Ny enhet tilbyr ammedata i sanntid for foreldre og klinikere

Ny enhet tilbyr ammedata i sanntid for foreldre og klinikere

Mens amming har mange fordeler for en mor og hennes baby, har det én stor ulempe: det er utrolig vanskelig å vite hvor mye melk babyen spiser.

For å oppmuntre til amming, har et tverrfaglig team av ingeniører, neonatologer og barneleger ved Northwestern University utviklet en ny bærbar enhet som kan gi klinisk-gradig kontinuerlig overvåking av morsmelkforbruket.

Den diskrete enheten vikler seg stille og komfortabelt rundt brystet til en ammende mor mens den ammer og overfører data trådløst til en smarttelefon eller nettbrett. Moren kan da se en levende grafisk representasjon av hvor mye melk babyen har konsumert i sanntid.

Ved å eliminere usikkerhet, kan enheten gi trygghet for foreldre i løpet av babyens første dager og uker. Spesielt kan den nye teknologien bidra til å redusere foreldres angst og forbedre klinisk håndtering av ernæring for sårbare babyer på neonatal intensivavdeling (NICU).

Studien publiseres i tidsskriftet onsdag (14. mai).Natur Biomedisinsk ingeniørfag. For å sikre nøyaktigheten og funksjonaliteten har enheten gjennomgått flere nivåer av streng evaluering, inkludert teoretisk modellering, benchtop-eksperimenter og testing på en gruppe innlagte nybakte mødre.

"Det har lenge vært en utfordring for foreldre og helsepersonell å vite nøyaktig hvor mye melk et barn får mens det ammer," sa John A. Rogers fra Northwestern, som ledet utviklingen av enheten. "Denne teknologien eliminerer usikkerheten og gir en praktisk og pålitelig måte å overvåke melkeinntaket på i sanntid, enten det er på sykehuset eller hjemme."

Usikkerhet om hvorvidt et barn får i seg nok næring kan forårsake stress for familier, spesielt ammende mødre med premature babyer på intensivavdelingen. Foreløpig er det bare tungvinte måter å måle hvor mye melk en baby har konsumert mens han ammer, f.eks. B. Veiing av babyen før og etter mating. Vi forventer at denne sensoren vil være et stort fremskritt i vedlikehold av amming, redusere stress for familier og øke tryggheten for klinikere ettersom spedbarn utvikler seg med amming, men fortsatt trenger ernæringsstøtte. Å redusere usikkerhet og støtte familier i å nå sine ammemål fører til sunnere barn, sunnere mødre og sunnere lokalsamfunn. "

Dr. Daniel Robinson, neonatolog ved Northwest Medicine og medsykepleier i studien

Rogers er en bioelektronisk pioner som er Louis Simpson og Kimberly Querrey professor i materialvitenskap og ingeniørvitenskap, biomedisinsk teknikk og nevrologisk kirurgi ved Northwestern – hvor han har ansettelser ved McCormick School of Engineering og Feinberg School of Medicine og direktør for Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB) har (QSIB). Robinson er førsteamanuensis i pediatri ved Feinberg og behandlende lege i avdelingen for neonatologi ved Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital i Chicago. Rogers og Robinson ledet studien med Dr. Craig Garfield, professor i pediatri ved Feinberg og lege ved Lurie Children's, og Dr. Jennifer Wicks, barnelege ved Lurie Children's.

Tre QSIB postdoktorale forskere bidro likt til prosjektet, som hver er et fakultetsmedlem i Korea: Jiyhe Kim, assisterende professor ved Ajou University, ledet enhetsdesignet og støttet kliniske studier. Seyong OH, assisterende professor ved Hanyang University, utviklet den trådløse elektronikken; og Jae-young Yoo, assisterende professor ved Sungkyunkwan University, utviklet metoder for dataanalyse. Kim og OH er medforfattere med Raudel Avila, en assisterende professor i maskinteknikk ved Rice University og Northwestern Ph.D. utdannet som ledet datamodellering.

Dekke et udekket behov

Prosjektet startet for fire år siden da neonatologer og barneleger ved Lurie Childrens team henvendte seg til Rogers-teamet med et kritisk, udekket behov. Fordi melkeoverføring fra mor til baby ikke er synlig under amming og melkestrømmen varierer, er det nesten umulig å vite babyens nøyaktige melkevolum i én økt.

"Det er for øyeblikket ingen pålitelige måter å vite hvor mye babyer spiser mens de ammer," sa Wicks, som er mor til tre. "Noen barneleger og ammingskonsulenter vil bruke en vekt for å veie en baby før og etter mating, og denne målingen gir et anstendig estimat på mengden melk babyen har drukket. Men dessverre er ikke babyskoler små, og de fleste eier ikke barneseter.

Et annet alternativ for mødre er å pumpe morsmelk i en flaske. Mens flaskemating gir nøyaktige volummålinger og visuell bekreftelse på at babyen spiser melk, fjerner det fordelene med hud-mot-hud-kontakt. De ekstra trinnene med å pumpe, lagre og håndtere melk er tidkrevende og kan til og med øke risikoen for bakteriell forurensning.

"Amming har flere fordeler sammenlignet med å mate morsmelk med en flaske," sa Wicks. "Først og fremst er dette hud-til-hud-båndet gunstig for både babyer og mødre. I tillegg stimulerer faktisk amming ofte melkeproduksjonen bedre."

Selv om andre akademiske forskere og små oppstartsbedrifter har undersøkt teknologier for å overvåke aspekter ved morsmelk og fôring, er det lite fagfellevurderte studier.

"Basert på våre vurderinger av den vitenskapelige litteraturen og våre diskusjoner med barneleger og neonatologer, er det ingen klinisk validerte teknologier som dekker dette viktige medisinske behovet," sa Rogers. "Vårt arbeid fyller dette gapet."

Sett den riktige strategien på plass

Rogers team utviklet tidligere myke, fleksible trådløse kroppssensorer for å overvåke babyer på intensivavdelingen, samt bærbare sensorer for å spore drenering av væskestrøm gjennom shunter, vanligvis brukt til å behandle pasienter med hydrocephalus. Med erfaring med å jobbe med sårbare populasjoner og utvikle enheter som måler væskestrøm, var Rogers og teamet hans ideelle kandidater for prosjektet.

"Våre kliniske kolleger spurte oss om vi kunne utvikle en sensor som ville tillate nybakte mødre å bestemme hvor mye melk babyene deres bruker under en omsorgsøkt," sa Rogers. "Først var vi ikke sikre på hvordan vi skulle nærme oss problemet. Strategiene vi brukte for å få flyt gjennom shunter når de passerer gjennom steder overfladisk under huden, fungerer ikke fordi melkekanalene er for langt under overflaten av huden."

Etter år med mislykkede forsøk basert på metoder for å overvåke de optiske egenskapene til brystet, kvantifisere sugebevegelser, spore svelgehendelser og flere andre, slo de seg til slutt på en bemerkelsesverdig enkel teknikk. Enheten sender en liten, sikker elektrisk strøm gjennom brystet ved hjelp av to små pads, eller elektroder, plassert på huden. Et annet elektrodepar oppdager spenningsforskjellen knyttet til denne strømmen.

Når barnet drikker melk, reduseres melkemengden i brystet. Denne reduksjonen resulterer i en endring i de elektriske egenskapene til brystet på en subtil, men målbar måte. Disse endringene er direkte relatert til mengden melk som fjernes fra brystet. Jo større mengde, jo større endring i elektriske egenskaper. Selv om den er subtil, kan denne endringen kalibreres nøyaktig under amming og kvantifiseres for sanntidsvisning på en smarttelefon.

"Dette er et konsept som kalles bioimpedans og brukes ofte til å måle kroppsfett," sa Rogers. "Fordi muskler, fett, bein og vev leder elektrisitet ulikt, kan bioimpedans føre til en nøyaktig måling av fettinnholdet. På en konseptuelt lik måte kan vi kvantifisere endringen i melkevolum i brystet. Dette var den siste strategien vi dessverre prøvde.

Streng testing

Etter å ha designet innledende prototyper, optimaliserte ingeniørteamet det gjennom flere stadier av testing og modellering. Først bygde de forenklede modeller av et bryst ved å bruke materialer som etterligner de elektriske egenskapene til hud, fett og melk. Ved å kontrollere mengden "melk" nøye i disse modellene, var forskerne i stand til å se hvordan enhetens data endret seg med volumet av "melk".

Ledet av Avila på Rice, laget teamet deretter detaljerte datamodeller av brystet basert på ekte anatomi. Deres fysikkbaserte datasimuleringer overvåket de fysiologiske endringene som skjer under amming. Ved å bruke bioimpedans koblet Avila strømmen av elektriske signaler til mengden melk som forlater brystet i sanntid. Teamets anatomisk korrekte datamodeller inkluderer pasientspesifikke brystformer og vevsfordelinger, slik at de kan teste hvordan sensorplassering og vevssvingninger påvirker avlesningene.

"Simuleringsresultatene våre samsvarte med trendene til eksperimenter og kliniske studier på mennesker," sa Avila. "Å koble modellene våre til virkelige effekter er alltid et høydepunkt, og dette er bare mulig gjennom samarbeid mellom eksperimentelle, modellerings- og kliniske team."

Personlig tilpasset for å passe alle former og størrelser

Den resulterende enheten er en tynn, myk, bøyelig kabel som vikler seg litt rundt den ytre omkretsen av brystet. Elektroder som fester seg skånsomt til huden er integrert i hver ende av kabelen. En liten, lett "basestasjon", som også monteres skånsomt på huden, er plassert i midten av kabelen mellom elektrodene. Innelukket i et mykt silikonhus, inneholder basestasjonen et lite oppladbart batteri, Bluetooth-teknologi for trådløs dataoverføring og en minnebrikke.

Siden hver mor har forskjeller i brysttetthet, form og størrelse, kan enheten tilpasses gjennom en enkelt kalibrering. For å kalibrere systemet, bærer moren enheten mens hun bruker en brystpumpe koblet til en flaske med volummarkeringer. Dette lar brukeren vite det nøyaktige volumet av melk over en viss tidsperiode. I mellomtiden registrerer enheten de elektriske egenskapene til brystet gjennom hele pumpeprosessen. Dette kalibreringsskjemaet lærer enheten hvordan den skal tolke endringene i elektriske signaler for hver enkelt mutter.

Etter å ha utviklet prototyper testet teamet enheten på 12 ammende mødre – både på intensivavdelingen og hjemme. For å vurdere om enheten var konsistent og pålitelig over tid, tok forskere flere målinger fra de samme mødrene, som dekker tidsperioder på opptil 17 uker.

I denne første fasen av testingen brukte mødre sensoren mens de pumpet, da dette viktige trinnet krevde at mødre nøyaktig målte mengden melk de uttrykte. I en testøkt sammenlignet forskerne enhetens data med forskjellen i babyvekt før og etter amming. Samlet sett var resultatene slående like mellom mengdene i flasken og mengdene som ble oppdaget av sensoren.

Bedre omsorg på intensivavdelingen

Selv om enheten ville gi betryggende og nyttig informasjon til alle foreldre, sier Robinson og Wicks at nyfødte babyer vil ha mest nytte av nøye overvåking. Å vite hvor mye en NICU-baby spiser er enda mer kritisk enn sunne, fullbårne spedbarn.

Disse babyene har ofte presise ernæringsbehov. For eksempel kan premature babyer ha underutviklet fordøyelsessystem, noe som gjør dem mer utsatt for matintoleranse. Nøyaktige fôringsvolumer kan bidra til å minimere risikoen for å utvikle tarmsykdommer og refluks.

"Noen babyer er begrenset til et visst antall matinger om gangen," sa Wicks. "For babyer som er født for tidlig eller som kommer seg etter operasjonen, kan de bare spise små mengder melk veldig sakte. Ofte kan vi ikke tillate dem å amme fordi det ikke er noen måte for oss å vite hvor mye melk de får fra mor. En sensor for å overvåke dette for å amme disse babyene mer vellykket sammen med sin mor."

Fremtidige instruksjoner

For å bli enda mer brukervennlig ser forskerne for seg at teknologien etter hvert kan integreres i behagelige undertøy som amme-BH. Dette vil ytterligere forbedre brukervennligheten og den generelle opplevelsen av enheten for mødre.

Forskere fortsetter å planlegge å fullføre omfattende sammenligninger av vekt før og etter fôring. Teamet ønsker også å sikre at sensoren kan brukes av mødre med et bredt spekter av hudtoner. Mens den nåværende versjonen av enheten fanger opp melk som strømmer fra brystet, kan fremtidige iterasjoner tilføre melk til brystet. Da kunne mødre spore endringer i melkeproduksjonen over tid. Teamet planlegger også å optimalisere enheten ytterligere slik at den kan få enda mer innsikt som melkekvalitet og fettinnhold.

"Amming kan være ekstremt følelsesladet for mødre, delvis på grunn av usikkerhet om hvor mye melk babyene deres får," sa Wicks. "Det kan være ledsaget av mye tristhet fordi mødre føler seg engstelige og de ikke gjør en god jobb. Ofte opplever mødre angst, frustrasjon eller symptomer på depresjon og gir helt opp ammingen.

"Det er mange faktorer som gjør amming vanskelig. Hvis du klarer å fjerne noe av usikkerheten og forsikre dem om at de produserer nok melk, vil det virkelig bidra til å lindre noe av det stresset og angsten. For alle mødre rundt om i verden - som er på alle forskjellige stadier av ammereisene.

Studien, "et kompakt, trådløst system for kontinuerlig overvåking av morsmelk uttrykt under amming," ble støttet av Querrey Simpson Institute for Bioelectronics, Defense Health Agency, National Research Foundation of Korea og Haythornthwaite Foundation.

Kilder: