Monitoring van klinische onderzoeken ter bestrijding van COVID-19 wordt mobiel

In juni 2020 startte een in de VS gevestigde farmaceutische fabrikant een innovatief project voor het uitvoeren van klinische onderzoeken naar potentiële behandelingen voor oudere COVID-19-patiënten. Langdurige zorginstellingen zijn sinds het begin van de pandemie bijzonder vatbaar voor COVID-19-uitbraken. Sommige bronnen schatten dat in deze instellingen tot 40 % van de sterfgevallen gerelateerd is aan het nieuwe coronavirus in de VS.

Om op deze verwoestende situatie te reageren en ervoor te zorgen dat oudere mensen die in langdurige zorg wonen betrokken worden bij het onderzoek naar de behandeling van het virus, bedachten een team van experts op het gebied van klinische ontwikkeling, klinische zorg en techniek om campervoertuigen om te bouwen tot mobiele onderzoeksunits. Samen met de mobiele units werden aanhangwagens aangepast voor het transport van klinisch onderzoeksmateriaal.

Klinische onderzoeken behoren tot de meest complexe en uitdagende projecten in de wetenschap. De gegevens die zij opleveren, moeten zorgvuldig worden vastgelegd en beschermd, omdat anders belangrijke onderzoeksresultaten verloren kunnen gaan. Laboratoria die monsters en andere hoogwaardige onderzoeksgoederen bewaren, hebben opslagomgevingen nodig die onder bepaalde omstandigheden zorgvuldig worden onderhouden. De registratie van deze omstandigheden moet volledig en nauwkeurig zijn.

De farmaceutische fabrikant die dit klinische onderzoek uitvoert, gebruikte al het viewLinc-systeem van Vaisala om temperatuur, vochtigheid en andere parameters in meerdere cGMP-omgevingen in zijn faciliteit te monitoren. De vraag was of de dataloggers van het viewLinc-systeem in de nieuwe mobiele onderzoeksunits konden worden ingezet om monitoringgegevens terug te sturen naar het bestaande viewLinc-systeem en alarmen bij afwijkingen te melden. En nog belangrijker, kon Vaisala zo'n oplossing snel leveren?

Het uitvoeren van klinische onderzoeken in mobiele eenheden was vóór COVID-19 bijna ondenkbaar. Dankzij de draadloze VaiNet-radio-technologie voor monitoring en de snel reagerende projectingenieurs van Vaisala kon de farmaceutische fabrikant zijn mobiele onderzoeksunits binnen 30 dagen operationeel maken.

Mobilisatie van een bewakingssysteem

De farmaceutische fabrikant nam contact op met Vaisala. Hij had behoefte aan monitoring in de koel- en vrieskasten die in de campervoertuigen waren gemonteerd, die werden omgebouwd tot mobiele onderzoeksunits. Men zou met de campers door het land reizen om klinische onderzoeken uit te voeren in langdurige zorg- en verpleeghuizen. Vanwege de pandemie en de kwetsbaarheid van de bewoners was de planning voor de implementatie van het bewakingssysteem in de mobiele onderzoeksunits echter slechts enkele weken.

Aangezien de koel- en vrieskasten minstens twintig keer per dag worden geopend, was het essentieel dat de temperaturen in de koel- en vrieskasten elke paar minuten werden vastgelegd om de juiste omstandigheden te waarborgen. De verloop van de temperatuurgegevens moest bovendien geautomatiseerd, nauwkeurig, volledig en gemakkelijk te rapporteren zijn. Idealiter zouden de gegevens in het bestaande viewLinc-monitoringsysteem moeten worden geïntegreerd, dat gevalideerd is. Het belangrijkste was dat bij temperatuurafwijkingen medewerkers op afstand onmiddellijk per e-mail of sms moesten worden gewaarschuwd.

Gebruik van moderne communicatietechnologie

De projectingenieurs van Vaisala gebruikten eenvoudige standaardmodems om communicatie mogelijk te maken tussen meerdere VaiNet-AP10-netwerktoegangspunten vanuit de mobiele laboratoria. Dit werd zonder VPN gerealiseerd, door de toegangspunten in de campervoertuigen te verbinden met de viewLinc-server. Deze methode vereist slechts één modem en de ingebouwde communicatiefuncties van de AP10.

De draadloze temperatuur- en vochtigheid dataloggers RFL100 maken gebruik van de door Vaisala ontwikkelde VaiNet-radio-technologie. De modulatie-techniek die door VaiNet wordt gebruikt, is gebaseerd op LoRa™-chirp-bandspreiding. LoRa™ (Long Range) is een LPWAN-protocol (Low-Power Wide Area Network; energiezuinig breed-gebiedsnetwerk).

De signaalafstand van VaiNet binnenshuis bedraagt doorgaans meer dan 100 meter en kan probleemloos door muren en andere barrières heen gaan. Buitenshuis is de signaalafstand veel groter. Als onderzoeksmedewerkers bijvoorbeeld de RFL-100-dataloggers buiten de mobiele labs zouden gebruiken, zouden ze meerdere honderden meters van de camper verwijderd kunnen zijn en toch de connectiviteit met het AP10-netwerk behouden. De AP10-Access Point fungeert als basisstation voor de draadloze VaiNet-dataloggers. Het onderstaande diagram toont hoe communicatie in een mobiele VaiNet-toepassing wordt gerealiseerd.

Energiebesparend, eenvoudig en snel

In de toepassing werden de RFL100-temperatuursensoren in koel- en vrieskasten geplaatst. De AP10 werd via een Ethernet-kabel met PoE (Power over Ethernet) aangesloten op een netwerk switch in de camper. Een typische PoE-netwerkswitch levert ongeveer 48 tot 50 volt en netwerkconnectiviteit. Hierdoor was het niet nodig om DC-voedingsadapters voor de AP10-netwerktoegangspunten te gebruiken. Er werd een 4G-modem ingezet dat eveneens PoE-compatibel was. Zo kon slechts één stopcontact het bewakingssysteem van stroom voorzien. De netwerk switch gebruikt een stopcontact en voedt de AP10 en het modem via PoE. Alle apparaten zijn voorzien van voedingsadapters, en indien nodig kan de AP10 rechtstreeks met het modem worden verbonden.

Het modem werd gebruikt voor de communicatie met de AP10, maar bood ook lokale internettoegang aan een computerstation in de camper. Het voordeel van het gebruik van een 3G/4G-modem met de AP10 is dat de AP10 een extreem lage datadoorvoer gebruikt. Hoewel elke AP10 tot 32 RFL100-dataloggers kan hosten, wordt slechts een kleine hoeveelheid gegevens via het draadloze modem met zeer lage bandbreedte verzonden. Omdat de kosten voor mobiele modems gebaseerd zijn op gebruik, was dit een kosteneffectieve oplossing. Het modem communiceert met een mobiele zendmast en maakt het mogelijk om de gegevens via het internet naar de gevalideerde viewLinc-server te sturen.

Samen sterker

De in 2020 ontwikkelde mobiele onderzoeksunits worden momenteel ingezet voor COVID-19-uitbraken in instellingen in de VS. Dit klinische onderzoek was het eerste in zijn soort en vormde een grote leercurve voor de vele wetenschappers, projectmanagers en ingenieurs die eraan werkten. In een tijd waarin zoveel mensen geïsoleerd zijn, zijn slechts weinig mensen zo geïsoleerd of kwetsbaar als degenen die in verpleeghuizen en langdurige zorg wonen. Vaisala is trots dat het een onderzoeksorganisatie die zich innovatief inzet, in een dringende situatie een oplossing kan bieden.