Remote Biomonitoring (RBM) för temperaturövervakning av mödrar och nyfödda: preklinisk och klinisk utvärdering

Studiemiljö: St John's Medical College Hospital, Bangalore, ett 1300-bädds, tertiärvårdssjukhus med 2500 förlossningar per år och en plantskola på nivå 3 som tar hand om 1000 nyfödda (förhållande mellan infödda: utfödda = 2:1) i neonatal vårdintensivavdelning (NICU) årligen, varav en tredjedel är låg födelsevikt och en femtedel är prematura.

Val av plats för temperaturmätning hos vuxna och nyfödda: Hos vuxna valdes överarmen för kontinuerlig övervakning. Medan i den nyfödda buken hudtemperatur valdes. Förutom att vara nära levern, ett metaboliskt aktivt organ som underlättar en mätning nära kärntemperaturen, är det också en icke-invasiv metod som är stadig, kontinuerlig, lättanvänd och bekväm för spädbarnet.

Innovation Pathway: USAID 2006 Innovation Pathway-modellen antogs och den inkorporerade fyra steg från forskning till fältimplementering - (1) prioriteringsfas och produktdesign (2) produktutveckling och proof-of-concept (3) produktintroduktion och ( 4) fältimplementering. Som en del av steg 1, delstegen av (a) problemidentifiering (epidemiologisk/teknologisk/social/ekonomisk, etc), (b) kritisk granskning av temperaturmätningsanordningar och andra frågor (temperatursensorer eller termistorer) , kroppstemperaturmätningsproblem, etc.), och (c) bestämning av nisch för denna enhet gentemot andra enheter genom horisontavsökning.

Epidemiologisk börda av huvudorsakerna till mödra- och neonatal mortalitet och sjuklighet granskades som ett första steg. En teknisk granskning visade att enheten som skulle fästas på modern eller nyfödd för att detektera vitala tecken måste vara en enhet av medicinsk kvalitet med extremt mycket hög säkerhetsprofil. Vidare måste den förbli funktionell i situationer som nedsmutsning eller vätning av den nyfödda, och även fortsätta att arbeta i olika områden med varierande befolkningstäthet såväl som byggnader. Flera enheter som ThermoSpot®, en temperatursensortagg och fjärrstyrda infrarödbaserade instrument utvärderades. Social granskning avslöjade att en sensor som ständigt fästs på kroppen under långa perioder inte liknar den för talismaner spända runt armarna på vuxna eller runt halsen/midjan på barn och därför kanske inte är alltför obehaglig för familjer. En finansiell granskning avslöjade att för att enheten ska kunna användas brett, särskilt av låginkomstbefolkningar, måste den vara en billig enhet. Genomförandeöversynen fokuserade på möjlig användning och användning av en sådan anordning i landsbygds-, stads- och slumsamhällen.

Konceptuell ram: Det konceptuella ramverket för fjärrövervakning bestod av fem komponenter: (1) en billig, bärbar sensoretikett; (2) en gateway-enhet som fungerar som en kommunikationslänk med ultralåg effekt i realtid; (3) piggy-backing på ett kommersiellt cellulärt kommunikationsnätverk; (4) smart dataanalyssystem; och (5) återkopplingsslinga till vårdgivaren eller frontlinjens hälsoarbetare. Detta ramverk skulle utformas, utformas, prototypas och utvecklas till en klass A medicinsk utrustning med lägsta risknivå enligt Medical Device Regulatory Authority i Indien, med tanke på att slutprodukten ska möjliggöra principer om god vårdkvalitet (QoC), nämligen effektivitet, aktualitet, säkerhet, människocentreradhet och rättvisa.

Krav på komponenter Två nyckelkrav för "on-body"-sensorn var säkerhet och noggrannhet. Med tanke på bräckligheten hos den nyfödda huden måste enheten vara allergivänlig, spräng-/läckagesäker, orsaka minimala infektioner och avleda minimal värme eller icke-joniserande elektromagnetisk strålning med ultralåg effekt. n Det lim som används för att fästa enheten på huden bör på samma sätt orsaka minimal "medicinsk limrelaterad hudskada" (MARSI), allergi eller infektioner. Enhetens noggrannhet var målet att vara +/-0,2°C i in vitro-förhållanden och +/-0,5°C i faktisk klinisk praxis. Andra mekaniska krav för enheten var: lång batteritid upp till 28 dagar (med samplingsfrekvens på 5 minuter); robusthet (utan funktionsfel vid kontakt med kroppsvätskor som svett, blod, urin, avföring, etc); åtminstone "inträngningsskyddsklass 67" (dammsäker och vattentät); människocentrerad och estetisk design för icke-intrång vid långvarig användning; och förmåga att motstå milda stötar eller vibrationer; och att enheten inte bör återställas av misstag. Det fanns också ett krav på att enheten skulle lagra data lokalt och kommunicera med en gatewayenhet för vidare överföring av data via det konfigurerade mobilnätet.

Produktdesign och ingenjörskonst: Baserat på de kliniska kraven utarbetades en preliminär design och efterföljande designval genomgick flera iterationer drivna av teknisk kapacitet och användarrecensioner. De bärbara sensorhöljena var småstensformade eller myntstackformade med all elektronik inbäddad inuti. Ett batteri av tester (både mekaniska och elektriska) genomfördes för att bekräfta enhetens prestanda, robusthet och tillförlitlighet. Efter flera omgångar av förtestning uppnåddes designoptimering.

Prototyp och implementering: Detaljerna för prototypsensorenheten ges på annat håll. Kortfattat bestod sensorhårdvaruplattformen, utvecklad med ett flerlagers kretskort, av en mikrokontroller (MCU) med integrerad Bluetooth 4.0 Low Energy (BLE), en 12-bitars ADC {Analog to Digital Converter} (CC2540 från Texas Instruments ), en temperatursensor av NICU-grad med dess analoga front-end-krets, statuslysdioder {Light Emitting Diode}, strömförsörjning och RF {Radio-Frequency} balun {en elektrisk enhet som omvandlar mellan en balanserad och obalanserad signal} sänder filter och antenn för trådlös kommunikation över 2,4 GHz {gigahertz} ISM {Industrial Scientific and Medical}-bandet. MF51E NTC-termistorer med hög precision {negativ temperaturkoefficient} med hög precision användes för extremt noggranna temperaturmätningar. En inbäddad inverterad F-antenn (IFA) med högre effektivitet, längre räckvidd och en bredare bandbredd än en chipantenn användes. Den hade också ett mycket lågt toleransmotstånd som möjliggjorde en låg strömförbrukning under både aktivt (150μA) och viloläge (1μA). Sensorns hårdvara var programmerbar enligt kraven. Ett 3-volts myntbatteri drev enheten. Ett babyvänligt hölje tillverkades av allergivänlig plast av medicinsk kvalitet.

Sensorn kommunicerade med en gateway-enhet (en smartphone eller en Raspberry pi) som sedan kunde vidarebefordra temperaturdata via en säker internetstam som tillhandahålls av GPRS {General Packet Radio Service}/Wi-fi till en centraliserad databas för lagring (webbfigur 3).

Faser av enhetstestning: De planerade faserna av enhetstestning var prekliniska tester (i juni 2013) och kliniska testfaser I& IIa {studier/pilotstudier utformade för att påvisa klinisk effekt eller biologisk aktivitet ('proof of concept'-studier)} för utvärdering av säkerhet och effekt i följande ordning: friska vuxna frivilliga (maj 2014); friska mammor (jan-feb 2015); friska barn (feb 2015); stabila spädbarn på NICU (feb-mars 2015) och spädbarn med sjukdomar som hypoxisk ischemisk encefalopati (mars 2015). Resultaten av de prekliniska testerna i laboratoriemiljö publicerades tidigare. Kortfattat var svarstiden för sensoranordningen för att uppnå termisk jämvikt med omgivningen 4 minuter jämfört med 3 minuter som observerades med en digital termometer av precision som användes som referensstandard. När det gäller noggrannhet beräknades felet vara inom 0,1°C från referensstandarden vid användning av vattenbad i temperaturområdet 25°C till 40°C. Detaljerna för den kliniska fasen av testningen beskrivs nedan.

Sju frilevande friska vuxna frivilliga (män = 2; kvinnor = 5), utan känd sjuklighet, var de första fasdeltagarna under en 7-dagarsperiod. Alla av dem hade enheterna fastspända med ett armband fäst med kardborreband på deras vänstra överarm och uppmanades att bidra med minst 24 timmars observationer samlade från över en eller flera dagar och rapportera eventuella biverkningar eller sida -effekter de upplevt. Parallellt noterade de också tidsinställda axillära temperaturavläsningar (minst 5 gånger i ett 24-timmarsfönster) med hjälp av en digital termometer för parade jämförelser.

Tester på friska mödrar efter födseln (n=11) utfördes först bland de med friska barn på den postnatala avdelningen och sedan bland mödrar (n=7) med nyfödda inlagda på NICU. Enheterna fästes på överarmarna med armband fäst med kardborreband. Parade avläsningar tagna var 5:e minut under en 1-timmesperiod med en axillär digital termometer jämfördes med avläsningarna från sensorn med dess tidsstämpel.

Tester bland nyfödda utfördes i tre olika faser, där alla enheterna fästes med bomull och mikroporelim till övre epigastrium. I den första fasen fick friska barn (n=3) i sina tidiga neonatalperioder på postnatalavdelningen sina axillära temperaturavläsningar var 5:e minut under en 1-timmesperiod med en digital termometer och jämfördes med sensoravläsningarna. I den andra fasen rekryterades sjuka men stabila nyfödda (n=10) från NICU. De befann sig under strålvärmaren med temperatursonden fäst på den övre delen av buken bredvid sensorenheten, så avläsningarna som togs var 5:e minut under en 1-timmesperiod från den varmare panelen jämfördes med sensoravläsningarna. Men eftersom alla dessa bebisar hade sina temperaturer inom ett snävt normalintervall under strålvärmaren inkluderade vi ett sjukt spädbarn med hypoxisk ischemisk encefalopati (HIE) på grund av födelsekvävning och som var på behandling med terapeutisk kylning av hela kroppen. Detta underlättade jämförelse av avläsningar i intervallet 33° till 34°C under kylnings- och återuppvärmningsfaserna av behandlingen. De strålande varmare sondavläsningarna som togs var 5:e minut under en 1-timmesperiod från den varmare panelen jämfördes med sensoravläsningarna.

Definitioner Säkerhet: Ett rapporterings- och upplösningsprotokoll för biverkningar för de bärbara sensorenheterna har införts. Detta möjliggjorde fångst av antalet och svårighetsgraden av biverkningar samt den individuella kliniska hanteringen samt återkoppling för ändringar i enhetsdesign. Biverkningar som skulle registreras var: dermatit, infektion, termisk skada, strålningsskada, enhetsläcka/-burst och andra.

Noggrannhet: Av enheten uppskattades genom att jämföra temperaturer registrerade av enheten med andra mätningar som rutinmässigt används i klinisk praxis. För mödrar och friska bebisar på postnatala avdelningar var jämförelserna mellan enhetens temperaturer och axillära temperaturer avlästa från en digital termometer (när avläsningarna stabiliserades efter pipsignalen - vanligtvis efter 3 minuter); för nyfödda på NICU var jämförelserna mellan de tidsstämplade enhetstemperaturerna mot hudsondstemperaturerna erhållna från kontrollpanelerna för kalibrerade strålningsvärmare (Phoenix Medical Systems Private Limited, Chennai, Indien eller Zeal Medical Ltd, Mumbai, Indien).

Statistisk analys: Medelvärde [+/-Standardavvikelse (S.D.)] beräknades för de parade uppsättningarna av avläsningar noterade hos mödrar och nyfödda och medelskillnaderna erhölls. Parat t-test användes för att testa signifikans mellan två olika metoder.

Etik: Etikgodkännande för studien erhölls från St John's Institutional Ethics Review Board (IERB #59/2011 daterad 15 mars 2011&# 125/2014 daterad 16 augusti 2014). Den kliniska prövningen registrerades hos Clinical Trials Registry of India (CTRI/2015/05/005779). Informerat samtycke erhölls från alla deltagare/vårdgivare.