Uusi laite tarjoaa reaaliaikaista imetystietoa vanhemmille ja lääkäreille

Uusi laite tarjoaa reaaliaikaista imetystietoa vanhemmille ja lääkäreille

Vaikka imetyksestä on monia etuja äidille ja hänen vauvalleen, sillä on yksi suuri haittapuoli: on uskomattoman vaikeaa tietää, kuinka paljon maitoa vauva kuluttaa.

Imetyksen edistämiseksi Northwestern Universityn insinöörien, neonatologisten ja lastenlääkäreiden monitieteinen tiimi on kehittänyt uuden puettavan laitteen, joka voi tarjota kliinisen tason jatkuvan rintamaidon kulutuksen seurannan.

Huomaamaton laite kietoutuu hiljaa ja mukavasti imettävän äidin rinnan ympärille imetyksen aikana ja välittää tietoja langattomasti älypuhelimeen tai tablettiin. Äiti voi sitten nähdä elävän graafisen esityksen siitä, kuinka paljon maitoa hänen vauvansa on kuluttanut reaaliajassa.

Poistamalla epävarmuuden laite voi tarjota mielenrauhaa vanhemmille vauvan ensimmäisten päivien ja viikkojen aikana. Erityisesti uusi teknologia voisi auttaa vähentämään vanhempien ahdistusta ja parantamaan haavoittuvien vauvojen ravinnon kliinistä hallintaa vastasyntyneiden teho-osastolla (NICU).

Tutkimus julkaistaan ​​lehdessä keskiviikkona (14. toukokuuta).Luonnon biolääketieteen tekniikka. Tarkkuuden ja käytännöllisyyden varmistamiseksi laite on kestänyt useita tiukkoja arviointeja, mukaan lukien teoreettinen mallinnus, pöytäkokeet ja testaus sairaalassa oleville uusille äideille.

"Vanhemmille ja terveydenhuollon tarjoajille on jo pitkään ollut haaste tietää tarkalleen kuinka paljon maitoa lapsi saa imetyksen aikana", sanoi John A. Rogers Northwesternistä, joka johti laitteen kehitystä. "Tämä tekniikka poistaa tämän epävarmuuden ja tarjoaa kätevän ja luotettavan tavan seurata maidon saantia reaaliajassa, olipa kyseessä sitten sairaalassa tai kotona."

Epävarmuus siitä, saako lapsi riittävästi ravintoa, voi aiheuttaa stressiä perheille, erityisesti imettäville äideille, joilla on keskosia tehohoidossa. Tällä hetkellä on olemassa vain hankalia tapoja mitata kuinka paljon maitoa vauva on nauttinut imetyksen aikana, esim. B. Vauvan punnitseminen ennen ja jälkeen ruokinnan. Odotamme tämän anturin olevan merkittävä edistysaskel imetyksen ylläpidossa, vähentäen perheiden stressiä ja lisäävän kliinikkojen varmuutta, kun imeväiset edistyvät imetyksen aikana, mutta tarvitsevat silti ravitsemustukea. Epävarmuuden vähentäminen ja perheiden tukeminen imetystavoitteiden saavuttamisessa johtaa terveempiin lapsiin, terveempiin äideihin ja terveempiin yhteisöihin. "

Tri Daniel Robinson, Northwest Medicinen neonatologi ja tutkimuksen sairaanhoitaja

Rogers on bioelektroniikan pioneeri, joka on Louis Simpsonin ja Kimberly Querreyn materiaalitieteen ja tekniikan, biolääketieteen tekniikan ja neurologisen kirurgian professori Northwesternissä – missä hänellä on nimityksiä McCormick School of Engineeringissä ja Feinbergin lääketieteellisessä korkeakoulussa sekä QuerreySIBQSimpronics Institute for BioQSIBQ Simpronicsin (BioQSIBQSimpronics) johtaja. Robinson on pediatrian apulaisprofessori Feinbergissä ja hoitava lääkäri neonatologian osastolla Ann & Robert H. Lurien lastensairaalassa Chicagossa. Rogers ja Robinson johtivat tutkimusta Drs. Craig Garfield, Feinbergin pediatrian professori ja Lurie Children'sin lääkäri, ja tohtori Jennifer Wicks, Lurie Children'sin lastenlääkäri.

Kolme QSIB-tutkijatutkijaa osallistui projektiin tasavertaisesti, joista jokainen on tiedekunnan jäsen Koreassa: Ajoun yliopiston apulaisprofessori Jiyhe Kim johti laitteen suunnittelua ja tuki kliinisiä tutkimuksia. Seyong OH, Hanyangin yliopiston apulaisprofessori, kehitti langattoman elektroniikan; ja Sungkyunkwanin yliopiston apulaisprofessori Jae-young Yoo kehittivät menetelmiä tietojen analysointiin. Kim ja OH ovat kirjoittajia Raudel Avilan kanssa, joka on Rice Universityn konetekniikan apulaisprofessori ja Northwestern Ph.D. valmistunut, joka johti tietokonemallinnusta.

Vastaa tyydyttämättömään tarpeeseen

Projekti alkoi neljä vuotta sitten, kun Lurie Children's -tiimin neonatologit ja lastenlääkärit lähestyivät Rogers-tiimiä kriittisellä, tyydyttämättömällä tarpeella. Koska maidon siirtyminen äidiltä vauvalle ei ole näkyvissä imetyksen aikana ja maidon virtaus vaihtelee, on lähes mahdotonta tietää vauvan tarkkaa maitomäärää yhdellä kertaa.

"Tällä hetkellä ei ole luotettavia tapoja tietää, kuinka paljon vauvat syövät imetyksen aikana", sanoi Wicks, joka on kolmen lapsen äiti. "Jotkut lastenlääkärit ja imetyskonsultit käyttävät vaakaa vauvan punnitsemiseen ennen ja jälkeen ruokinnan, ja tämä mittaus antaa kunnollisen arvion vauvan juomasta maitomäärästä. Vauvakoulut eivät valitettavasti ole pieniä, eikä useimmilla ole lastenistuimia.

Toinen vaihtoehto äideille on pumpata rintamaitoa pulloon. Vaikka pulloruokinta antaa tarkat tilavuusmittaukset ja visuaalisen vahvistuksen siitä, että vauva kuluttaa maitoa, se poistaa iho-ihokontaktin edut. Maidon pumppauksen, varastoinnin ja käsittelyn lisävaiheet vievät aikaa ja voivat jopa lisätä bakteerikontaminaation riskiä.

"Imetyksellä on useita etuja verrattuna rintamaidon syöttämiseen pullolla", Wicks sanoi. "Ensinnäkin tämä ihon välinen sidos on hyödyllinen sekä vauvoille että äideille. Lisäksi varsinainen imetys stimuloi usein maidontuotantoa paremmin."

Vaikka muut akateemiset tutkijat ja pienet startup-yritykset ovat tutkineet tekniikoita rintamaidon ja ruokinnan seuraamiseksi, vertaisarvioituja tutkimuksia on vähän.

"Tieteellisen kirjallisuuden arvioiden ja lastenlääkäreiden ja neonatologien kanssa käymiemme keskustelujen perusteella ei ole kliinisesti validoitua teknologiaa, joka vastaa tähän tärkeään lääketieteelliseen tarpeeseen", Rogers sanoi. "Työmme täyttää tämän aukon."

Ota oikea strategia käyttöön

Rogersin tiimi on aiemmin kehittänyt pehmeitä, joustavia langattomia kehon antureita tehohoitoyksikön vauvojen tarkkailemiseen sekä puettavia antureita nestevirtauksen valumisen seuraamiseen shunttien kautta, joita käytetään yleisesti vesipääpotilaiden hoitoon. Rogers ja hänen tiiminsä olivat ihanteellisia ehdokkaita projektiin, koska hänellä oli kokemusta työskentelystä haavoittuvien väestöryhmien kanssa ja kehittää nestevirtausta mittaavia laitteita.

"Kliiniset kollegamme kysyivät meiltä, ​​voisimmeko kehittää anturin, jonka avulla uudet äidit voisivat määrittää, kuinka paljon maitoa heidän vauvansa kuluttavat hoitojakson aikana", Rogers sanoi. "Aluksi emme olleet varmoja, kuinka lähestyä ongelmaa. Strategiat, joilla saimme virtauksen shunttien läpi, kun ne kulkevat pinnallisesti ihon alla, eivät toimi, koska maitokanavat ovat liian kaukana ihon pinnan alapuolella."

Vuosia kestäneiden epäonnistuneiden yritysten jälkeen, jotka perustuivat menetelmiin seurata rintojen optisia ominaisuuksia, mitata imemisliikkeitä, seurata nielemistapahtumia ja monia muita, he päätyivät lopulta erittäin yksinkertaiseen tekniikkaan. Laite lähettää pienen, turvallisen sähkövirran rinnan läpi käyttämällä kahta pientä pehmustetta tai elektrodia, jotka on asetettu iholle. Toinen elektrodipari havaitsee tähän virtaan liittyvän jännite-eron.

Kun vauva juo maitoa, maidon määrä rinnassa vähenee. Tämä pienentyminen johtaa rintojen sähköisten ominaisuuksien muutokseen hienovaraisella mutta mitattavissa olevalla tavalla. Nämä muutokset liittyvät suoraan rinnasta poistetun maidon määrään. Mitä suurempi määrä, sitä suurempi muutos sähköisissä ominaisuuksissa on. Vaikka tämä muutos on hienovarainen, se voidaan kalibroida tarkasti imetyksen aikana ja kvantifioida reaaliaikaista näyttöä varten älypuhelimessa.

"Tämä on bioimpedanssiksi kutsuttu käsite, ja sitä käytetään usein kehon rasvan mittaamiseen", Rogers sanoi. "Koska lihakset, rasvat, luut ja kudokset johtavat sähköä eri tavalla, bioimpedanssi voi johtaa rasvapitoisuuden tarkkaan mittaukseen. Käsitteellisesti samalla tavalla voimme kvantifioida maidon tilavuuden muutoksen rinnassa. Tämä oli viimeinen strategia, jota valitettavasti kokeilimme.

Tiukka testaus

Alkuprototyyppien suunnittelun jälkeen insinööritiimi optimoi sen useiden testaus- ja mallinnusvaiheiden kautta. Ensin he rakensivat yksinkertaistettuja malleja rinnasta materiaaleista, jotka jäljittelevät ihon, rasvan ja maidon sähköisiä ominaisuuksia. Kontrolloimalla "maidon" määrää näissä malleissa tutkijat pystyivät näkemään, kuinka laitteen tiedot muuttuivat "maidon" määrän mukaan.

Avilan johtama Rice-tiimi loi sitten yksityiskohtaisia ​​tietokonemalleja rinnoista, jotka perustuvat todelliseen anatomiaan. Heidän fysiikkaan perustuvilla tietokonesimulaatioilla seurattiin imetyksen aikana tapahtuvia fysiologisia muutoksia. Bioimpedanssin avulla Avila yhdisti sähköisten signaalien virtauksen rinnasta lähtevän maidon määrään reaaliajassa. Hänen tiiminsä anatomisesti oikeita tietokonemalleja sisältävät potilaskohtaiset rintojen muodot ja kudosjakaumat, minkä ansiosta he voivat testata, kuinka anturin sijoitus ja kudosten vaihtelut vaikuttavat lukemiin.

"Simulaatiotuloksemme vastasivat kokeiden ja ihmisillä tehtyjen kliinisten tutkimusten suuntauksia", Avila sanoi. "Malleidemme yhdistäminen todelliseen vaikutukseen on aina kohokohta, ja tämä on mahdollista vain kokeellisten, mallinnus- ja kliinisten tiimien yhteistyöllä."

Mukautettu sopimaan kaikkiin muotoihin ja kokoihin

Tuloksena oleva laite on ohut, pehmeä, taipuisa kaapeli, joka kiertyy hieman rinnan ulkokehän ympärille. Elektrodit, jotka tarttuvat kevyesti ihoon, on integroitu kaapelin molempiin päihin. Pieni, kevyt "tukiasema", joka myös kiinnittyy hellästi iholle, sijaitsee kaapelin keskellä elektrodien välissä. Pehmeän silikonikotelon sisällä oleva tukiasema sisältää pienen ladattavan akun, Bluetooth-tekniikan langattomaan tiedonsiirtoon ja muistisirun.

Koska jokaisella äidillä on eroja rintojen tiheydessä, muodossa ja koossa, laite voidaan yksilöidä yhdellä kalibroinnilla. Järjestelmän kalibroimiseksi äiti käyttää laitetta, kun hän käyttää rintapumppua, joka on kytketty pulloon, jossa on tilavuusmerkinnät. Näin käyttäjä voi tietää tarkan maidon määrän tietyn ajanjakson aikana. Samaan aikaan laite tallentaa rintojen sähköiset ominaisuudet koko pumppausprosessin ajan. Tämä kalibrointikaavio opettaa laitetta tulkitsemaan kunkin mutterin sähköisten signaalien muutokset.

Prototyyppien kehittämisen jälkeen tiimi testasi laitetta 12 imettävällä äidillä - sekä teho-osastolla että kotona. Arvioidakseen, oliko laite johdonmukainen ja luotettava ajan mittaan, tutkijat tekivät useita mittauksia samoista äideistä, jotka kattoivat ajanjakson jopa 17 viikkoa.

Tässä testauksen ensimmäisessä vaiheessa äidit käyttivät anturia pumppauksen aikana, koska tämä tärkeä vaihe vaati äitejä mittaamaan tarkasti erittymänsä maidon määrän. Testiistunnossa tutkijat vertasivat laitteen tietoja vauvan painon eroon ennen imetystä ja sen jälkeen. Kaiken kaikkiaan tulokset olivat hämmästyttävän samankaltaiset pullossa olevien määrien ja anturin havaitsemien määrien välillä.

Hoidon parantaminen teho-osastolla

Vaikka laite antaisi rauhoittavaa ja hyödyllistä tietoa kaikille vanhemmille, Robinson ja Wicks sanovat, että NICU-vauvat hyötyisivät eniten huolellisesta seurannasta. Tietäen kuinka paljon NICU-vauva syö, on jopa tärkeämpää kuin terveet, täysiaikaiset vauvat.

Näillä vauvoilla on usein tarkat ravintotarpeet. Esimerkiksi keskosilla voi olla alikehittynyt ruoansulatusjärjestelmä, mikä tekee heistä alttiimpia ruokinta-intoleranssille. Tarkat ruokintamäärät voivat auttaa minimoimaan suolistosairauksien ja refluksin kehittymisen riskiä.

"Jotkut vauvat ovat rajoitettu tiettyyn määrään ruokkia kerrallaan", Wicks sanoi. "Ennenaikaisesti syntyneet tai leikkauksesta toipuvat vauvat voivat syödä vain pieniä määriä maitoa hyvin hitaasti. Usein emme voi antaa heidän imettää, koska emme voi tietää, kuinka paljon maitoa he saavat äidiltä. Anturi, joka valvoo tätä, jotta nämä vauvat voidaan imettää menestyksekkäämmin äitinsä kanssa."

Tulevat ohjeet

Tullakseen entistä käyttäjäystävällisemmäksi tutkijat kuvittelevat, että tekniikka voitaisiin lopulta integroida mukaviin alusvaatteisiin, kuten imetysliiveihin. Tämä parantaisi entisestään laitteen käytettävyyttä ja yleistä käyttökokemusta äideille.

Tutkijat aikovat edelleen suorittaa kattavia vertailuja ennen ruokintaa ja sen jälkeistä painoa. Tiimi haluaa myös varmistaa, että anturia voivat käyttää äidit, joilla on laaja valikoima ihonvärejä. Vaikka laitteen nykyinen versio kaappaa rinnasta virtaavan maidon, tulevat iteraatiot voivat lisätä maitoa rintaan. Sitten äidit voisivat seurata maidontuotannon muutoksia ajan myötä. Tiimi aikoo myös optimoida laitetta edelleen, jotta se voi saada entistä enemmän tietoa, kuten maidon laatua ja rasvapitoisuutta.

"Imettäminen voi olla äärimmäisen tunteellista äideille, mikä johtuu osittain epävarmuudesta siitä, kuinka paljon maitoa heidän vauvansa saavat", Wicks sanoi. "Siihen voi liittyä paljon surua, koska äidit ovat ahdistuneita ja he eivät tee hyvää työtä. Usein äidit kokevat ahdistusta, turhautumista tai masennuksen oireita ja luopuvat imettämisestä kokonaan.

"On monia tekijöitä, jotka vaikeuttavat imetystä. Jos pystyt poistamaan osan epävarmuudesta ja vakuuttamaan heille, että he tuottavat tarpeeksi maitoa, se todella auttaa lievittämään stressiä ja ahdistusta. Kaikille äideille ympäri maailmaa - jotka ovat imetysmatkansa eri vaiheissa.

Querrey Simpson Institute for Bioelectronics, Defense Health Agency, Korean kansallinen tutkimussäätiö ja Haythornthwaite Foundation tukivat tutkimusta, "pieni, langaton järjestelmä imetyksen aikana erittyneen rintamaidon jatkuvaan seurantaan".

Lähteet: