Nieuw apparaat biedt realtime gegevens over borstvoeding voor ouders en artsen

Nieuw apparaat biedt realtime gegevens over borstvoeding voor ouders en artsen

Hoewel borstvoeding veel voordelen heeft voor een moeder en haar baby, heeft het één groot nadeel: het is ongelooflijk moeilijk om te weten hoeveel melk de baby drinkt.

Om borstvoeding aan te moedigen heeft een interdisciplinair team van ingenieurs, neonatologen en kinderartsen van de Northwestern University een nieuw draagbaar apparaat ontwikkeld dat continue monitoring van de consumptie van moedermelk op klinisch niveau kan bieden.

Het discrete apparaat wikkelt zich stil en comfortabel om de borst van een moeder die borstvoeding geeft en verzendt draadloos gegevens naar een smartphone of tablet. De moeder kan dan in realtime een live grafische weergave zien van hoeveel melk haar baby heeft geconsumeerd.

Door onzekerheid weg te nemen, kan het apparaat ouders gemoedsrust bieden tijdens de eerste dagen en weken van hun baby. In het bijzonder zou de nieuwe technologie de angst van ouders kunnen helpen verminderen en het klinische beheer van de voeding voor kwetsbare baby's op de neonatale intensive care (NICU) kunnen verbeteren.

De studie wordt woensdag (14 mei) in het tijdschrift gepubliceerd.Natuur Biomedische Technologie. Om de nauwkeurigheid en bruikbaarheid ervan te garanderen, heeft het apparaat verschillende niveaus van rigoureuze evaluatie doorstaan, waaronder theoretische modellering, benchtop-experimenten en testen op een cohort nieuwe moeders in het ziekenhuis.

“Het is lange tijd een uitdaging geweest voor ouders en zorgverleners om precies te weten hoeveel melk een kind krijgt tijdens het geven van borstvoeding”, zegt John A. Rogers van Northwestern, die leiding gaf aan de ontwikkeling van het apparaat. “Deze technologie elimineert die onzekerheid en biedt een handige en betrouwbare manier om de melkinname in realtime te monitoren, zowel in het ziekenhuis als thuis.”

Onzekerheid over de vraag of een kind voldoende voeding krijgt, kan stress veroorzaken voor gezinnen, vooral voor moeders die borstvoeding geven met premature baby's op de intensive care. Momenteel zijn er alleen maar omslachtige manieren om te meten hoeveel melk een baby heeft gedronken tijdens de borstvoeding. B. Het wegen van de baby voor en na het voeden. We verwachten dat deze sensor een grote vooruitgang zal betekenen bij het in stand houden van de lactatie, waardoor de stress voor gezinnen wordt verminderd en de geruststelling voor artsen toeneemt naarmate baby's vooruitgang boeken met het geven van borstvoeding, maar nog steeds voedingsondersteuning nodig hebben. Het verminderen van de onzekerheid en het ondersteunen van gezinnen bij het bereiken van hun borstvoedingsdoelen leidt tot gezondere kinderen, gezondere moeders en gezondere gemeenschappen. “

Dr. Daniel Robinson, neonatoloog bij Northwest Medicine en collega-verpleegkundige van de studie

Rogers is een bio-elektronische pionier die de Louis Simpson en Kimberly Querrey hoogleraar Materials Science and Engineering, Biomedical Engineering en Neurological Surgery is aan Northwestern – waar hij benoemingen bekleedt aan de McCormick School of Engineering en Feinberg School of Medicine en directeur van het Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB). Robinson is universitair hoofddocent kindergeneeskunde bij Feinberg en behandelend arts op de afdeling neonatologie bij het Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital in Chicago. Rogers en Robinson leidden het onderzoek samen met Drs. Craig Garfield, hoogleraar kindergeneeskunde bij Feinberg en arts bij Lurie Children's, en Dr. Jennifer Wicks, kinderarts bij Lurie Children's.

Drie postdoctorale onderzoekers van QSIB hebben in gelijke mate bijgedragen aan het project, van wie elk lid is van de faculteit in Korea: Jiyhe Kim, assistent-professor aan de Ajou Universiteit, leidde het ontwerp van het apparaat en ondersteunde klinische onderzoeken. Seyong OH, assistent-professor aan de Hanyang Universiteit, ontwikkelde de draadloze elektronica; en Jae-young Yoo, assistent-professor aan de Sungkyunkwan Universiteit, ontwikkelden methoden voor data-analyse. Kim en OH zijn co-auteurs met Raudel Avila, een assistent-professor werktuigbouwkunde aan de Rice University en Northwestern Ph.D. afgestudeerd die leiding gaf aan computermodellering.

Een onvervulde behoefte aanpakken

Het project begon vier jaar geleden toen neonatologen en kinderartsen van het Lurie Children's-team het Rogers-team benaderden met een cruciale, onvervulde behoefte. Omdat de melkoverdracht van moeder op baby tijdens het geven van borstvoeding niet zichtbaar is en de melkstroom varieert, is het vrijwel onmogelijk om in één sessie het exacte melkvolume van een baby te bepalen.

“Er zijn momenteel geen betrouwbare manieren om te weten hoeveel baby’s eten tijdens de borstvoeding”, zegt Wicks, moeder van drie kinderen. “Sommige kinderartsen en lactatiekundigen gebruiken een weegschaal om een ​​baby voor en na het voeden te wegen, en deze meting geeft een goede schatting van de hoeveelheid melk die de baby heeft gedronken. Maar helaas zijn babyscholen niet klein en hebben de meeste mensen geen kinderzitjes.

Een andere optie voor moeders is om moedermelk in een fles te pompen. Hoewel flesvoeding nauwkeurige volumemetingen en een visuele bevestiging biedt dat de baby melk drinkt, worden de voordelen van huid-op-huidcontact tenietgedaan. De extra stappen voor het verpompen, opslaan en hanteren van melk zijn tijdrovend en kunnen zelfs het risico op bacteriële besmetting vergroten.

“Borstvoeding heeft verschillende voordelen vergeleken met het geven van moedermelk met een fles”, zegt Wicks. "Eerst en vooral is deze huid-op-huid band gunstig voor zowel baby's als moeders. Bovendien stimuleert daadwerkelijke borstvoeding de melkproductie vaak beter."

Hoewel andere academische onderzoekers en kleine startende bedrijven technologieën hebben onderzocht om aspecten van moedermelk en voeding te monitoren, zijn collegiaal getoetste onderzoeken schaars.

“Gebaseerd op onze beoordelingen van de wetenschappelijke literatuur en onze gesprekken met kinderartsen en neonatologen, zijn er geen klinisch gevalideerde technologieën die tegemoetkomen aan deze belangrijke medische behoefte”, aldus Rogers. “Ons werk vult deze leemte op.”

Zorg voor de juiste strategie

Het team van Rogers ontwikkelde eerder zachte, flexibele draadloze lichaamssensoren om baby's op de intensive care te monitoren, evenals draagbare sensoren om de afvoer van vloeistofstroom door shunts te volgen, die vaak worden gebruikt om patiënten met hydrocephalus te behandelen. Met ervaring in het werken met kwetsbare bevolkingsgroepen en het ontwikkelen van apparaten die de vloeistofstroom meten, waren Rogers en zijn team ideale kandidaten voor het project.

“Onze klinische collega’s vroegen ons of we een sensor konden ontwikkelen waarmee nieuwe moeders kunnen bepalen hoeveel melk hun baby’s consumeren tijdens een verzorgingssessie”, aldus Rogers. "In eerste instantie wisten we niet zeker hoe we het probleem moesten aanpakken. De strategieën die we gebruikten om stroom door shunts te krijgen terwijl ze oppervlakkig onder de huid passeren, werken niet omdat de melkkanalen zich te ver onder het huidoppervlak bevinden."

Na jaren van mislukte pogingen gebaseerd op methoden om de optische eigenschappen van de borst te monitoren, om zuigbewegingen te kwantificeren, om slikgebeurtenissen te volgen, en diverse andere, kwamen ze uiteindelijk tot een opmerkelijk eenvoudige techniek. Het apparaat stuurt een kleine, veilige elektrische stroom door de borstkas met behulp van twee kleine kussentjes of elektroden die op de huid worden geplaatst. Een ander paar elektroden detecteert het spanningsverschil dat met deze stroom gepaard gaat.

Wanneer de baby melk drinkt, neemt de hoeveelheid melk in de borst af. Deze vermindering resulteert op een subtiele maar meetbare manier in een verandering in de elektrische eigenschappen van de borst. Deze veranderingen houden rechtstreeks verband met de hoeveelheid melk die uit de borst wordt verwijderd. Hoe groter de hoeveelheid, hoe groter de verandering in elektrische eigenschappen. Hoewel subtiel, kan deze verandering tijdens het geven van borstvoeding nauwkeurig worden gekalibreerd en gekwantificeerd voor realtime weergave op een smartphone.

"Dit is een concept dat bio-impedantie wordt genoemd en dat vaak wordt gebruikt om lichaamsvet te meten," zei Rogers. "Omdat spieren, vet, botten en weefsel elektriciteit anders geleiden, kan bio-impedantie leiden tot een nauwkeurige meting van het vetgehalte. Op een conceptueel vergelijkbare manier kunnen we de verandering in het melkvolume in de borst kwantificeren. Dit was de laatste strategie die we helaas hebben geprobeerd.

Rigoureuze testen

Na het ontwerpen van de eerste prototypes heeft het technische team deze via verschillende test- en modelleringsfasen geoptimaliseerd. Eerst bouwden ze vereenvoudigde modellen van een borst met materialen die de elektrische eigenschappen van huid, vet en melk nabootsen. Door de hoeveelheid ‘melk’ in deze modellen nauwlettend te controleren, konden de onderzoekers zien hoe de gegevens van het apparaat veranderden met het volume ‘melk’.

Onder leiding van Avila van Rice creëerde het team vervolgens gedetailleerde computermodellen van de borst op basis van echte anatomie. Hun op fysica gebaseerde computersimulaties volgden de fysiologische veranderingen die optreden tijdens het geven van borstvoeding. Met behulp van bio-impedantie koppelde Avila de stroom van elektrische signalen in realtime aan de hoeveelheid melk die de borst verlaat. De anatomisch correcte computermodellen van zijn team omvatten patiëntspecifieke borstvormen en weefselverdelingen, waardoor ze kunnen testen hoe sensorplaatsing en weefselfluctuaties de metingen beïnvloeden.

“Onze simulatieresultaten kwamen overeen met de trends van experimenten en klinische onderzoeken bij mensen,” zei Avila. “Het verbinden van onze modellen met de impact in de echte wereld is altijd een hoogtepunt, en dit is alleen mogelijk door samenwerking tussen experimentele, modellerings- en klinische teams.”

Gepersonaliseerd voor alle soorten en maten

Het resulterende apparaat is een dunne, zachte, buigzame kabel die zich lichtjes rond de buitenomtrek van de borstkas wikkelt. In elk uiteinde van de kabel zijn elektroden geïntegreerd die zacht op de huid hechten. In het midden van de kabel, tussen de elektroden, bevindt zich een klein, lichtgewicht ‘basisstation’, dat bovendien zachtjes op de huid wordt gemonteerd. Het basisstation is ingesloten in een zachte siliconen behuizing en bevat een kleine oplaadbare batterij, Bluetooth-technologie voor draadloze gegevensoverdracht en een geheugenchip.

Omdat elke moeder verschillen heeft in borstdichtheid, vorm en grootte, kan het apparaat via één enkele kalibratie worden gepersonaliseerd. Om het systeem te kalibreren draagt ​​de moeder het apparaat terwijl ze een borstkolf gebruikt die is aangesloten op een fles met volumemarkeringen. Hierdoor kan de gebruiker het exacte melkvolume over een bepaalde periode kennen. Ondertussen registreert het apparaat de elektrische eigenschappen van de borst tijdens het kolfproces. Dit kalibratieschema leert het apparaat hoe de veranderingen in elektrische signalen voor elke specifieke moer moeten worden geïnterpreteerd.

Na het ontwikkelen van prototypes testte het team het apparaat op 12 moeders die borstvoeding geven, zowel op de intensive care als thuis. Om te beoordelen of het apparaat in de loop van de tijd consistent en betrouwbaar was, voerden onderzoekers meerdere metingen uit bij dezelfde moeders, over perioden tot 17 weken.

In deze eerste testfase droegen moeders de sensor terwijl ze kolven, omdat deze belangrijke stap moeders vereiste om nauwkeurig de hoeveelheid melk te meten die ze afkolven. In een testsessie vergeleken onderzoekers de gegevens van het apparaat met het verschil in babygewicht voor en na de borstvoeding. Over het geheel genomen waren de resultaten opvallend vergelijkbaar tussen de hoeveelheden in de fles en de hoeveelheden die door de sensor werden gedetecteerd.

Verbetering van de zorg op de intensive care

Hoewel het apparaat alle ouders geruststellende en nuttige informatie zou opleveren, zeggen Robinson en Wicks dat NICU-baby's het meeste baat zouden hebben bij zorgvuldige monitoring. Weten hoeveel een NICU-baby eet is zelfs nog belangrijker dan gezonde, voldragen baby's.

Deze baby's hebben vaak precieze voedingsbehoeften. Te vroeg geboren baby's kunnen bijvoorbeeld een onderontwikkeld spijsverteringsstelsel hebben, waardoor ze gevoeliger zijn voor voedingsintolerantie. Nauwkeurige voedingsvolumes kunnen de risico's op het ontwikkelen van darmstoornissen en reflux helpen minimaliseren.

"Sommige baby's zijn beperkt tot een bepaald aantal voedingen tegelijk", zegt Wicks. "Baby's die te vroeg geboren zijn of herstellende zijn van een operatie, kunnen maar heel langzaam kleine hoeveelheden melk eten. Vaak kunnen we niet toestaan ​​dat ze borstvoeding geven, omdat we niet kunnen weten hoeveel melk ze van moeder krijgen. Een sensor die dit monitort, kan deze baby's succesvoller borstvoeding geven bij hun moeder."

Toekomstige instructies

Om nog gebruiksvriendelijker te worden, voorzien de onderzoekers dat de technologie uiteindelijk kan worden geïntegreerd in comfortabele onderkleding zoals borstvoedingsbeha's. Dit zou de bruikbaarheid en algehele ervaring van het apparaat voor moeders verder verbeteren.

Onderzoekers blijven plannen maken om uitgebreide vergelijkingen te maken van het gewicht vóór en na het voeden. Het team wil er ook voor zorgen dat de sensor gebruikt kan worden door moeders met een breed scala aan huidtinten. Terwijl de huidige versie van het apparaat de melk opvangt die uit de borst stroomt, kunnen toekomstige versies melk aan de borst toevoegen. Dan konden moeders de veranderingen in de melkproductie in de loop van de tijd volgen. Het team is ook van plan het apparaat verder te optimaliseren, zodat het nog meer inzichten kan verkrijgen, zoals de melkkwaliteit en het vetgehalte.

“Borstvoeding kan extreem emotioneel zijn voor moeders, deels vanwege de onzekerheid over hoeveel melk hun baby’s krijgen”, zegt Wicks. “Het kan gepaard gaan met veel verdriet omdat moeders zich angstig voelen en hun werk niet goed doen. Vaak ervaren moeders angst, frustratie of symptomen van depressie en geven ze de borstvoeding helemaal op.

"Er zijn veel factoren die borstvoeding moeilijk maken. Als je een deel van de onzekerheid kunt wegnemen en hen gerust kunt stellen dat ze voldoende melk produceren, zal dat echt helpen een deel van die stress en angst te verlichten. Voor alle moeders over de hele wereld - die zich in alle verschillende stadia van hun borstvoedingstraject bevinden.

De studie, “een compact, draadloos systeem voor continue monitoring van de moedermelk die tijdens de borstvoeding wordt afgekolfd”, werd ondersteund door het Querrey Simpson Institute for Bioelectronics, de Defense Health Agency, de National Research Foundation of Korea en de Haythornthwaite Foundation.

Bronnen: