерей в послеродовом периоде (n=11) сначала проводилось среди тех, у кого здоровые дети находились в послеродовом отделении, а затем среди матерей (n=7) с новорожденными, поступившими в отделение интенсивной терапии. Устройства были закреплены на их плечах с помощью нарукавной ленты, закрепленной лентой Velcro®. Парные показания, снятые каждые 5 минут в течение 1 часа с помощью аксиллярного цифрового термометра, сравнивались с показаниями датчика с его отметкой времени.

Тестирование среди новорожденных проводилось в три этапа, на каждом из которых устройства закреплялись ватой и микропористым клеем в верхней части эпигастрия. На первом этапе у здоровых детей (n = 3) в раннем неонатальном периоде в послеродовом отделении каждые 5 минут в течение 1 часа измеряли температуру в подмышечной впадине с помощью цифрового термометра и сравнивали с показаниями датчика. На втором этапе были набраны больные, но стабильные новорожденные (n=10) из отделения интенсивной терапии новорожденных. Они находились под лучистым обогревателем с датчиком температуры, прикрепленным к верхней части живота рядом с сенсорным устройством, и поэтому показания, снятые каждые 5 минут в течение 1 часа с панели обогревателя, сравнивались с показаниями датчика. Но поскольку у всех этих младенцев температура поддерживалась в пределах узкого нормального диапазона под лучистым обогревателем, мы включили одного больного младенца с гипоксически-ишемической энцефалопатией (ГИЭ) вследствие родовой асфиксии, который находился на лечении терапевтическим охлаждением всего тела. Это облегчило сравнение показаний в диапазоне от 33° до 34°C во время фаз охлаждения и повторного нагревания. Показания датчика лучистого тепла, снятые каждые 5 минут в течение 1 часа с более теплой панели, сравнивались с показаниями датчика.

Определения Безопасность. Был введен протокол регистрации и разрешения нежелательных явлений для носимых сенсорных устройств. Это позволило зафиксировать количество и тяжесть нежелательных явлений, а также индивидуальное клиническое ведение, а также получить обратную связь об изменениях в конструкции устройства. Нежелательными явлениями, подлежащими регистрации, были: дерматит, инфекция, термическое поражение, радиационное поражение, утечка/взрыв устройства и другие.

Точность: Устройство оценивалось путем сравнения температуры, зарегистрированной устройством, с другими измерениями, обычно используемыми в клинической практике. Для матерей и здоровых младенцев в послеродовых палатах сравнивались температуры устройства с подмышечными температурами, считанными с цифрового термометра (после того, как показания стабилизировались после звукового сигнала - обычно через 3 минуты); для новорожденных в отделении интенсивной терапии новорожденных сравнение проводилось между температурой устройства с отметкой времени и температурой датчика кожи, полученной с панелей управления калиброванными лучистыми обогревателями (Phoenix Medical Systems Private Limited, Ченнаи, Индия или Zeal Medical Ltd, Мумбаи, Индия).

Статистический анализ: Среднее значение [+/- стандартное отклонение (S.D.)] было рассчитано для парных наборов показаний, отмеченных у матерей и новорожденных, и были получены средние различия. Парный t-критерий использовали для проверки значимости между двумя разными методами.

Этика. Этическое одобрение исследования было получено от Институционального совета по этике Сент-Джона (IERB № 59/2011 от 15 марта 2011 г. и № 125/2014 от 16 августа 2014 г.). Клиническое исследование было зарегистрировано в Реестре клинических испытаний Индии (CTRI/2015/05/005779). Информированное согласие было получено от всех участников/опекунов.