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Intelligenza artificiale per prevenire le riacutizzazioni di BPCO

La pandemia di Covid-19 ha accentuato in modo drammatico il problema dell'accesso alle cure, in particolare per i pazienti anziani fragili e con patologie croniche.
Non è sfuggita a questa situazione anche la cura della BPCO, una delle cause principali di disabilità e mortalità nei pazienti fragili anziano.
Di qui, pertanto, la nascita di diversi progetti di telemedicina finalizzati a monitorare lo stato di salute di questi pazienti, anche a distanza, riservando l'accesso alle strutture e i ricoveri ospedalieri solo nei casi più necessari.

La pandemia di Covid-19 ha accentuato in modo drammatico il problema dell’accesso alle cure, in particolare per i pazienti anziani fragili e con patologie croniche.

Non è sfuggita a questa situazione anche la cura della BPCO, una delle cause principali di disabilità e mortalità nei pazienti fragili anziano.

Di qui, pertanto, la nascita di diversi progetti di telemedicina finalizzati a monitorare lo stato di salute di questi pazienti, anche a distanza, riservando l’accesso alle strutture e i ricoveri ospedalieri solo nei casi più necessari.

Su questi presupposti si è attivata la partnership fra l’Associazione Italiana Pneumologi Ospedalieri- Italian Thoracic Society (AIPO-ITS) e BPCOmedia, produttore di un sistema di telemonitoraggio specifico per la BPCO.

Da questa collaborazione è nato un nuovo approccio al monitoraggio della patologia, basato su un algoritmo di intelligenza artificiale, certificato e validato, in grado di prevedere e diagnosticare in tempo le riacutizzazioni attraverso un sistema di notifiche di alert su smartphone.

Come funziona il kit di telemonitoraggio
Il kit in uso al paziente è composto da una app (per Android e iOS), un pulsiossimetro collegato a uno smartphone e da una scheda per l’attivazione che consente l’acquisizione di tre misurazioni giornaliere. Il sistema misura lo stato di avanzamento della patologia, prevede le riacutizzazioni, segnala eventuali situazioni critiche e si connette con il medico curante che potrà ricevere segnalazioni di allarme e orientare il paziente verso la giusta terapia.

In particolare, il sistema è in grado di rilevare situazioni potenzialmente pericolose quali l’ipossia e la tachicardia.

Un software dedicato permette il monitoraggio in tempo reale delle informazioni acquisite dal device (pulsossimetro) ed è accessibile via web, tramite connessione sicura, utilizzando un normale browser per Internet.

Le operazioni di rilevazione dal lato paziente sono praticamente automatiche: solo per la rilevazione della saturazione di ossigeno si richiede che il paziente inserisca il dito all’interno del pulsossimetro (un alert sonoro ricorda al paziente di effettuare l’operazione secondo lo schedule previsto).

Sono sufficienti tre misurazioni al giorno e, stando ai dati forniti dai ricercatori responsabili della messa a punto del kit di telemonitoraggio, il sistema è in grado di fornire letture dei parametri previsti con una sensibilità del 92,8%, una specificità del 99,3% e un’accuratezza del 98,4%) (1).

I dati ricevuti sono valutati, giorno per giorno, da un clinico specializzato nella cura dei pazienti con malattie respiratorie.

Il sistema di monitoraggio mostra una notifica di allarme quando una misurazione di un parametro si colloca ad di fuori di un range predefinito.

Le soglie di attivazione di queste notifiche di alert possono essere adattate, tarate sul singolo paziente dall’utilizzatore del sistema sulla base della situazione clinica specifica del paziente.

In caso di rilevazione di letture anomale dei parametri seguiti, il clinico contatta il paziente per verificare con lui il peggioramento della sintomatologia o l’emersione di nuovi sintomi.

In tal caso, si controlla l’aderenza del paziente alle terapie prescritte e, in caso di aderenza insoddisfacente, vengono messe in atto misure per migliorare questo aspetto.

Altrimenti, si pone diagnosi di riacutizzazione di BPCO e, sulla base della gravità dell’episodio di esacerbazione, si programma una visita medica in ambulatorio (in caso di riacutizzazione lieve) o il ricovero ospedaliero.

Quali sono i vantaggi del kit di telemonitoraggio
I vantaggi di questo sistema di monitoraggio in remoto del paziente con BPCO sono molteplici, sia per i medici che per i pazienti.
Per il paziente, il sistema consente il monitoraggio dei parametri respiratori a distanza, senza la necessità di recarsi in ambulatorio o in ospedale se non quando strettamente necessario. Inoltre, il kit aumenta il coinvolgimento attivo del paziente alla gestione della sua condizione clinica, con ripercussioni positive anche in termini di miglioramento dell’adesione del paziente alle terapie prescritte.

Per il medico, il sistema consente di avere un controllo costante delle condizioni del proprio paziente, facilitandone la gestione e migliorando la comunicazione in base a parametri oggettivi (parametri respiratori) e soggettivi (percepito del paziente).

Tutto ciò si traduce in un sensibile miglioramento della gestione sanitaria delle strutture deputate alla cura e alla ospedalizzazione di questi pazienti, con conseguente ottimizzazione dei ricoveri ospedalieri e degli accessi in Pronto Soccorso (soprattutto a causa delle riacutizzazioni e in pazienti con comorbilità come gli anziani, spesso con problemi di mobilità ridotta).

Lo studio clinico che ne conferma l’efficacia (2)
Lo studio, randomizzato e controllato, a bracci paralleli, ha reclutato pazienti ultra65enni con BPCO agli stadi GOLD III e III. Questi sono stati randomizzati all’impiego del kit di telemonitoraggio per la misurazione di alcuni parametri vitali (saturazione di ossigeno, frequenza cardiaca, temperatura corporea, attività fisica complessiva) vs. lo “standard care”, e sono stati seguiti in un follow-up della durata pari a 9 mesi.
Le misure di outcome erano rappresentate dal numero di riacutizzazioni e di ospedalizzazioni legate a questi eventi di esacerbazione di BPCO.
Il trial ha incluso 50 pazienti nel gruppo di telemonitoraggio e 49 nel gruppo di controllo.

Quasi due pazienti su tre (68%) erano di sesso maschile. La FEV1 media era pari al 54% del valore predetto (range: 23%-77%). Come mostrato in tabella 1, non sono state rilevate differenze relativamente alle caratteristiche principali dei partecipanti nei due gruppi.



I risultati
Dall’analisi dei dati è emerso che il telemonitoraggio è stato in grado di tagliare del 33% il rischio di riacutizzazioni e del 34% quello delle ospedalizzazioni legate alle riacutizzazioni.

Nello specifico, il tasso di incidenza di eventi respiratori è stato pari a 28/100 persone-anno nel gruppo di telemonitoraggio vs. 42/100 nel gruppo di controllo (rapporto tassi di incidenza [IRR]= 0,67; IC95%= 0,32-1,36) (tab.2).



Il tasso di incidenza di riacutizzazioni, invece, è stato pari a 13/100 persone-anno nel gruppo di telemonitoraggio e a 20/100 persone-anno nel gruppo di controllo (rapporto tassi di incidenza [IRR]= 0,66; IC95%= 0,21-1,86).

Da ultimo, last but not least, il sistema di monitoraggio è stato in grado di documentare un peggioramento della saturazione di ossigeno periferico nei giorni precedenti la maggior parte degli eventi respiratori (fig.1), consentendo la messa in atto di un intervento tempestivo (es: modifica del regime terapeutico) o, nei casi più gravi, di rendere possibile la pianificazione del ricovero ospedaliero evitando il passaggio in Pronto Soccorso.



Cosa è la BPCO
La broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) è una malattia dell’apparato respiratorio associata ad un rischio importante di disabilità e ad un consumo considerevole di risorse sanitarie.

Rappresenta, secondo alcune stime recenti, la terza causa di morte nel mondo. Inoltre, in base a dati dell’OMS relativi al 2019, a morire di BPCO nel mondo sono quasi tre milioni di persone (3).

Ogni anno, nel nostro Paese, di spendono circa 2.700 euro per un paziente con BPCO. Di questi, l’80% è impegnato a coprire i costi diretti di malattia mentre il 20% serve per coprire i costi indiretti (4).

In Italia sono 3,5 milioni, stando ad una stima effettuata nel 2018 [5], le persone che convivono con questa malattia che si manifesta con una ostruzione progressiva non reversibile del flusso aereo dovuta ad un’infiammazione cronica delle vie aeree che coinvolge il parenchima polmonare, comportando una riduzione della capacità respiratoria (5).

Le riacutizzazioni di BPCO rappresentano l’espressione clinica di un aumento della flogosi bronchiale. Inoltre, costituiscono la maggior causa di impatto clinico della BPCO in termini di visite mediche, ricoveri ospedalieri, accelerato declino funzionale, costi e mortalità (6).

Stando ad alcune stime, è stato osservato che le degenze ospedaliere a causa di BPCO, prevalentemente ascrivibili alle riacutizzazioni di malattia, rappresentano il capitolo di spesa principale nella gestione sanitaria della malattia, e che la prevenzione delle riacutizzazioni può influire positivamente sulla riduzione di questa voce di spesa.

Non va peraltro dimenticato che anche le comorbidità, soprattutto quelle cardiovascolari, contribuiscono in modo sostanziale ai costi economici sostenuti in sanità per la gestione della malattia nel suo complesso.

Per quanto, ad oggi, non esista ancora una cura definitiva contro la malattia (di BPCO non si guarisce), è possibile prevenire e tenere sotto controllo questa malattia respiratoria grazie ad interventi sullo stile di vita (es: eliminazione del fumo di sigaretta), all’aderenza alle terapie farmacologiche disponibili (basate sui broncodilatatori e gli steroidi inalatori), nonché grazie al ricorso agli interventi di riabilitazione respiratoria.

Essendo gli eventi di riacutizzazione, per quanto ricordato sopra, quelli maggiormente temuti nel paziente con BPCO, si comprende come la loro prevenzione possa risultare utile per intervenire in modo tempestivo ad impedire il deterioramento della sintomatologia, sia dal punto di vista del paziente che dei sistemi sanitari. Su questi presupposti è nata la collaborazione tra AIPO-ITS con BPCOmedia.

Obiettivi dell’accordo AIPO-ITS e BPCOmedia 
La partnership siglata tra AIPO-ITS e BPCOmedia si propone di implementare l’impiego della telemedicina nella pratica clinica per la gestione e assistenza dei pazienti con BPCO, allo scopo di:

  • Migliorare il controllo dei sintomi e dell’empowerment del paziente
  • Ridurre la frequenza delle riacutizzazioni nei pazienti con BPCO utilizzando i sistemi di alert e di Intelligenza Artificiale specifici e certificati 
  • Migliorare la compliance terapeutica
  • Individuare precocemente le riacutizzazioni che grazie alla telemedicina potrebbe evitare riacutizzazioni gravi e ricoveri ospedalieri, soprattutto in pazienti di recente dimissione che rappresentano le condizioni di maggior pericolo per il paziente e di fatto sono interventi a più elevato costo per il SSN 
Nell’ambito della loro partnership, AIPO-ITS e BPCOmedia svilupperanno progetti a supporto dei pazienti con soluzioni in grado di raggiungere un numero sempre maggiore di pazienti affetti da patologie respiratorie.

Bibliografia
  1. Merone M et al. On the remote detection of COPD-related worrisome events. Published in: 2016 IEEE-EMBS International Conference on Biomedical and Health Informatics (BHI)
  2. Pedone C et al. Efficacy of multiparametric telemonitoring on respiratory outcomes in elderly people with COPD: a randomized controlled trial. BMC Health Services Research 2013, 13:82
  3. Global Health Estimates 2019: Estimated deaths by age, sex, and cause
  4. I costi della broncopneumopatia cronica ostruttiva: la fase prospettica dello Studio ICE (Italian Costs for Exacerbations in COPD) C. Lucioni, C.F. Donner, F. De Benedetto, M. Lusuardi, S. Mazzi, P.L. Paggiaro, C.M. Sanguinetti6 (2005)
  5. Manifesto sulle Bpco – verso una gestione ottimale della patologia. 
  6. https:www.goldcopd.org

BPCO e telemonitoraggio: l’impegno di AIPO-ITS, dalla scelta del partner tecnologico alle prospettive future
Intervista al dott. Carlo Zerbino, Direttore Generale AIPO-ITS

Dott. Zerbino, come si è giunti alla partnership tra una società scientifica, L’Associazione Italiana Pneumologi Ospedalieri- Italian Thoracic Society (AIPO-ITS) e un partner tecnologico (BPCOMedia)?
Partiamo innanzitutto da una premessa: AIPO, sin dall’inizio della pandemia di Covid, ha spinto per incoraggiare la ricerca di soluzioni di telemedicina e, in particolar modo, di telemonitoraggio, nella gestione delle patologie respiratorie.

D’altro canto è altrettanto noto come, in area respiratoria, ben prima di Covid-19, esistessero già strumentazioni o kit di telemedicina molto evoluti.

Pensiamo, per fare un esempio, ai disturbi respiratori del sonno: l’Auto-Cpap è un ventilatore medico che eroga un flusso d’aria continuo a pressione positiva costante regolando automaticamente, attraverso un algoritmo, il livello d’aria da erogare al paziente in base alla presenza di apnee/ipopnee e all’intensità del russamento. A utilizzare l’Auto-Cpap sono quei pazienti che hanno difficoltà di adattamento al ventilatore medico non assistito dall’intelligenza artificiale, o anche per fungere da opzione di contrasto agli episodi di apnee/ipopnee che si manifestano solo in alcune fasi del sonno.

C’è un ma, però: la Cpap è prodotta da aziende diverse e funziona mediante piattaforme proprietarie differenti. Ne consegue che ASL diverse possono avere fornitori di Cpap differenti, con conseguenti problemi di empowerment, di riconoscimento del tempo dedicato dai clinici per il training necessario al loro funzionamento e alla confrontabilità delle informazioni condivise da questi sistemi.

Non è escluso che il famoso progetto “MATTONI SSN”, approvato in Conferenza Stato Regioni alla fine del 2003 con l’obiettivo di definire e creare un linguaggio comune a livello nazionale per garantire la confrontabilità delle informazioni condivise nel Nuovo Sistema Informativo Sanitario, possa finalmente trovare applicazione con i finanziamenti provenienti dal PNRR.

Noi abbiamo preferito sottoscrivere, dopo diverse analisi di mercato, una partnership con un unico partner tecnologico, BPCOMedia - una spin-off accreditata dell’Università Campus Biomedico di Roma, risultato del trasferimento tecnologico di progetti di ricerca, che hanno permesso di rilasciare un dispositivo medico certificato CE 0477 specifico per la BPCO.

Qual è stato il contributo di AIPO-ITS allo sviluppo di questo kit di telemonitoraggio?
Questo dispositivo integra un sistema di Intelligenza Artificiale per l’individuazione precoce di eventi potenzialmente pericolosi in pazienti affetti da BPCO, come le riacutizzazioni, l’ipossia, la tachicardia.

Abbiamo dimostrato in uno studio pubblicato come il riscontro di ipossia con il pulsossimetro incluso nel kit di telemonitoraggio e di tachicardia (mediante lettura della frequenza cardiaca) possano risultare utili nel prevedere gli episodi di riacutizzazione.

I dati sono pubblicati, sono serviti anche per la certificazione dello strumento come dispositivo medico.

Quali sono gli sviluppi futuri della ricerca che prevedete, relativamente all’impiego di questo kit di telemonitoraggio?
Rimanendo nell’ambito della BPCO, prevediamo di configurare l’app come “veicolo” di ulteriori informazioni sullo stato di salute del paziente – introduzione del questionario St. George sulla qualità della vita dei pazienti affetti dalla malattia.

Un’altra linea di ricerca, invece, si sta focalizzando sulle possibilità di utilizzo di questo kit di telemonitoraggio nel prevedere le riacutizzazioni asmatiche, previa validazione di un misuratore del picco di flusso respiratorio.

In merito alla formazione medica relativa all’impiego di questo kit, state pensando a qualcosa?
Dal mese di luglio dello scorso anno il Ministero della Salute ha riconosciuto il tempo dedicato alle prestazioni di telemedicina come parte integrante (e retribuita) del lavoro in area sanitaria.

Come AIPO abbiamo messo in piedi dei processi di formazione nell’area della BPCO rivolti ai soci che decidessero di voler utilizzare per i propri pazienti un certo numero di questi kit di telemonitoraggio. Tali progetti verranno sostenuti economicamente da alcune Aziende farmaceutiche impegnate nell’area Respiratoria.

Queste attività sono diventate operative con l’inizio del nuovo anno, affiancate da una campagna di comunicazione rivolta anche alle istituzioni.

La campagna di comunicazione si è avvalsa di un comunicato stampa e della produzione di una brochure, contenente informazioni di carattere più tecnico, inviate a tutti i direttori generali della ASL. Ciò in quanto, durante la pandemia, molti di loro hanno acquistato strumentazioni di telemedicina per gestire i pazienti Covid.

Da ultimo, migliaia di questi kit sono stati acquistati dalla Protezione Civile già lo scorso anno e sono stati distribuiti per la gestione dei pazienti Covid.

E sul fronte della gestione extra-ospedaliera?
L’idea è quella di implementare una “centrale dei servizi”, affidata ad AIPO, con l’obiettivo di tenere sotto controllo tutti i pazienti che usano questi dispositivi, mettendo in atto tutti gli interventi necessari tramite contatto con il paziente anziché con il medico utilizzatore – un sistema ulteriore di garanzia da mettere a disposizione degli utilizzatori di questo dispositivo di classe 2, in futuro disponibile presso le farmacie.

BPCO e telemonitoraggio: conosciamo BPCOmedia, partner tecnologico di AIPO-ITS
Intervista al dott. Giuseppe Capasso, CEO BPCOmedia

Dott. Capasso, ci parla di BPCOmedia, di cosa si occupa e quali professionisti contribuiscono al suo sviluppo?
BPCOMedia nasce come spinoff dell’Università Campus Biomedico di Roma a seguito di un progetto di ricerca e fonda la sua origine nella ricerca nel campo della telemedicina e della diagnostica medica. La prima area terapeutica sulla quale il team multidisciplinare si è focalizzato riguarda la broncopneumopatia cronico ostruttiva (BPCO).

Abbiamo sedi a Bolzano, Cagliari e laboratori di ricerca medica ubicati presso il Campus Biomedico di Roma.

I medical advisor di BPCOmedia sono il prof. Raffaele Antonelli Incalzi del Policlinico del Campus Biomedico di Roma (attualmente anche direttore scientifico) e il prof Claudio Pedone, afferente alla stessa struttura universitaria.

Il prof. Antonelli, ha condotto numerosi progetti di ricerca sulle patologie croniche e l’utilizzo di strumenti per il telemonitoraggio di queste patologie (non solo BPCO, pertanto, ma anche diabete e scompenso cardiaco, per fare solo alcuni esempi).

Siamo nati nella seconda parte del 2017, al completamento dello studio sul kit di telemonitoraggio nella BPCO; da allora siamo andati avanti con il processo di ingegnerizzazione del dispositivo medico, la sua certificazione e la messa in opera della produzione.

Siamo stati in Cina per individuare delle aziende che potessero produrre il nostro kit, fintanto che nel 2018-2019 abbiamo mandato in produzione i primi 1500 kit di telemonitoraggio.

Allo scoppio della pandemia di Covid-19, nel 2020, Menarini ha acquistato più di un migliaio di kit, curandone la distribuzione in giro nel Paese per aiutare i medici delle USCA a monitorare con il nostro dispositivo i pazienti Covid-19 in isolamento domiciliare, contribuendo anche a liberare posti letto quando per il paziente, ancora positivo, poteva essere monitorato al proprio domicilio perché non più grave.

Laureato in informatica, con esperienze di insegnamento all’Università, mi sono sempre occupato, di coordinare progetti di ricerca in un contesto multidisciplicare, dalla brevettazione dei risultati della ricerca all’ingegnerizzazione.

Completano il nostro team interno Maurizio Secci, che si occupa di tutta la gestione amministrativa della società, e due bioingegneri: il professor Paolo Soda e il professor Mario Merone esperti in algoritmi predittivi e data mining.

Alcune attività quali la certificazione del prodotto, la certificazione di qualità, la registrazione della proprietà intellettuale, del marchio e le questioni legali sono gestite da consulenti esterni.

Del kit di telemonitoraggio abbiamo già fornito una descrizione dettagliata (NdR: vedi testo). Quali sono le migliorie alle quali state pensando?
Attualmente stiamo lavorando su un altro algoritmo importante che andrà a migliorare quello esistente. Quello che stiamo cercando di fare è di estrapolare la frequenza respiratoria da un altro parametro che il pulsiossimetro genera - l’onda pletismografica. Questa può darci informazioni per calcolare la frequenza respiratoria del paziente senza utilizzare, e quindi complicare, il dispositivo con altri sensori ma continuando a utilizzare esclusivamente il pulsiossimetro.

La frequenza respiratoria è un parametro importante che aumenterà le prestazioni dell’algoritmo non solo per la BPCO, ma anche per patologie di tipo cardiaco. Occorre tener presente, infatti, come, molto spesso, il paziente BPCO non soffra solo di BPCO ma anche di problemi cardiovascolari.

Lo step successivo sarà quello di ampliare l’utilizzo dell’algoritmo in un’altra patologia respiratoria come l’asma.

Passiamo dalla ricerca a considerazioni di natura più strettamente economica: qual è il vostro modello di business?
Stiamo implementando sia un modello B2B che B2C.

Per quanto riguarda il modello B2B, pensiamo di rivolgerci, chiaramente, agli ospedali e alle ASL.

Per il B2C, contiamo di poter coinvolgere Federfarma per poter far trovare nelle farmacie il kit ai pazienti.

È nostra intenzione, però, anche quella di coinvolgere il medico di medicina generale, facendogli conoscere il kit di modo che possa poi consigliarlo ai propri pazienti per poter avere dei benefici.

A questo riguardo, stiamo mettendo in piedi un primo progetto di telemonitoraggio che vede coinvolti i medici di medicina generale.

Qualche indicazione di massima sui costi?
Al momento noi vendiamo il servizio perché il software per gli ospedali è un software as a service (vendita accesso, kit end-user, supporto all’avviamento di un sistema, assistenza annuale).

Il kit end-user costa 200 euro il primo anno, e 85 euro dal secondo anno in poi di abbonamento al servizio.

La cifra da spendere per il cloud dei dati per gli ospedali, invece, varia a seconda del numero di pazienti monitorati.