Ново устройство предлага данни за кърменето в реално време за родители и клиницисти

Ново устройство предлага данни за кърменето в реално време за родители и клиницисти

Докато кърменето има много предимства за майката и нейното бебе, то има един основен недостатък: невероятно трудно е да се знае колко мляко консумира бебето.

За да насърчи кърменето, интердисциплинарен екип от инженери, неонатолози и педиатри в Северозападния университет разработи ново устройство за носене, което може да осигури клиничен клас непрекъснат мониторинг на консумацията на кърма.

Дискретното устройство се увива тихо и удобно около гърдите на кърмачката по време на кърмене и безжично предава данни към смартфон или таблет. След това майката може да види на живо графично представяне на това колко мляко е консумирало нейното бебе в реално време.

Като елиминира несигурността, устройството може да осигури спокойствие на родителите през първите дни и седмици на тяхното бебе. По-специално, новата технология може да помогне за намаляване на тревожността на родителите и да подобри клиничното управление на храненето за уязвими бебета в отделението за интензивно лечение на новородени (NICU).

Проучването е публикувано в списанието в сряда (14 май).Природно биомедицинско инженерство. За да се гарантира неговата точност и практичност, устройството е преминало няколко нива на строга оценка, включително теоретично моделиране, настолни експерименти и тестване върху кохорта от хоспитализирани нови майки.

„За родителите и доставчиците на здравни грижи отдавна е предизвикателство да знаят точно колко мляко получава детето, докато кърми“, каза Джон А. Роджърс от Northwestern, който ръководи разработването на устройството. „Тази технология елиминира тази несигурност и предоставя удобен и надежден начин за наблюдение на приема на мляко в реално време, независимо дали в болницата или у дома.“

Несигурността относно това дали детето получава достатъчно храна може да причини стрес за семействата, особено за кърмещите майки с недоносени бебета в интензивното отделение. Понастоящем има само тромави начини за измерване на количеството мляко, което бебето е консумирало по време на кърмене, напр. Б. Претегляне на бебето преди и след хранене. Очакваме този сензор да бъде голям напредък в поддържането на лактацията, намалявайки стреса за семействата и увеличавайки увереността за клиницистите, тъй като кърмачетата напредват с кърменето, но все още се нуждаят от хранителна подкрепа. Намаляването на несигурността и подкрепата на семействата да постигнат целите си за кърмене води до по-здрави деца, по-здрави майки и по-здрави общности. “

Д-р Даниел Робинсън, неонатолог в Northwest Medicine и друга медицинска сестра в изследването

Роджърс е пионер в областта на биоелектрониката, който е Луис Симпсън и Кимбърли Куери, професор по материалознание и инженерство, биомедицинско инженерство и неврологична хирургия в Northwestern – където той има назначения в Инженерното училище Маккормик и Медицинското училище Фейнберг и директор на Института за биоелектроника Куери Симпсън (QSIB) (QSIB). Робинсън е доцент по педиатрия във Фейнберг и лекуващ лекар в отделението по неонатология в детската болница Ann & Robert H. Lurie в Чикаго. Роджърс и Робинсън ръководиха проучването с д-р. Крейг Гарфийлд, професор по педиатрия в Feinberg и лекар в Lurie Children’s, и д-р Дженифър Уикс, педиатър в Lurie Children’s.

Трима постдокторантски изследователи на QSIB допринесоха еднакво за проекта, всеки от които е член на факултета в Корея: Jiyhe Kim, асистент в университета Ajou, ръководи дизайна на устройството и подкрепи клиничните изпитвания. Seyong OH, асистент в университета Hanyang, разработи безжичната електроника; и Jae-young Yoo, асистент в университета Sungkyunkwan, разработиха методи за анализ на данни. Ким и ОХ са съавтори с Раудел Авила, асистент по машинно инженерство в Университета Райс и Северозападна докторска степен. завършил, ръководил компютърно моделиране.

Обърнете внимание на незадоволена нужда

Проектът започна преди четири години, когато неонатолози и педиатри от екипа на Lurie Children се обърнаха към екипа на Роджърс с критична, неудовлетворена нужда. Тъй като прехвърлянето на мляко от майка на бебе не се вижда по време на кърмене и потокът на млякото варира, е почти невъзможно да се знае точният обем на млякото на бебето за една сесия.

„Понастоящем няма надеждни начини да разберем колко ядат бебетата, докато кърмят“, каза Уикс, която е майка на три деца. „Някои педиатри и консултанти по кърмене ще използват кантар, за да претеглят бебето преди и след хранене, и това измерване дава прилична оценка на количеството мляко, което бебето е изпило. Но за съжаление училищата за бебета не са малки и повечето хора нямат бебешки столчета.

Друг вариант за майките е да изпомпват кърмата в шише. Докато храненето с шише осигурява точни измервания на обема и визуално потвърждение, че бебето консумира мляко, то премахва предимствата на контакта кожа до кожа. Допълнителните стъпки на изпомпване, съхранение и обработка на мляко отнемат време и дори могат да увеличат риска от бактериално замърсяване.

„Кърменето има няколко предимства в сравнение с храненето с кърма от шише“, каза Уикс. „Първо и най-важно, тази връзка кожа до кожа е полезна както за бебетата, така и за майките. Освен това действителното кърмене често стимулира по-добре производството на мляко.“

Въпреки че други академични изследователи и малки стартиращи компании са изследвали технологии за наблюдение на аспекти на кърмата и храненето, рецензираните проучвания са оскъдни.

„Въз основа на нашите прегледи на научната литература и нашите дискусии с педиатри и неонатолози, няма клинично валидирани технологии, които да отговарят на тази важна медицинска нужда“, каза Роджърс. „Нашата работа запълва тази празнина.“

Въведете правилната стратегия

Екипът на Роджърс преди това разработи меки, гъвкави безжични телесни сензори за наблюдение на бебета в интензивното отделение, както и носими сензори за проследяване на дренажа на потока течност през шънтове, използвани обикновено за лечение на пациенти с хидроцефалия. С опит в работата с уязвими групи от населението и разработване на устройства, които измерват потока на течности, Роджърс и неговият екип бяха идеални кандидати за проекта.

„Нашите клинични колеги ни попитаха дали можем да разработим сензор, който да позволи на новите майки да определят колко мляко консумират техните бебета по време на сесия за грижи“, каза Роджърс. „Първоначално не бяхме сигурни как да подходим към проблема. Стратегиите, които използвахме, за да накараме шунтите да преминават през места повърхностно под кожата, не работят, защото млечните канали са твърде далеч под повърхността на кожата.“

След години на неуспешни опити, базирани на методи за наблюдение на оптичните свойства на гърдата, за количествено определяне на сукателните движения, за проследяване на събитията при преглъщане и няколко други, те най-накрая се спряха на забележително проста техника. Устройството изпраща малък, безопасен електрически ток през гърдите с помощта на две малки подложки или електроди, поставени върху кожата. Друга двойка електроди открива разликата в напрежението, свързана с този ток.

Когато бебето пие мляко, количеството мляко в гърдите намалява. Това намаление води до промяна в електрическите свойства на гърдата по фин, но измерим начин. Тези промени са пряко свързани с количеството мляко, отделено от гърдата. Колкото по-голямо е количеството, толкова по-голяма е промяната в електрическите свойства. Макар и фина, тази промяна може да бъде точно калибрирана по време на кърмене и количествено определена за показване в реално време на смартфон.

„Това е концепция, наречена биоимпеданс и често се използва за измерване на телесните мазнини“, каза Роджърс. „Тъй като мускулите, мазнините, костите и тъканите провеждат електричество по различен начин, биоимпедансът може да доведе до точно измерване на съдържанието на мазнини. По концептуално подобен начин можем да определим количествено промяната в обема на млякото в гърдите. Това беше последната стратегия, която за съжаление опитахме.

Строго тестване

След като проектира първоначалните прототипи, инженерният екип го оптимизира чрез няколко етапа на тестване и моделиране. Първо, те изградиха опростени модели на гърди, използвайки материали, които имитират електрическите свойства на кожата, мазнините и млякото. Като контролират внимателно количеството „мляко“ в тези модели, изследователите успяха да видят как данните на устройството се променят с обема на „млякото“.

Воден от Авила от Райс, екипът след това създава подробни компютърни модели на гърдата, базирани на реална анатомия. Техните базирани на физика компютърни симулации наблюдават физиологичните промени, които настъпват по време на кърменето. Използвайки биоимпеданс, Авила свързва потока от електрически сигнали с количеството мляко, напускащо гърдата в реално време. Анатомично правилните компютърни модели на неговия екип включват специфични за пациента форми на гърдите и разпределение на тъканите, което им позволява да тестват как разположението на сензора и колебанията на тъканите влияят на показанията.

„Резултатите от нашите симулации съответстват на тенденциите на експериментите и клиничните проучвания при хора“, каза Авила. „Свързването на нашите модели с въздействието в реалния свят винаги е акцент и това е възможно само чрез сътрудничество между експериментални, моделиращи и клинични екипи.“

Персонализирани, за да паснат на всички форми и размери

Полученото устройство е тънък, мек, гъвкав кабел, който се увива леко около външната обиколка на гръдния кош. Във всеки край на кабела са интегрирани електроди, които нежно прилепват към кожата. Малка, лека „базова станция“, която също се монтира внимателно върху кожата, е разположена в средата на кабела между електродите. Затворена в мек, силиконов корпус, базовата станция съдържа малка акумулаторна батерия, Bluetooth технология за безжично предаване на данни и чип памет.

Тъй като всяка майка има разлики в плътността, формата и размера на гърдите, устройството може да бъде персонализирано чрез еднократно калибриране. За да калибрира системата, майката носи устройството, докато използва помпа за кърма, свързана към бутилка с маркировка за обем. Това позволява на потребителя да знае точното количество мляко за определен период от време. Междувременно устройството записва електрическите свойства на гърдата по време на процеса на изцеждане. Тази схема за калибриране учи устройството как да интерпретира промените в електрическите сигнали за всяка конкретна гайка.

След като разработи прототипи, екипът тества устройството върху 12 кърмачки - както в интензивното отделение, така и у дома. За да преценят дали устройството е последователно и надеждно във времето, изследователите са направили множество измервания от едни и същи майки, обхващащи периоди от време до 17 седмици.

В тази първа фаза на тестване майките носеха сензора, докато изцеждаха, тъй като тази важна стъпка изискваше майките да измерват точно количеството кърма, което изцеждат. В тестова сесия изследователите сравняват данните от устройството с разликата в теглото на бебето преди и след кърмене. Като цяло, резултатите бяха поразително сходни между количествата в бутилката и количествата, открити от сензора.

Подобряване на грижите в интензивното отделение

Въпреки че устройството ще предостави успокояваща и полезна информация на всички родители, Робинсън и Уикс казват, че бебетата в NICU ще имат най-голяма полза от внимателно наблюдение. Да знаете колко яде бебето в NICU е дори по-важно от здравите, доносени бебета.

Тези бебета често имат точно определени хранителни нужди. Например недоносените бебета може да имат недоразвита храносмилателна система, което ги прави по-податливи на непоносимост към хранене. Точните обеми на хранене могат да помогнат за минимизиране на рисковете от развитие на чревни разстройства и рефлукс.

„Някои бебета са ограничени до определен брой хранения наведнъж“, каза Уикс. „Бебетата, които са родени преждевременно или се възстановяват от операция, могат да ядат само малки количества мляко много бавно. Често не можем да им позволим да сучат, защото няма начин да знаем колко мляко получават от майката. Сензор за наблюдение на това, за да кърмят тези бебета по-успешно с майка си.“

Бъдещи инструкции

За да станат още по-лесни за употреба, изследователите предвиждат технологията евентуално да бъде интегрирана в удобно бельо като сутиени за кърмене. Това допълнително би подобрило използваемостта и цялостното изживяване на устройството за майките.

Изследователите продължават да планират да завършат цялостни сравнения на теглото преди и след хранене. Екипът също така иска да гарантира, че сензорът може да се използва от майки с широка гама от тонове на кожата. Докато текущата версия на устройството улавя млякото, изтичащо от гърдите, бъдещите повторения биха могли да добавят мляко към гърдите. Тогава майките биха могли да проследят промените в производството на мляко с течение на времето. Екипът също така планира допълнително да оптимизира устройството, така че да може да получава още повече информация като качество на млякото и съдържание на мазнини.

„Кърменето може да бъде изключително емоционално за майките, отчасти поради несигурността относно това колко мляко получават техните бебета“, каза Уикс. „Това може да бъде придружено от много тъга, защото майките се чувстват тревожни и не вършат добре работата си. Често майките изпитват тревожност, чувство на неудовлетвореност или симптоми на депресия и се отказват от кърменето напълно.

„Има много фактори, които затрудняват кърменето. Ако успеете да премахнете част от несигурността и да ги уверите, че произвеждат достатъчно мляко, това наистина ще помогне за облекчаване на част от този стрес и безпокойство. За всички майки по света – които са на различни етапи от своето кърмене.

Проучването, „компактна, безжична система за непрекъснат мониторинг на кърмата, изцедена по време на кърмене“, беше подкрепено от Института за биоелектроника Куери Симпсън, Агенцията по здравеопазване на отбраната, Националната изследователска фондация на Корея и фондация Хейторнуейт.

източници: