Neues Gerät bietet Echtzeit -Stilldaten für Eltern und Kliniker an

Während das Stillen viele Vorteile für eine Mutter und ihr Baby hat, hat es einen großen Nachteil: Es ist unglaublich schwierig zu wissen, wie viel Milch das Baby verbraucht.

Um das Stillen zu raten, hat ein interdisziplinäres Team von Ingenieuren, Neonatologen und Kinderärzten an der Northwestern University ein neues tragbares Gerät entwickelt, das eine kontinuierliche Überwachung des Muttermilchkonsums in klinischem Qualität bieten kann.

Das unauffällige Gerät wickelt sich leise und bequem um die Brust einer stillenden Mutter während des Stillens und überträgt die drahtlose Daten auf ein Smartphone oder Tablet. Die Mutter kann dann eine live -grafische Darstellung davon sehen, wie viel Milch ihr Baby in Echtzeit konsumiert hat.

Durch die Beseitigung der Unsicherheit kann das Gerät den Eltern während der ersten Tage und Wochen ihres Babys beruhigend machen. Insbesondere könnte die neue Technologie dazu beitragen, die Angst der Eltern zu verringern und das klinische Management der Ernährung für schutzbedürftige Babys auf der Intensivstation für Neugeborene (NICU) zu verbessern.

Die Studie wird am Mittwoch (14. Mai) in der Zeitschrift veröffentlicht Nature Biomedical Engineering. Um seine Genauigkeit und Praktikabilität zu gewährleisten, hat das Gerät mehrere Stufen strenger Bewertungen ertragen, einschließlich theoretischer Modellierung, Benchtop -Experimenten und Tests an einer Kohorte neuer Mütter im Krankenhaus.

„Es ist seit langem eine Herausforderung für Eltern und Gesundheitsdienstleister, genau zu wissen, wie viel Milch ein Kind während des Stillens erhält“, sagte John A. Rogers von Northwestern, der die Geräteentwicklung leitete. „Diese Technologie beseitigt diese Unsicherheit und bietet eine bequeme und zuverlässige Möglichkeit, die Milchaufnahme in Echtzeit zu überwachen, sei es im Krankenhaus oder zu Hause.“

Unsicherheit darüber, ob ein Kind ausreichend Ernährung bekommt, kann Stress für Familien verursachen, insbesondere für stillende Mütter mit Frühgeborenen auf der Intensivstation. Derzeit gibt es nur umständliche Möglichkeiten, um zu messen, wie viel Milch ein Baby während des Stillens verbraucht hat, z. B. das Wiegen des Babys vor und nach der Fütterung. Wir erwarten, dass dieser Sensor ein großer Fortschritt bei der Laktationserhaltung ist, der Stress für Familien verringert und die Gewissheit für Kliniker erhöht, da Säuglinge beim Stillen Fortschritte machen, aber dennoch Ernährungsunterstützung benötigen. Die Reduzierung der Unsicherheit und die Unterstützung von Familien, die ihre Stillziele erreichen, führen zu gesünderen Kindern, gesünderen Müttern und gesünderen Gemeinschaften. „

Dr. Daniel Robinson, Neonatologe der Nordwestmediziner und Mitkristanlagen des Studiums

Rogers ist ein bioelektronischer Pioneer, der Louis Simpson und Kimberly Querrey Professor für Materialwissenschaft und -technik, Biomedizinische Ingenieurwesen und neurologische Chirurgie in Northwestern – wo er Termine an der McCormick School of Engineering und Feinberg School of Medicine und Direktorin des Querrey Simpson Institute für Bioelektronik (QSIB) hat (QSIB). Robinson ist außerordentlicher Professor für Pädiatrie bei Feinberg und Anwesender Arzt in der Abteilung für Neonatologie am Ann & Robert H. Lurie Children’s Hospital in Chicago. Rogers und Robinson leiteten die Studie mit Dr. Craig Garfield, einem Professor für Pädiatrie bei Feinberg und einem Arzt bei Lurie Children’s, und Dr. Jennifer Wicks, Kinderarzt bei Lurie Children’s.

Drei postdoktorale Forscher von QSIB trugen gleichermaßen zu dem Projekt bei, von denen jeder in Korea Fakultätsmitglied ist: Jiyhe Kim, Assistenzprofessor an der Ajou University, leitete das Gerätedesign und unterstützte klinische Studien. Seyong OH, Assistenzprofessor an der Hanyang University, entwickelte die drahtlose Elektronik; und Jae-young Yoo, Assistenzprofessor an der Sungkyunkwan University, entwickelte Methoden für Datenanalysen. Kim und OH sind gemeinsame Autoren von Raudel Avila, einem Assistenzprofessor für Maschinenbau an der Rice University und Northwestern Ph.D. Absolvent, der die Computermodellierung leitete.

Ein ungedeckter Bedarf ansprechen

Das Projekt begann vor vier Jahren, als Neonatologen und Kinderärzte bei Lurie Children“s Team mit einem kritischen, unbefriedigten Bedarf an das Rogers -Team wandten. Da die Milchübertragung von Mutter zu Baby während des Stillens nicht sichtbar ist und der Milchfluss unterschiedlich ist, ist es fast unmöglich, das genaue Milchvolumen eines Babys in einer Sitzung zu kennen.

„Derzeit gibt es keine zuverlässigen Wege zu wissen, wie viel Babys beim Stillen essen“, sagte Wicks, die Mutter von drei Kindern ist. „Einige Kinderärzte und Laktationsberater werden vor und nach der Fütterung eine Skala wiegen, um ein Baby zu wiegen, und diese Messung liefert eine anständige Schätzung der Milchmenge, die das Baby getrunken hat. Aber leider sind die Babyschulen nicht klein, und die meisten Menschen besitzen keine Babyschalen.

Als weitere Option können Mütter Muttermilch in eine Flasche pumpen. Während die Flaschenversorgung genaue Volumenmessungen und die visuelle Bestätigung dafür bietet, dass das Baby Milch verbraucht, entfernt es die Vorteile des Haut-zu-Haut-Kontakts. Die zusätzlichen Schritte des Pumpen, Speicherns und Handhabungsmilchs sind zeitaufwändig und können sogar das Risiko einer bakteriellen Kontamination erhöhen.

„Das Stillen an der Brust hat mehrere Vorteile im Vergleich zur Ernährung der Muttermilch mit einer Flasche“, sagte Wicks. „In erster Linie ist diese Haut-zu-Haut-Bindung sowohl für Babys als auch für Mütter von Vorteil. Außerdem wird die Milchproduktion durch tatsächliche Stillen oft besser stimuliert.“

Obwohl andere akademische Forscher und kleine Startup-Unternehmen Technologien zur Überwachung von Aspekten von Muttermilch und Fütterung untersucht haben, sind von Experten begutachtete Studien knapp.

„Basierend auf unseren Überprüfungen der wissenschaftlichen Literatur und unseren Diskussionen mit Kinderärzten und Neonatologen gibt es keine klinisch validierten Technologien, die sich mit diesem wichtigen medizinischen Bedarf befassen“, sagte Rogers. „Unsere Arbeit erfüllt diese Lücke.“

Die richtige Strategie stecken

Rogers ‚Team entwickelte zuvor weiche, flexible drahtlose Körpersensoren zur Überwachung von Babys auf der Intensivstation sowie tragbare Sensoren zur Verfolgung der Entwässerung des Flüssigkeitsflusss durch Shunts, die üblicherweise zur Behandlung von Patienten mit Hydrozephalus verwendet werden. Rogers und sein Team waren die Erfahrung in der Arbeit mit gefährdeten Populationen und Entwicklungsgeräten, die den Flüssigkeitsfluss messen, und sein Team waren ideale Kandidaten für das Projekt.

„Unsere klinischen Kollegen fragten uns, ob wir einen Sensor entwickeln könnten, der es neuen Müttern ermöglichen würden, festzustellen, wie viel Milch ihre Babys während einer Pflegesitzung konsumieren“, sagte Rogers. „Zuerst waren wir uns nicht sicher, wie wir uns dem Problem nähern sollten. Die Strategien, mit denen wir uns verwendeten, um durch Shunts zu fließen, wenn sie oberflächlich unter der Haut durch die Orte gehen, funktionieren nicht, weil Milchkanäle zu weit unter der Hautoberfläche liegen.“

Nach Jahren fehlgeschlagener Versuche, die auf Methoden basieren, um die optischen Eigenschaften der Brust zu überwachen, um Saugbewegungen zu quantifizieren, Schluckereignisse zu verfolgen, und mehrere andere entschieden sich schließlich für eine bemerkenswert einfache Technik. Das Gerät sendet einen winzigen, sicheren elektrischen Strom durch die Brust mit zwei kleinen Pads oder Elektroden, die auf der Haut gelegt werden. Ein weiteres Elektrodenpaar erfasst den mit diesem Strom verbundenen Spannungsunterschied.

Wenn das Baby Milch trinkt, nimmt die Milchmenge in der Brust ab. Diese Reduktion führt zu einer Änderung der elektrischen Eigenschaften der Brust auf subtile, aber messbare Weise. Diese Veränderungen beziehen sich direkt auf die Menge an Milch, die aus der Brust entfernt wurde. Je größer die Menge ist, desto größer ist die Änderung der elektrischen Eigenschaften. Obwohl subtil, kann diese Änderung während des Stillens genau kalibriert und für Echtzeit-Display auf einem Smartphone quantifiziert werden.

„Dies ist ein Konzept, das als Bioimpedanz bezeichnet wird und häufig zur Messung von Körperfett verwendet wird“, sagte Rogers. „Da Muskeln, Fett, Knochen und Gewebe Elektrizität unterschiedlich leiten, kann Bioimpedanz zu einer genauen Messung des Fettgehalts führen. Auf konzeptionell ähnliche Weise können wir die Veränderung des Milchvolumens innerhalb der Brust quantifizieren. Dies war die letzte Strategie, die wir leider ausprobiert haben.

Strenge Tests

Nach dem Entwurf von ersten Prototypen optimierte das Engineering -Team es in mehreren Teststufen und Modellierung. Zunächst bauten sie vereinfachte Modelle einer Brust unter Verwendung von Materialien, die die elektrischen Eigenschaften von Haut, Fett und Milch nachahmen. Durch die genaue Kontrolle der Menge an „Milch“ in diesen Modellen konnten die Forscher sehen, wie sich die Daten des Geräts mit dem Volumen der „Milch“ veränderten.

Unter der Leitung von Avila in Rice erstellte das Team dann detaillierte Computermodelle der Brust, basierend auf der echten Anatomie. Ihre physikbasierten Computersimulationen überwachten die physiologischen Veränderungen, die während des Stillens auftreten. Mit Bioimpedanz verband Avila den Fluss elektrischer Signale mit der Milchmenge, die die Brust in Echtzeit verließ. Die anatomisch korrekten Computermodelle seines Teams enthalten patientenspezifische Brustformen und Gewebeverteilungen, sodass sie testen können, wie sich die Platzierung von Sensoren und Gewebeschwankungen auf die Lesungen auswirkt.

„Unsere Simulationsergebnisse haben den Trends von Experimenten und klinischen Studien des Menschen entspricht“, sagte Avila. „Die Verbindung unserer Modelle mit Auswirkungen in der realen Welt ist immer ein Highlight, und dies ist nur durch die Zusammenarbeit zwischen experimentellen, Modellierungs- und klinischen Teams möglich.“

Personalisiert für alle Formen und Größen

Das resultierende Gerät ist ein dünnes, weiches, biegsames Kabel, das sich leicht um den äußeren Umfang der Brust umschließt. Elektroden, die sanft an der Haut haften, werden in jedes Ende des Kabels integriert. Eine kleine, leichte „Basisstation“, die auch sanft auf der Haut montiert, befindet sich in der Mitte des Kabels zwischen den Elektroden. In einem weichen, silikonischen Gehäuse eingeschlossen, enthält die Basisstation einen kleinen wiederaufladbaren Akku, die Bluetooth -Technologie für die drahtlose Datenübertragung und einen Speicherchip.

Da jede Mutter Unterschiede in Brustdichte, Form und Größe hat, kann das Gerät durch eine einzige Kalibrierung personalisiert werden. Um das System zu kalibrieren, trägt die Mutter das Gerät, während sie eine mit einer Flasche angeschlossene Milchpumpe mit Volumenmarkierungen verwendet. Auf diese Weise kann der Benutzer das genaue Milchvolumen über einen bestimmten Zeitraum wissen. In der Zwischenzeit zeichnet das Gerät die elektrischen Eigenschaften der Brust während des gesamten Pumpprozesses auf. Dieses Kalibrierungsschema lehrt das Gerät, wie die Änderungen der elektrischen Signale für jede bestimmte Mutter interpretiert werden können.

Nach der Entwicklung von Prototypen testete das Team das Gerät auf 12 Stillmüttern – sowohl auf der Intensivstation als auch zu Hause. Um zu beurteilen, ob das Gerät im Laufe der Zeit konsistent und zuverlässig war, nahmen die Forscher mehrere Messungen von denselben Müttern, die Zeitspannen bis zu 17 Wochen angenommen.

In dieser ersten Testphase trugen die Mütter den Sensor, während sie pumpten, da dieser wichtige Schritt genau die Menge an ausdrücklichen Milchmüttern musste. In einer Testsitzung verglichen die Forscher die Daten des Geräts mit dem Unterschied des Babygewichts vor und nach dem Stillen. Insgesamt waren die Ergebnisse zwischen den Mengen in der Flasche und den vom Sensor erkannten Mengen auffallend ähnlich.

Verbesserung der Pflege auf der Intensivstation

Während das Gerät allen Eltern beruhigende und nützliche Informationen liefern würde, sagen Robinson und Wicks, dass die NICU -Babys am meisten von sorgfältiger Überwachung profitieren würden. Es ist noch kritischer zu wissen, wie viel ein Baby auf der Intensivstation isst als bei gesunden, vollständigen Säuglingen.

Diese Babys haben oft genaue Ernährungsbedürfnisse. Vorzeitige Babys haben beispielsweise möglicherweise unterentwickelte Verdauungssysteme, was sie anfälliger für die Fütterung von Intoleranz macht. Genauige Fütterungsvolumina können dazu beitragen, die Risiken für die Entwicklung von Darmstörungen und Reflux zu minimieren.

„Einige Babys sind auf eine bestimmte Anzahl von Feeds gleichzeitig beschränkt“, sagte Wicks. „Für Babys, die vorzeitig geboren werden oder sich von einer Operation erholen, können sie nur sehr langsam kleine Mengen Milch essen. Oft können wir ihnen nicht zulassen, dass sie stillen, weil es für uns keine Möglichkeit gibt, zu wissen, wie viel Milch sie von Mutter bekommen. Ein Sensor, um dies zu überwachen, um diese Babys erfolgreicher mit ihrer Mutter zu stillen.“

Zukünftige Anweisungen

Um noch benutzerfreundlicher zu werden, stellen sich die Forscher vor, dass die Technologie schließlich in komfortable Unterwäsche wie Stillen von BHs integriert werden könnte. Dies würde die Benutzerfreundlichkeit und die Gesamterfahrung des Geräts für Mütter weiter verbessern.

Die Forscher planen weiterhin, umfassende Vergleiche mit dem Gewicht vor und nach dem Feed zu vervollständigen. Das Team möchte auch sicherstellen, dass der Sensor für Mütter mit einer Vielzahl von Hauttönen verwendet werden kann. Während die aktuelle Version des Geräts die aus der Brust fließende Milch erfasst, könnten zukünftige Iterationen Milch in die Brust füllen. Dann konnten Mütter im Laufe der Zeit Veränderungen in der Milchproduktion verfolgen. Das Team plant auch, das Gerät weiter zu optimieren, damit es noch mehr Erkenntnisse wie Milchqualität und Fettgehalt erhalten kann.

„Stillen kann für Mütter extrem emotional sein, zum Teil aufgrund der Unsicherheit, wie viel Milch ihre Babys bekommen“, sagte Wicks. „Es kann mit viel Traurigkeit einhergehen, weil sich Mütter ängstlich fühlen und sie nicht gute Arbeit leisten. Oft erleben Mütter Angst, Frustration oder Symptome der Depression und geben das Stillen insgesamt auf.

„Es gibt viele Faktoren, die das Stillen erschweren. Wenn Sie in der Lage sind, ein Stück Unsicherheit zu entfernen und ihnen zu versichern, dass sie genug Milch produzieren, wird dies wirklich dazu beitragen, einen Teil dieser Stress und dieser Angst zu verringern. Für alle Mütter auf der ganzen Welt -, die in allen verschiedenen Phasen ihrer Still -Feeding -Reisen sind.

Die Studie „ein kompaktes, drahtloses System zur kontinuierlichen Überwachung der Muttermilch, die während des Stillens ausgedrückt“ wurde vom Querrey Simpson Institute for Bioelectronics, der Verteidigungsgesundheitsbehörde, der National Research Foundation von Korea und der Haythornthwaite Foundation unterstützt.

Quellen: