Jaunā ierīce piedāvā reāllaika zīdīšanas datus vecākiem un ārstiem

Jaunā ierīce piedāvā reāllaika zīdīšanas datus vecākiem un ārstiem

Lai gan zīdīšanai ir daudz priekšrocību mātei un viņas mazulim, tai ir viens būtisks mīnuss: ir neticami grūti noteikt, cik daudz piena bērns patērē.

Lai veicinātu zīdīšanu, Ziemeļrietumu universitātes inženieru, neonatologu un pediatru starpdisciplināra komanda ir izstrādājusi jaunu valkājamu ierīci, kas var nodrošināt klīniskas pakāpes nepārtrauktu mātes piena patēriņa uzraudzību.

Diskrētā ierīce klusi un ērti aptinas barojošas mātes krūti zīdīšanas laikā un bezvadu režīmā pārsūta datus uz viedtālruni vai planšetdatoru. Pēc tam māte var redzēt dzīvu grafisku attēlojumu, cik daudz piena viņas mazulis ir patērējis reāllaikā.

Novēršot nenoteiktību, ierīce var nodrošināt vecākiem mieru mazuļa pirmajās dienās un nedēļās. Jo īpaši jaunā tehnoloģija varētu palīdzēt mazināt vecāku trauksmi un uzlabot neaizsargātu mazuļu uztura klīnisko pārvaldību jaundzimušo intensīvās terapijas nodaļā (NICU).

Pētījums publicēts žurnālā trešdien (14. maijā).Dabas biomedicīnas inženierija. Lai nodrošinātu tās precizitāti un praktiskumu, ierīce ir izturējusi vairākus stingras novērtēšanas līmeņus, tostarp teorētisko modelēšanu, eksperimentus uz galda un testēšanu ar hospitalizētu jauno māšu grupu.

"Vecākiem un veselības aprūpes sniedzējiem jau sen ir bijis izaicinājums precīzi zināt, cik daudz piena bērns saņem zīdīšanas laikā," sacīja Džons A. Rodžerss no Northwestern, kurš vadīja ierīces izstrādi. "Šī tehnoloģija novērš šo nenoteiktību un nodrošina ērtu un uzticamu veidu, kā reāllaikā uzraudzīt piena uzņemšanu gan slimnīcā, gan mājās."

Neskaidrība par to, vai bērns saņem pietiekami daudz uztura, var radīt stresu ģimenēs, īpaši barojošām mātēm ar priekšlaicīgi dzimušiem mazuļiem intensīvās terapijas nodaļā. Pašlaik ir tikai apgrūtinoši veidi, kā izmērīt, cik daudz piena mazulis ir patērējis zīdīšanas laikā, piemēram, B. Bērna svēršana pirms un pēc barošanas. Mēs sagaidām, ka šis sensors būs būtisks sasniegums laktācijas uzturēšanā, samazinot spriedzi ģimenēs un palielinot pārliecību ārstiem, jo ​​zīdaiņiem attīstās zīdīšanas process, bet joprojām ir nepieciešams uztura atbalsts. Mazinot nenoteiktību un atbalstot ģimenes, lai tās sasniegtu savus zīdīšanas mērķus, tiek radīti veselīgāki bērni, veselīgākas mātes un veselīgākas kopienas. "

Dr Daniel Robinson, Northwest Medicine neonatologs un pētījuma kolēģis

Rodžerss ir bioelektronikas pionieris, kurš ir Luisa Simpsona un Kimberlijas Kverrijas Materiālzinātnes un inženierzinātņu, biomedicīnas inženierijas un neiroloģiskās ķirurģijas profesors Ziemeļrietumos, kur viņam ir tikšanās Makkormikas inženierzinātņu skolā un Feinbergas Medicīnas skolā, kā arī Kverrejas Simpsona institūta (BioQSIQSIBimpronics) direktors. Robinsons ir Feinbergas pediatrijas asociētais profesors un Čikāgas Ann & Robert H. Lurie Bērnu slimnīcas neonatoloģijas nodaļas ārstējošais ārsts. Rodžers un Robinsons vadīja pētījumu ar Dr. Kreigs Gārfīlds, Feinbergas pediatrijas profesors un Lurie Children's ārsts, un Dr. Dženifera Viksa, Lurie Children’s pediatre.

Trīs QSIB pēcdoktorantūras pētnieki vienlīdzīgi ieguldīja projektā, no kuriem katrs ir Korejas mācībspēks: Jiyhe Kim, Ajou universitātes docents, vadīja ierīces izstrādi un atbalstīja klīniskos pētījumus. Seyong OH, Hanjangas universitātes docents, izstrādāja bezvadu elektroniku; un Jae-Young Yoo, Sungkyunkwan universitātes docents, izstrādāja datu analīzes metodes. Kim un OH ir līdzautori ar Raudelu Avilu, Rīsas universitātes mašīnbūves docentu un Northwestern Ph.D. absolvents, kurš vadīja datormodelēšanu.

Risiniet neapmierinātu vajadzību

Projekts sākās pirms četriem gadiem, kad Lurie Children's komandas neonatologi un pediatri vērsās pie Rodžersas komandas ar kritisku, neapmierinātu vajadzību. Tā kā zīdīšanas laikā piena pārnešana no mātes bērnam nav redzama un piena plūsma ir atšķirīga, ir gandrīz neiespējami uzzināt precīzu mazuļa piena daudzumu vienā reizē.

"Pašlaik nav uzticamu veidu, kā uzzināt, cik daudz mazuļi ēd zīdīšanas laikā," sacīja Viksa, kura ir trīs bērnu māte. "Daži pediatri un laktācijas konsultanti izmantos svarus, lai nosvērtu mazuli pirms un pēc barošanas, un šis mērījums ļauj pienācīgi novērtēt bērna izdzertā piena daudzumu. Diemžēl bērnu skoliņas nav mazas, un lielākajai daļai cilvēku nepieder bērnu sēdeklīši.

Vēl viena iespēja māmiņām ir sūknēt mātes pienu pudelē. Lai gan barošana no pudeles nodrošina precīzus tilpuma mērījumus un vizuālu apstiprinājumu, ka mazulis patērē pienu, tā novērš ādas saskares priekšrocības. Piena atsūknēšanas, uzglabāšanas un apstrādes papildu darbības ir laikietilpīgas un var pat palielināt baktēriju piesārņojuma risku.

"Zīdīšanas periodam ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar barošanu ar mātes pienu ar pudelīti," sacīja Vikss. "Pirmkārt un galvenokārt, šī ādas-ādas saikne ir labvēlīga gan zīdaiņiem, gan mātēm. Turklāt faktiskā barošana ar krūti bieži stimulē piena ražošanu labāk."

Lai gan citi akadēmiskie pētnieki un mazie jaunuzņēmumi ir pētījuši tehnoloģijas, lai uzraudzītu mātes piena un barošanas aspektus, recenzētu pētījumu ir maz.

"Pamatojoties uz mūsu pārskatiem par zinātnisko literatūru un mūsu diskusijām ar pediatriem un neonatologiem, nav klīniski apstiprinātu tehnoloģiju, kas risinātu šo svarīgo medicīnisko vajadzību," sacīja Rodžers. "Mūsu darbs aizpilda šo plaisu."

Ieviesiet pareizo stratēģiju

Rodžersa komanda iepriekš izstrādāja mīkstus, elastīgus bezvadu ķermeņa sensorus, lai uzraudzītu mazuļus intensīvās terapijas nodaļā, kā arī valkājamus sensorus, lai izsekotu šķidruma plūsmas aizplūšanai caur šuntiem, ko parasti izmanto, lai ārstētu pacientus ar hidrocefāliju. Ar pieredzi darbā ar neaizsargātām iedzīvotāju grupām un izstrādājot ierīces, kas mēra šķidruma plūsmu, Rodžers un viņa komanda bija ideāli kandidāti projektam.

"Mūsu klīniskie kolēģi mums jautāja, vai mēs varētu izstrādāt sensoru, kas ļautu jaunajām mātēm noteikt, cik daudz piena viņu mazuļi patērē aprūpes sesijas laikā," sacīja Rodžers. "Sākumā mēs nebijām pārliecināti, kā risināt problēmu. Stratēģijas, kuras izmantojām, lai iegūtu plūsmu caur šuntiem, kad tie iet caur vietām virspusēji zem ādas, nedarbojas, jo piena kanāli atrodas pārāk tālu zem ādas virsmas."

Pēc gadiem ilgiem neveiksmīgiem mēģinājumiem, kuru pamatā bija metodes, lai uzraudzītu krūšu optiskās īpašības, kvantitatīvi noteiktu sūkšanas kustības, izsekotu rīšanas notikumiem un vairākiem citiem, viņi beidzot apņēmās izmantot ārkārtīgi vienkāršu paņēmienu. Ierīce sūta mazu, drošu elektrisko strāvu caur krūtīm, izmantojot divus mazus spilventiņus vai elektrodus, kas novietoti uz ādas. Cits elektrodu pāris nosaka ar šo strāvu saistīto sprieguma starpību.

Kad mazulis dzer pienu, piena daudzums krūtīs samazinās. Šis samazinājums rada izmaiņas krūšu elektriskās īpašībās smalkā, bet izmērāmā veidā. Šīs izmaiņas ir tieši saistītas ar piena daudzumu, kas izvadīts no krūts. Jo lielāks daudzums, jo lielākas ir elektrisko īpašību izmaiņas. Lai gan šīs izmaiņas ir smalkas, tās var precīzi kalibrēt zīdīšanas laikā un kvantitatīvi noteikt reāllaika displeju viedtālrunī.

"Šis ir jēdziens, ko sauc par bioimpedanci, un to bieži izmanto ķermeņa tauku mērīšanai," sacīja Rodžers. "Tā kā muskuļi, tauki, kauli un audi vada elektrību atšķirīgi, bioimpedance var nodrošināt precīzu tauku satura mērījumu. Konceptuāli līdzīgā veidā mēs varam kvantitatīvi noteikt piena tilpuma izmaiņas krūtīs. Šī bija pēdējā stratēģija, ko diemžēl mēģinājām.

Stingra pārbaude

Pēc sākotnējo prototipu izstrādes inženieru komanda to optimizēja vairākos testēšanas un modelēšanas posmos. Pirmkārt, viņi izveidoja vienkāršotus krūšu modeļus, izmantojot materiālus, kas atdarina ādas, tauku un piena elektriskās īpašības. Cieši kontrolējot "piena" daudzumu šajos modeļos, pētnieki varēja redzēt, kā ierīces dati mainās atkarībā no "piena" daudzuma.

Pēc tam Avila at Rice vadībā komanda izveidoja detalizētus krūšu datormodeļus, pamatojoties uz reālu anatomiju. Viņu fizikas datorsimulācijas uzraudzīja fizioloģiskās izmaiņas, kas rodas zīdīšanas laikā. Izmantojot bioimpedanci, Avila sasaistīja elektrisko signālu plūsmu ar piena daudzumu, kas iziet no krūts reāllaikā. Viņa komandas anatomiski pareizie datoru modeļi ietver pacientam specifiskas krūšu formas un audu sadalījumu, ļaujot viņiem pārbaudīt, kā sensoru izvietojums un audu svārstības ietekmē rādījumus.

"Mūsu simulācijas rezultāti atbilda eksperimentu un cilvēku klīnisko pētījumu tendencēm," sacīja Avila. "Mūsu modeļu savienošana ar ietekmi uz reālo pasauli vienmēr ir vissvarīgākā lieta, un tas ir iespējams, tikai sadarbojoties eksperimentālajām, modelēšanas un klīniskajām komandām."

Personalizēts, lai atbilstu visām formām un izmēriem

Iegūtā ierīce ir plāns, mīksts, lokans kabelis, kas nedaudz apvijas ap krūškurvja ārējo apkārtmēru. Elektrodi, kas maigi pielīp pie ādas, ir integrēti katrā kabeļa galā. Kabeļa vidū starp elektrodiem atrodas neliela, viegla “bāzes stacija”, kas arī maigi piestiprinās pie ādas. Mīkstā, silikona korpusā ievietotā bāzes stacija satur nelielu uzlādējamu akumulatoru, Bluetooth tehnoloģiju bezvadu datu pārraidei un atmiņas mikroshēmu.

Tā kā katrai mātei ir atšķirīgs krūšu blīvums, forma un izmērs, ierīci var personalizēt, veicot vienu kalibrēšanu. Lai kalibrētu sistēmu, māte nēsā ierīci, vienlaikus izmantojot krūts sūkni, kas savienota ar pudeli ar tilpuma marķējumu. Tas ļauj lietotājam uzzināt precīzu piena daudzumu noteiktā laika periodā. Tikmēr ierīce reģistrē krūšu elektriskās īpašības visā sūknēšanas procesā. Šī kalibrēšanas shēma iemāca ierīcei interpretēt katra konkrētā uzgriežņa elektrisko signālu izmaiņas.

Pēc prototipu izstrādes komanda testēja ierīci 12 barojošām mātēm - gan intensīvās terapijas nodaļā, gan mājās. Lai novērtētu, vai ierīce laika gaitā bija konsekventa un uzticama, pētnieki veica vairākus mērījumus no tām pašām mātēm, aptverot laika posmus līdz 17 nedēļām.

Šajā pirmajā pārbaudes fāzē mātes nēsāja sensoru sūknēšanas laikā, jo šim svarīgajam solim mātēm bija precīzi jāizmēra izdalītā piena daudzums. Testa sesijā pētnieki salīdzināja ierīces datus ar mazuļa svara atšķirību pirms un pēc zīdīšanas. Kopumā rezultāti bija pārsteidzoši līdzīgi starp daudzumiem pudelē un daudzumiem, ko noteica sensors.

Aprūpes uzlabošana intensīvās terapijas nodaļā

Lai gan ierīce sniegtu pārliecinošu un noderīgu informāciju visiem vecākiem, Robinsons un Viks saka, ka NICU mazuļi gūtu vislielāko labumu no rūpīgas uzraudzības. Zināt, cik daudz NICU mazulis ēd, ir vēl svarīgāk nekā veseliem, pilngadīgiem zīdaiņiem.

Šiem mazuļiem bieži ir precīzas uztura vajadzības. Piemēram, priekšlaicīgi dzimušiem zīdaiņiem var būt nepietiekami attīstīta gremošanas sistēma, padarot tos uzņēmīgākus pret barošanas nepanesību. Precīzs barošanas apjoms var palīdzēt samazināt zarnu darbības traucējumu un refluksa attīstības risku.

"Dažiem zīdaiņiem vienlaikus ir ierobežots noteikts barību skaits," sacīja Vikss. "Zīdaiņiem, kuri dzimuši priekšlaicīgi vai atgūstas no operācijas, viņi var ēst tikai nelielu daudzumu piena ļoti lēni. Bieži vien mēs nevaram ļaut viņiem barot bērnu ar krūti, jo mēs nevaram zināt, cik daudz piena viņi saņem no mātes. Sensors, lai to uzraudzītu, lai veiksmīgāk barotu šos mazuļus ar māti."

Nākotnes instrukcijas

Lai kļūtu vēl lietotājam draudzīgāks, pētnieki paredz, ka šo tehnoloģiju galu galā varētu integrēt ērtā apakšveļā, piemēram, zīdīšanas krūšturos. Tas vēl vairāk uzlabotu ierīces lietojamību un vispārējo pieredzi mātēm.

Pētnieki turpina plānot veikt visaptverošus svara salīdzinājumus pirms un pēc barošanas. Komanda arī vēlas nodrošināt, lai sensoru varētu izmantot māmiņas ar plašu ādas toņu klāstu. Lai gan pašreizējā ierīces versija uztver pienu, kas plūst no krūts, turpmākās iterācijas varētu pievienot pienu krūtīm. Tad mātes varētu izsekot piena ražošanas izmaiņām laika gaitā. Komanda arī plāno turpināt optimizēt ierīci, lai tā varētu iegūt vēl vairāk ieskatu, piemēram, piena kvalitāti un tauku saturu.

"Zīdīšanas periods mātēm var būt ārkārtīgi emocionāls, daļēji tāpēc, ka nav skaidrības par to, cik daudz piena saņem viņu mazuļi," sacīja Vikss. "To var pavadīt arī lielas skumjas, jo mammas jūtas satrauktas un nedara savu darbu. Bieži vien māmiņas izjūt trauksmi, vilšanos vai depresijas simptomus un vispār atsakās no zīdīšanas.

"Ir daudzi faktori, kas apgrūtina barošanu ar krūti. Ja jūs spējat novērst dažas neskaidrības un pārliecināt viņus, ka viņi ražo pietiekami daudz piena, tas patiešām palīdzēs mazināt šo stresu un trauksmi. Visām mātēm visā pasaulē, kuras atrodas dažādos zīdīšanas posmos.

Pētījumu "kompakta, bezvadu sistēma nepārtrauktai mātes piena uzraudzībai zīdīšanas laikā" atbalstīja Kverija Simpsona Bioelektronikas institūts, Aizsardzības veselības aģentūra, Korejas Nacionālais pētniecības fonds un Heitornthveitas fonds.

Avoti: