Ny enhed tilbyder ammedata i realtid til forældre og klinikere

Ny enhed tilbyder ammedata i realtid til forældre og klinikere

Mens amning har mange fordele for en mor og hendes baby, har det én stor ulempe: det er utroligt svært at vide, hvor meget mælk barnet indtager.

For at opmuntre til amning har et tværfagligt team af ingeniører, neonatologer og børnelæger ved Northwestern University udviklet en ny bærbar enhed, der kan give klinisk-grad kontinuerlig overvågning af modermælksforbrug.

Den diskrete enhed vikler sig stille og behageligt rundt om en ammende mors bryst, mens den ammer og overfører trådløst data til en smartphone eller tablet. Moderen kan derefter se en live grafisk repræsentation af, hvor meget mælk hendes baby har indtaget i realtid.

Ved at eliminere usikkerhed kan enheden give forældre ro i sindet i løbet af deres babys første dage og uger. Især kan den nye teknologi hjælpe med at reducere forældrenes angst og forbedre den kliniske håndtering af ernæring til sårbare babyer på neonatal intensivafdeling (NICU).

Undersøgelsen er offentliggjort i tidsskriftet onsdag (14. maj).Natur biomedicinsk teknik. For at sikre dens nøjagtighed og funktionalitet har enheden gennemgået flere niveauer af streng evaluering, herunder teoretisk modellering, benchtop-eksperimenter og test på en gruppe af indlagte nybagte mødre.

"Det har længe været en udfordring for forældre og sundhedspersonale at vide præcis, hvor meget mælk et barn får, mens det ammer," sagde John A. Rogers fra Northwestern, der ledede udviklingen af ​​enheden. "Denne teknologi eliminerer denne usikkerhed og giver en bekvem og pålidelig måde at overvåge mælkeindtaget i realtid, uanset om det er på hospitalet eller derhjemme."

Usikkerhed om, hvorvidt et barn får nok ernæring, kan forårsage stress for familier, især ammende mødre med for tidligt fødte børn på intensivafdelingen. I øjeblikket er der kun besværlige måder at måle, hvor meget mælk en baby har indtaget under amning, f.eks. B. Vejning af barnet før og efter fodring. Vi forventer, at denne sensor vil være et stort fremskridt inden for amningsvedligeholdelse, hvilket reducerer stress for familier og øger trygheden for klinikere, efterhånden som spædbørn udvikler sig med amning, men stadig har brug for ernæringsstøtte. At reducere usikkerhed og støtte familier i at nå deres ammemål fører til sundere børn, sundere mødre og sundere samfund. “

Dr. Daniel Robinson, neonatolog ved Northwest Medicine og sygeplejerske i undersøgelsen

Rogers er en bioelektronisk pioner, som er Louis Simpson og Kimberly Querrey professor i materialevidenskab og teknik, biomedicinsk teknik og neurologisk kirurgi ved Northwestern - hvor han har ansættelser på McCormick School of Engineering og Feinberg School of Medicine og direktør for Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB) har (QSIB). Robinson er lektor i pædiatri ved Feinberg og behandlende læge i afdelingen for neonatologi på Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital i Chicago. Rogers og Robinson ledede undersøgelsen med Dr. Craig Garfield, professor i pædiatri ved Feinberg og læge ved Lurie Children's, og Dr. Jennifer Wicks, børnelæge ved Lurie Children's.

Tre QSIB-postdoc-forskere bidrog ligeligt til projektet, som hver især er fakultetsmedlem i Korea: Jiyhe Kim, assisterende professor ved Ajou University, ledede enhedsdesignet og støttede kliniske forsøg. Seyong OH, assisterende professor ved Hanyang University, udviklede den trådløse elektronik; og Jae-young Yoo, assisterende professor ved Sungkyunkwan University, udviklede metoder til dataanalyse. Kim og OH er medforfattere med Raudel Avila, en assisterende professor i maskinteknik ved Rice University og Northwestern Ph.D. kandidat, der ledede computermodellering.

Imødekomme et udækket behov

Projektet begyndte for fire år siden, da neonatologer og børnelæger på Lurie Children's-teamet henvendte sig til Rogers-teamet med et kritisk, udækket behov. Fordi mælkeoverførslen fra mor til baby ikke er synlig under amning, og mælkeflowet varierer, er det næsten umuligt at kende en babys nøjagtige mælkemængde i én session.

"Der er i øjeblikket ingen pålidelige måder at vide, hvor meget babyer spiser, mens de ammer," sagde Wicks, som er mor til tre. "Nogle børnelæger og amningskonsulenter vil bruge en vægt til at veje en baby før og efter fodring, og denne måling giver et anstændigt skøn over mængden af ​​mælk, babyen har drukket. Men desværre er babyskoler ikke små, og de fleste ejer ikke babystole."

En anden mulighed for mødre er at pumpe modermælk i en flaske. Mens flaskemadning giver nøjagtige volumenmålinger og visuel bekræftelse af, at barnet indtager mælk, fjerner det fordelene ved hud-mod-hud-kontakt. De yderligere trin til pumpning, opbevaring og håndtering af mælk er tidskrævende og kan endda øge risikoen for bakteriel kontaminering.

"Amning har flere fordele sammenlignet med at fodre modermælk med en flaske," sagde Wicks. "Først og fremmest er denne hud-til-hud-binding gavnlig for både babyer og mødre. Derudover stimulerer egentlig amning ofte mælkeproduktionen bedre."

Selvom andre akademiske forskere og små startup-virksomheder har undersøgt teknologier til at overvåge aspekter af modermælk og fodring, er peer-reviewede undersøgelser sjældne.

"Baseret på vores anmeldelser af den videnskabelige litteratur og vores diskussioner med børnelæger og neonatologer, er der ingen klinisk validerede teknologier, der adresserer dette vigtige medicinske behov," sagde Rogers. "Vores arbejde udfylder dette hul."

Læg den rigtige strategi på plads

Rogers' team har tidligere udviklet bløde, fleksible trådløse kropssensorer til at overvåge babyer på intensivafdelingen, såvel som bærbare sensorer til at spore dræningen af ​​væskestrømmen gennem shunts, der almindeligvis bruges til at behandle patienter med hydrocephalus. Med erfaring med at arbejde med sårbare befolkningsgrupper og udvikle enheder, der måler væskeflow, var Rogers og hans team ideelle kandidater til projektet.

"Vores kliniske kolleger spurgte os, om vi kunne udvikle en sensor, der ville give nybagte mødre mulighed for at bestemme, hvor meget mælk deres babyer indtager under en plejesession," sagde Rogers. "Først var vi ikke sikre på, hvordan vi skulle gribe problemet an. De strategier, vi brugte til at få flow gennem shunts, når de passerer gennem steder overfladisk under huden, virker ikke, fordi mælkekanalerne er for langt under hudens overflade."

Efter mange års mislykkede forsøg baseret på metoder til at overvåge brystets optiske egenskaber, kvantificere sugebevægelser, spore synkebegivenheder og flere andre, slog de sig endelig fast på en bemærkelsesværdig enkel teknik. Enheden sender en lille, sikker elektrisk strøm gennem brystet ved hjælp af to små puder, eller elektroder, placeret på huden. Et andet par elektroder detekterer spændingsforskellen forbundet med denne strøm.

Når barnet drikker mælk, falder mængden af ​​mælk i brystet. Denne reduktion resulterer i en ændring i brystets elektriske egenskaber på en subtil, men målbar måde. Disse ændringer er direkte relateret til mængden af ​​mælk, der fjernes fra brystet. Jo større mængde, jo større ændring i elektriske egenskaber. Selvom den er subtil, kan denne ændring kalibreres nøjagtigt under amning og kvantificeres til realtidsvisning på en smartphone.

"Dette er et koncept kaldet bioimpedans og bruges ofte til at måle kropsfedt," sagde Rogers. "Fordi muskler, fedt, knogler og væv leder elektricitet forskelligt, kan bioimpedans føre til en nøjagtig måling af fedtindholdet. På en konceptuelt lignende måde kan vi kvantificere ændringen i mælkevolumen i brystet. Dette var den sidste strategi, vi desværre prøvede.

Strenge test

Efter at have designet indledende prototyper, optimerede ingeniørteamet det gennem flere faser af test og modellering. Først byggede de forenklede modeller af et bryst ved hjælp af materialer, der efterligner de elektriske egenskaber af hud, fedt og mælk. Ved nøje at kontrollere mængden af ​​"mælk" i disse modeller var forskerne i stand til at se, hvordan enhedens data ændrede sig med mængden af ​​"mælk".

Ledet af Avila hos Rice skabte holdet derefter detaljerede computermodeller af brystet baseret på ægte anatomi. Deres fysik-baserede computersimuleringer overvågede de fysiologiske ændringer, der opstår under amning. Ved hjælp af bioimpedans koblede Avila strømmen af ​​elektriske signaler til mængden af ​​mælk, der forlader brystet i realtid. Hans teams anatomisk korrekte computermodeller inkluderer patientspecifikke brystformer og vævsfordelinger, hvilket giver dem mulighed for at teste, hvordan sensorplacering og vævsudsving påvirker aflæsninger.

"Vores simuleringsresultater matchede tendenserne i eksperimenter og humane kliniske undersøgelser," sagde Avila. "At forbinde vores modeller med den virkelige verden er altid et højdepunkt, og dette er kun muligt gennem samarbejde mellem eksperimentelle, modellerende og kliniske teams."

Personliggjort til at passe til alle former og størrelser

Den resulterende enhed er et tyndt, blødt, bøjeligt kabel, der vikler sig lidt rundt om brystets ydre omkreds. Elektroder, der klæber blidt til huden, er integreret i hver ende af kablet. En lille letvægts "basestation", som også monteres blidt på huden, er placeret i midten af ​​kablet mellem elektroderne. Basestationen er indkapslet i et blødt silikonehus og indeholder et lille genopladeligt batteri, Bluetooth-teknologi til trådløs dataoverførsel og en hukommelseschip.

Da hver mor har forskelle i brysttæthed, form og størrelse, kan enheden tilpasses gennem en enkelt kalibrering. For at kalibrere systemet bærer moderen enheden, mens hun bruger en brystpumpe forbundet til en flaske med volumenmarkeringer. Dette giver brugeren mulighed for at kende den nøjagtige mængde mælk over en vis periode. I mellemtiden registrerer enheden brystets elektriske egenskaber under hele pumpeprocessen. Dette kalibreringsskema lærer enheden, hvordan man fortolker ændringerne i elektriske signaler for hver bestemt møtrik.

Efter at have udviklet prototyper testede holdet enheden på 12 ammende mødre - både på intensivafdelingen og derhjemme. For at vurdere, om enheden var konsistent og pålidelig over tid, tog forskere flere målinger fra de samme mødre, der dækkede tidsperioder på op til 17 uger.

I denne første fase af testen bar mødre sensoren, mens de pumpede, da dette vigtige trin krævede, at mødre nøjagtigt målte mængden af ​​mælk, de udpumpede. I en testsession sammenlignede forskere enhedens data med forskellen i babyvægt før og efter amning. Samlet set var resultaterne slående ens mellem mængderne i flasken og de mængder, der blev registreret af sensoren.

Forbedring af plejen på intensivafdelingen

Mens enheden ville give betryggende og nyttig information til alle forældre, siger Robinson og Wicks, at NICU-børn vil have mest gavn af omhyggelig overvågning. At vide, hvor meget en NICU-baby spiser, er endnu mere kritisk end sunde, fuldbårne spædbørn.

Disse babyer har ofte præcise ernæringsbehov. For eksempel kan for tidligt fødte børn have underudviklede fordøjelsessystem, hvilket gør dem mere modtagelige for foderintolerance. Nøjagtige fodermængder kan hjælpe med at minimere risikoen for udvikling af tarmsygdomme og refluks.

"Nogle babyer er begrænset til et bestemt antal fodring ad gangen," sagde Wicks. "For babyer, der er født for tidligt eller kommer sig efter operationen, kan de kun spise små mængder mælk meget langsomt. Ofte kan vi ikke tillade dem at amme, fordi der ikke er nogen måde for os at vide, hvor meget mælk de får fra mor. En sensor til at overvåge dette for at amme disse babyer mere succesfuldt sammen med deres mor."

Fremtidige instruktioner

For at blive endnu mere brugervenlig forestiller forskerne sig, at teknologien med tiden kan integreres i behageligt undertøj som amme-bh'er. Dette ville yderligere forbedre brugervenligheden og den samlede oplevelse af enheden for mødre.

Forskere planlægger fortsat at gennemføre omfattende sammenligninger af vægt før og efter fodring. Teamet ønsker også at sikre, at sensoren kan bruges af mødre med en bred vifte af hudfarver. Mens den nuværende version af enheden fanger mælk, der strømmer fra brystet, kan fremtidige iterationer tilføje mælk til brystet. Så kunne mødre spore ændringer i mælkeproduktionen over tid. Holdet planlægger også at optimere enheden yderligere, så den kan opnå endnu mere indsigt såsom mælkekvalitet og fedtindhold.

"Amning kan være ekstremt følelsesladet for mødre, delvist på grund af usikkerhed om, hvor meget mælk deres babyer får," sagde Wicks. "Det kan være ledsaget af en masse tristhed, fordi mødre føler sig angste, og de ikke gør et godt stykke arbejde. Ofte oplever mødre angst, frustration eller symptomer på depression og opgiver helt at amme.

"Der er mange faktorer, der gør amning svær. Hvis du er i stand til at fjerne noget af usikkerheden og forsikre dem om, at de producerer nok mælk, vil det virkelig være med til at lindre noget af den stress og angst. For alle mødre rundt om i verden - som er på alle forskellige stadier af deres ammerejser.

Undersøgelsen, "et kompakt, trådløst system til kontinuerlig overvågning af modermælk udtrykt under amning," blev støttet af Querrey Simpson Institute for Bioelectronics, Defense Health Agency, National Research Foundation of Korea og Haythornthwaite Foundation.

Kilder: