Fluid monitoring for Heart Failure Patients

Accurate assessment of fluid volume and hydration status is essential in many disease states. Heart failure is one of the diseases where altered fluid balance is a significant part of the pathophysiology. Approximately 50% of hospitalized heart failure patients are re-admitted to the hospital within 6 months of discharge, and the most common cause is fluid overload. Even though clinicians are familiar with the problem, they lack the necessary tools to effectively prevent fluid imbalances and to monitor effects of various treatment regimes. This project was a collaboration between Mode Sensors and Oslo University Hospital. The project aimed to develop and validate a wearable and non-invasive bioimpedance sensor for fluid balance monitoring. The project sought to 1) execute clinical research to understand how local bioimpedance measurements are affected by changes in hydration status and relevant co-factors, 2) use data and insight from clinical research to make accurate algorithms for fluid monitoring, and 3) perform clinical investigations validating the fluid monitoring capabilities of the device. During the project, we gained significant insight into how various factors affect local bioimpedance measurements. The sensor was tested on healthy volunteers who were subjected to controlled changes in fluid status, as well as on patients with significant fluctuations in fluid status due to underlying diseases. We successfully demonstrated that the sensor is highly sensitive to changes in fluid balance in both healthy volunteers and various patient groups. Additionally, we gained increased insight into other factors that also affect bioimpedance beyond changes in hydration status. The results from these studies have been crucial for optimizing signal processing and essential for developing a hydration index that most accurately reflects changes in fluid volume. Furthermore, the project established that the sensor patch can be used on different parts of the body, depending on which symptoms of fluid imbalance need to be monitored. Comprehensive information about fluid status will be of great value both in hospitals and after discharge. The project also confirmed that user-friendliness/user acceptance is high among both patients and healthcare professionals. The next step is to investigate whether implementing the sensor technology in various patient pathways will have a positive socio-economic impact and provide benefits such as 1) reduced hospital admissions related to fluid disturbances, 2) shorter stays in hospitals and other healthcare institutions, 3) reduced time spent on other methods for fluid balance monitoring, and 4) improved quality of life among relevant patients.

I dette prosjektet har man videreutviklet og testet et bioimpedansplaster for overvåkning av væskebalanse. Man har etablert at plasteret er sensitivt både for økt og redusert væskemengde, både hos friske frivillige og hos pasienter utsatt for væskeforstyrrelser. Man har utviklet svært god forståelse for hvilke faktorer utover væskevolum som påvirker lokale bioimpedansmålinger. Disse resultatene har vært viktige for optimalisering av signalprosesseringen, og nødvendige for arbeidet med å utvikle en hydreringsindeks som i størst mulig grad gjenspeiler endringer i væskemengde. Arbeidet relatert til hydreringsalgoritmen har blant annet resultert i en ny patentsøknad. I prosjektet har man også fått bekreftet at brukervennlighet/brukeraksept er god, både blant pasienter og helsepersonell. I tillegg har man etablert at sensorplasteret kan benyttes ulike steder på kroppen, avhengig av hvilke symptomer på væskeubalanse man ønsker å overvåke. Dersom man i etterkant av prosjektet lykkes med å utvikle nødvendige tilleggskomponenter for en helhetlig monitoreringstjeneste (blant annet IoT Gateway og verktøy for integrasjon mot tredjepartssystem) har løsningen potensiale til å: 1) Forebygge unødvendige sykehusinnleggelser og reinnleggelser gjennom raskere diagnostikk. 2) Forbedre livskvalitet til pasienter ved å redusere helsekomplikasjoner og anstrengende pasientforløp. 3) Effektivisere helsetjenesten ved at man erstatter manuelle metoder som benyttes i dag. 4) Optimalisere bruken av helsepersonell ved overvåkning av mange pasienter samtidig. Innovasjonen er relevant for alle helseforetak og kommuner, og vellykket implementering vil bidra til å nå hovedmålet i Nasjonal helse- og sykehusplan; helsetjenester av god kvalitet som møter pasientens behov. Hjertesviktpasienter er bare en av svært mange pasientgrupper som vil ha stor nytte av en ikke-invassiv sensor for måling av væskebalanse. Innovasjonen vil derfor gi enda større effekter dersom sensoren videreutvikles og tilpasses behov hos andre pasienter som er sårbare for enten dehydrering eller overhydrering. Sensoren har også potensiale til å skape verdi i andre sektorer, som for eksempel idrett, forsvar og industri. Sensoren har også potensiale til å bli et “state-of-the-art” bioimpedansinstrument, med relevans for forskningsmiljø innen blant annet fysikk og medisin.

This IPN-project is collaboration project between Mode Sensors and Oslo University Hospital to develop and clinically validate a wearable and cloud-connected sensor-system for fluid monitoring. The system is called Re:Balans and is intended for the post-discharge fluid monitoring of heart failure patients to give clinicians: 1) an early indicator of worsening heart failure so that they can do appropriate interventions to avert serious progression and complications; 2) better control over the patient’s response to the treatment plan (e.g. titration of medication). Such a connected medical device could reap substantial socioeconomic benefits, such as improving quality of life among patients, reducing readmissions of heart failure patient due to fluid overload, and improving the post-discharge follow-up efficiency. The main R&D-challenge is to develop a medically-acceptable prototype system for fluid monitoring that is able to compensate for: 1) co-factors and measurement artefacts affecting our system's main sensor-principle; 2) heart failure patient's complex fluid pathophysiology.