Nové zariadenie ponúka rodičom a lekárom údaje o dojčení v reálnom čase

Nové zariadenie ponúka rodičom a lekárom údaje o dojčení v reálnom čase

Kým dojčenie má pre matku a jej dieťa veľa výhod, má jednu veľkú nevýhodu: je neuveriteľne ťažké vedieť, koľko mlieka dieťa skonzumuje.

Na podporu dojčenia vyvinul interdisciplinárny tím inžinierov, neonatológov a pediatrov na Northwestern University nové nositeľné zariadenie, ktoré môže poskytovať nepretržité monitorovanie spotreby materského mlieka na klinickej úrovni.

Diskrétne zariadenie sa pri dojčení ticho a pohodlne ovinie okolo prsníka dojčiacej matky a bezdrôtovo prenáša dáta do smartfónu alebo tabletu. Matka potom môže v reálnom čase vidieť živé grafické znázornenie toho, koľko mlieka jej dieťa skonzumovalo.

Odstránením neistoty môže zariadenie poskytnúť rodičom pokoj počas prvých dní a týždňov ich dieťatka. Nová technológia by mohla pomôcť najmä znížiť úzkosť rodičov a zlepšiť klinický manažment výživy pre zraniteľné deti na jednotke intenzívnej starostlivosti o novorodencov (NICU).

Štúdia je zverejnená v časopise v stredu (14. mája).Prírodné biomedicínske inžinierstvo. Aby bola zaistená jeho presnosť a praktickosť, zariadenie prešlo niekoľkými úrovňami prísneho hodnotenia, vrátane teoretického modelovania, stolových experimentov a testovania na kohorte hospitalizovaných novopečených matiek.

„Pre rodičov a poskytovateľov zdravotnej starostlivosti bolo dlho výzvou presne vedieť, koľko mlieka dieťa dostáva počas dojčenia,“ povedal John A. Rogers z Northwestern, ktorý viedol vývoj zariadenia. "Táto technológia odstraňuje túto neistotu a poskytuje pohodlný a spoľahlivý spôsob monitorovania príjmu mlieka v reálnom čase, či už v nemocnici alebo doma."

Neistota, či dieťa dostáva dostatok výživy, môže spôsobiť stres rodinám, najmä dojčiacim matkám s predčasne narodenými deťmi na jednotke intenzívnej starostlivosti. V súčasnosti existujú len ťažkopádne spôsoby, ako merať, koľko mlieka dieťa počas dojčenia skonzumovalo, napr. B. Váženie dieťaťa pred a po kŕmení. Očakávame, že tento senzor bude veľkým pokrokom v udržiavaní laktácie, zníži stres pre rodiny a zvýši istotu pre lekárov, keď dojčatá napredujú v dojčení, ale stále potrebujú nutričnú podporu. Zníženie neistoty a podpora rodín pri dosahovaní ich cieľov v oblasti dojčenia vedie k zdravším deťom, zdravším matkám a zdravším komunitám. “

Dr. Daniel Robinson, neonatológ z Northwest Medicine a spolupracovníčka zo štúdie

Rogers je priekopníkom v oblasti bioelektroniky, ktorý je profesorom vedy o materiáloch a inžinierstva, biomedicínskeho inžinierstva a neurologickej chirurgie Louis Simpson a Kimberly Querrey na Northwestern – kde zastáva menovania na McCormick School of Engineering a Feinberg School of Medicine a riaditeľ Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIBB) has. Robinson je docentom pediatrie vo Feinbergu a ošetrujúcim lekárom v oddelení neonatológie v Detskej nemocnici Ann & Robert H. Lurie v Chicagu. Rogers a Robinson viedli štúdiu s Dr. Craig Garfield, profesor pediatrie vo Feinbergu a lekár v Lurie Children's a Dr. Jennifer Wicks, pediatrička v Lurie Children's.

Traja postdoktorandi QSIB prispeli k projektu rovnakým dielom, z ktorých každý je členom fakulty v Kórei: Jiyhe Kim, odborný asistent na univerzite Ajou, viedla dizajn zariadenia a podporovala klinické skúšky. Seyong OH, odborný asistent na Hanyang University, vyvinul bezdrôtovú elektroniku; a Jae-young Yoo, odborný asistent na univerzite Sungkyunkwan, vyvinuli metódy analýzy údajov. Kim a OH sú spoluautormi s Raudelom Avilom, odborným asistentom strojného inžinierstva na Rice University a Northwestern Ph.D. absolvent, ktorý viedol počítačové modelovanie.

Riešiť neuspokojenú potrebu

Projekt sa začal pred štyrmi rokmi, keď neonatológovia a pediatri z tímu Lurie Children's oslovili tím Rogers s kritickou, nenaplnenou potrebou. Pretože prenos mlieka z matky na dieťa nie je počas dojčenia viditeľný a tok mlieka je rôzny, je takmer nemožné poznať presný objem mlieka dieťaťa v jednom sedení.

„V súčasnosti neexistujú spoľahlivé spôsoby, ako zistiť, koľko deti zjedia počas dojčenia,“ povedala Wicksová, ktorá je matkou troch detí. "Niektorí pediatri a laktačné poradkyne používajú váhu na váženie bábätka pred a po kŕmení a toto meranie poskytuje slušný odhad množstva mlieka, ktoré dieťa vypilo. Ale žiaľ, detské škôlky nie sú malé a väčšina ľudí nevlastní detské sedačky."

Ďalšou možnosťou pre mamičky je odsať materské mlieko do fľašky. Zatiaľ čo kŕmenie z fľaše poskytuje presné merania objemu a vizuálne potvrdenie, že dieťa konzumuje mlieko, odstraňuje výhody kontaktu koža na kožu. Dodatočné kroky odčerpávania, skladovania a manipulácie s mliekom sú časovo náročné a môžu dokonca zvýšiť riziko bakteriálnej kontaminácie.

"Dojčenie má niekoľko výhod v porovnaní s kŕmením materským mliekom z fľaše," povedal Wicks. "Toto spojenie koža na kožu je v prvom rade prospešné pre bábätká aj matky. Navyše skutočné dojčenie často lepšie stimuluje tvorbu mlieka."

Hoci iní akademickí výskumníci a malé začínajúce spoločnosti skúmali technológie na monitorovanie aspektov materského mlieka a kŕmenia, recenzovaných štúdií je málo.

"Na základe našich prehľadov vedeckej literatúry a našich diskusií s pediatrami a neonatológmi neexistujú žiadne klinicky overené technológie, ktoré by riešili túto dôležitú medicínsku potrebu," povedal Rogers. "Naša práca vypĺňa túto medzeru."

Zaveďte správnu stratégiu

Rogersov tím predtým vyvinul mäkké, flexibilné bezdrôtové telesné senzory na monitorovanie detí na jednotke intenzívnej starostlivosti, ako aj nositeľné senzory na sledovanie odtoku tekutín cez skraty, ktoré sa bežne používajú na liečbu pacientov s hydrocefalom. Vďaka skúsenostiam s prácou so zraniteľnými skupinami obyvateľstva a vývojom zariadení, ktoré merajú prietok tekutín, boli Rogers a jeho tím ideálnymi kandidátmi pre tento projekt.

"Naši klinickí kolegovia sa nás pýtali, či by sme mohli vyvinúť senzor, ktorý by umožnil čerstvým matkám určiť, koľko mlieka ich deti spotrebujú počas starostlivosti," povedal Rogers. "Spočiatku sme si neboli istí, ako k problému pristupovať. Stratégie, ktoré sme použili na získanie prietoku cez skraty, keď prechádzajú miestami povrchovo pod kožou, nefungujú, pretože mliekovody sú príliš hlboko pod povrchom kože."

Po rokoch neúspešných pokusov založených na metódach monitorovania optických vlastností prsníka, kvantifikácie sacích pohybov, sledovania udalostí pri prehĺtaní a niekoľkých ďalších sa konečne usadili na pozoruhodne jednoduchej technike. Zariadenie vysiela malý, bezpečný elektrický prúd cez hrudník pomocou dvoch malých podložiek alebo elektród umiestnených na koži. Ďalší pár elektród detekuje rozdiel napätia spojený s týmto prúdom.

Keď dieťa pije mlieko, množstvo mlieka v prsníku sa znižuje. Toto zníženie má za následok zmenu elektrických vlastností prsníka jemným, ale merateľným spôsobom. Tieto zmeny priamo súvisia s množstvom odobraného mlieka z prsníka. Čím väčšie množstvo, tým väčšia je zmena elektrických vlastností. Hoci je táto zmena jemná, dá sa presne kalibrovať počas dojčenia a kvantifikovať pre zobrazenie v reálnom čase na smartfóne.

"Toto je koncept nazývaný bioimpedancia a často sa používa na meranie telesného tuku," povedal Rogers. "Pretože svaly, tuk, kosti a tkanivá vedú elektrinu odlišne, bioimpedancia môže viesť k presnému meraniu obsahu tuku. Koncepčne podobným spôsobom môžeme kvantifikovať zmenu objemu mlieka v prsníku. Toto bola posledná stratégia, ktorú sme bohužiaľ vyskúšali."

Prísne testovanie

Po navrhnutí počiatočných prototypov ho inžiniersky tím optimalizoval prostredníctvom niekoľkých fáz testovania a modelovania. Najprv postavili zjednodušené modely prsníka s použitím materiálov, ktoré napodobňujú elektrické vlastnosti kože, tuku a mlieka. Dôkladnou kontrolou množstva „mlieka“ v týchto modeloch vedci dokázali zistiť, ako sa údaje zariadenia menia s objemom „mlieka“.

Tím pod vedením Avily v Rice potom vytvoril podrobné počítačové modely prsníka založené na skutočnej anatómii. Ich počítačové simulácie založené na fyzike sledovali fyziologické zmeny, ku ktorým dochádza počas dojčenia. Pomocou bioimpedancie Avila spojila tok elektrických signálov s množstvom mlieka opúšťajúceho prsník v reálnom čase. Anatomicky správne počítačové modely jeho tímu zahŕňajú tvary prsníka a distribúciu tkaniva špecifické pre pacienta, čo im umožňuje testovať, ako umiestnenie senzora a fluktuácie tkaniva ovplyvňujú hodnoty.

"Výsledky našich simulácií zodpovedali trendom experimentov a klinických štúdií na ľuďoch," povedal Avila. „Prepojenie našich modelov s vplyvom v reálnom svete je vždy vrcholom, a to je možné len prostredníctvom spolupráce medzi experimentálnymi, modelovacími a klinickými tímami.“

Prispôsobené tak, aby vyhovovali všetkým tvarom a veľkostiam

Výsledným zariadením je tenký, mäkký, ohybný kábel, ktorý sa mierne obopína po vonkajšom obvode hrudníka. Elektródy, ktoré jemne priľnú k pokožke, sú integrované do každého konca kábla. Malá, ľahká „základňová stanica“, ktorá sa tiež jemne pripevňuje na pokožku, je umiestnená v strede kábla medzi elektródami. Základňová stanica, uzavretá v mäkkom, silikónovom obale, obsahuje malú nabíjateľnú batériu, technológiu Bluetooth na bezdrôtový prenos dát a pamäťový čip.

Keďže každá matka má rozdiely v hustote, tvare a veľkosti pŕs, zariadenie je možné personalizovať pomocou jedinej kalibrácie. Na kalibráciu systému matka nosí zariadenie a zároveň používa odsávačku mlieka pripojenú k fľaši s označením objemu. To umožňuje užívateľovi poznať presný objem mlieka za určité časové obdobie. Prístroj medzitým zaznamenáva elektrické vlastnosti prsníka počas celého procesu odsávania. Táto kalibračná schéma učí zariadenie, ako interpretovať zmeny elektrických signálov pre každú konkrétnu maticu.

Po vývoji prototypov tím testoval zariadenie na 12 dojčiacich matkách – na jednotke intenzívnej starostlivosti aj doma. Na posúdenie, či bolo zariadenie konzistentné a spoľahlivé v priebehu času, výskumníci vykonali viacero meraní od tých istých matiek, ktoré pokrývali časové obdobia až do 17 týždňov.

V tejto prvej fáze testovania matky nosili senzor počas odsávania, pretože tento dôležitý krok vyžadoval, aby matky presne zmerali množstvo mlieka, ktoré odsávali. V testovacej relácii výskumníci porovnávali údaje prístroja s rozdielom v hmotnosti dieťaťa pred a po dojčení. Celkovo boli výsledky medzi množstvami vo fľaši a množstvami detekovanými senzorom nápadne podobné.

Zlepšenie starostlivosti na jednotke intenzívnej starostlivosti

Zatiaľ čo zariadenie by poskytovalo upokojujúce a užitočné informácie všetkým rodičom, Robinson a Wicks tvrdia, že bábätkám NICU by najviac prospelo starostlivé sledovanie. Vedieť, koľko dieťa NICU zje, je ešte kritickejšie ako u zdravých donosených detí.

Tieto deti majú často presné výživové potreby. Napríklad predčasne narodené deti môžu mať nedostatočne vyvinutý tráviaci systém, vďaka čomu sú náchylnejšie na intoleranciu kŕmenia. Presné objemy kŕmenia môžu pomôcť minimalizovať riziko vzniku črevných porúch a refluxu.

"Niektoré deti sú obmedzené na určitý počet krmív naraz," povedal Wicks. "Pre deti, ktoré sa narodia predčasne alebo sa zotavujú po operácii, môžu jesť len malé množstvá mlieka veľmi pomaly. Často im nemôžeme dovoliť dojčiť, pretože neexistuje spôsob, ako zistiť, koľko mlieka dostávajú od matky. Senzor, ktorý to monitoruje, aby sa tieto deti mohli úspešnejšie dojčiť s matkou."

Budúce pokyny

Aby sa stali ešte užívateľsky prívetivejšie, vedci si myslia, že táto technológia by mohla byť nakoniec integrovaná do pohodlnej spodnej bielizne, ako sú podprsenky na dojčenie. To by ešte viac zlepšilo použiteľnosť a celkový zážitok zo zariadenia pre mamičky.

Výskumníci naďalej plánujú dokončiť komplexné porovnania hmotnosti pred a po kŕmení. Tým chce tiež zabezpečiť, aby senzor mohli používať mamičky so širokou škálou odtieňov pleti. Zatiaľ čo súčasná verzia zariadenia zachytáva mlieko vytekajúce z prsníka, budúce iterácie by mohli pridať mlieko do prsníka. Potom by matky mohli sledovať zmeny v produkcii mlieka v priebehu času. Tím tiež plánuje ďalšiu optimalizáciu zariadenia, aby mohol získať ešte viac informácií, ako je kvalita mlieka a obsah tuku.

"Dojčenie môže byť pre matky mimoriadne emocionálne, čiastočne kvôli neistote, koľko mlieka ich deti dostávajú," povedal Wicks. "Môže to byť sprevádzané veľkým smútkom, pretože matky pociťujú úzkosť a nerobia dobrú prácu. Často matky pociťujú úzkosť, frustráciu alebo príznaky depresie a dojčenia sa vzdajú úplne."

"Existuje veľa faktorov, ktoré sťažujú dojčenie. Ak dokážete odstrániť časť neistoty a uistiť ich, že produkujú dostatok mlieka, skutočne to pomôže zmierniť určitý stres a úzkosť. Pre všetky matky na celom svete - ktoré sú vo všetkých rôznych fázach svojich ciest s dojčením."

Štúdiu, „kompaktný bezdrôtový systém na nepretržité monitorovanie materského mlieka počas dojčenia“, podporili Inštitút pre bioelektroniku Querreyho Simpsona, Defence Health Agency, Národná výskumná nadácia Kórey a Haythornthwaite Foundation.

Zdroje: