Nova naprava ponuja podatke o dojenju v realnem času za starše in zdravnike

Nova naprava ponuja podatke o dojenju v realnem času za starše in zdravnike

Medtem ko ima dojenje številne prednosti za mater in njenega otroka, ima eno pomembno pomanjkljivost: neverjetno težko je vedeti, koliko mleka otrok zaužije.

Za spodbujanje dojenja je interdisciplinarna skupina inženirjev, neonatologov in pediatrov na univerzi Northwestern razvila novo nosljivo napravo, ki lahko zagotovi neprekinjeno spremljanje porabe materinega mleka na klinični ravni.

Diskretna naprava se tiho in udobno ovije okoli prsi doječe matere med dojenjem in brezžično prenaša podatke na pametni telefon ali tablico. Mati lahko nato v živo vidi grafični prikaz količine mleka, ki ga je zaužil njen dojenček v realnem času.

Z odpravo negotovosti lahko naprava poskrbi za brezskrbnost staršev v prvih dneh in tednih dojenčka. Zlasti bi nova tehnologija lahko pomagala zmanjšati anksioznost staršev in izboljšati klinično vodenje prehrane za ranljive dojenčke v enoti za intenzivno nego novorojenčkov (NICU).

Študija je objavljena v reviji v sredo (14. maja).Biomedicinski inženiring narave. Da bi zagotovili njeno natančnost in praktičnost, je naprava prestala več stopenj strogega vrednotenja, vključno s teoretičnim modeliranjem, namiznimi poskusi in testiranjem na kohorti hospitaliziranih novopečenih mater.

"Za starše in zdravstvene delavce je že dolgo izziv vedeti, koliko mleka dobi otrok med dojenjem," je dejal John A. Rogers iz Northwesterna, ki je vodil razvoj naprave. "Ta tehnologija odpravlja to negotovost in zagotavlja priročen in zanesljiv način za spremljanje vnosa mleka v realnem času, bodisi v bolnišnici ali doma."

Negotovost glede tega, ali otrok dobiva dovolj hrane, lahko povzroči stres družinam, zlasti doječim materam z nedonošenčki na oddelku za intenzivno nego. Trenutno obstajajo samo okorni načini za merjenje količine mleka, ki ga je dojenček zaužil med dojenjem, npr. B. Tehtanje otroka pred in po hranjenju. Pričakujemo, da bo ta senzor velik napredek pri vzdrževanju laktacije, zmanjševanju stresa za družine in povečanju pomiritve za klinike, saj dojenčki napredujejo z dojenjem, vendar še vedno potrebujejo prehransko podporo. Zmanjšanje negotovosti in podpora družinam pri doseganju njihovih ciljev glede dojenja vodi do bolj zdravih otrok, bolj zdravih mater in bolj zdravih skupnosti. “

Dr. Daniel Robinson, neonatolog na Northwest Medicine in medicinska sestra v študiji

Rogers je bioelektronski pionir, ki je profesor Louisa Simpsona in Kimberly Querrey znanosti o materialih in inženiringa, biomedicinskega inženirstva in nevrološke kirurgije na Northwestern – kjer je imenovan na McCormick School of Engineering in Feinberg School of Medicine ter direktor Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB) (QSIB). Robinson je izredni profesor pediatrije na Feinbergu in lečeči zdravnik na oddelku za neonatologijo v otroški bolnišnici Ann & Robert H. Lurie v Chicagu. Rogers in Robinson sta vodila študijo z dr. Craig Garfield, profesor pediatrije na Feinbergu in zdravnik na Lurie Children's, in dr. Jennifer Wicks, pediater na Lurie Children's.

Trije podoktorski raziskovalci QSIB so enako prispevali k projektu, od katerih je vsak član fakultete v Koreji: Jiyhe Kim, docent na Univerzi Ajou, je vodil načrt naprave in podpiral klinična preskušanja. Seyong OH, docent na univerzi Hanyang, je razvil brezžično elektroniko; in Jae-young Yoo, docent na univerzi Sungkyunkwan, sta razvila metode za analizo podatkov. Kim in OH sta soavtorja z Raudelom Avilo, docentom za strojništvo na Univerzi Rice in Northwestern Ph.D. diplomant, ki je vodil računalniško modeliranje.

Obravnavajte nezadovoljeno potrebo

Projekt se je začel pred štirimi leti, ko so se neonatologi in pediatri iz ekipe Lurie Children obrnili na skupino Rogers s kritično, neizpolnjeno potrebo. Ker prenos mleka z matere na otroka med dojenjem ni viden in je pretok mleka različen, je skoraj nemogoče vedeti natančno količino dojenčkovega mleka v eni seji.

"Trenutno ni zanesljivih načinov, da bi vedeli, koliko dojenčki pojedo med dojenjem," je dejala Wicksova, ki je mati treh otrok. "Nekateri pediatri in svetovalci za dojenje uporabljajo tehtnico za tehtanje otroka pred in po hranjenju in ta meritev daje dostojno oceno količine mleka, ki ga je dojenček spil. Toda šole za dojenčke žal niso majhne in večina ljudi nima otroških sedežev.

Druga možnost za matere je črpanje materinega mleka v stekleničko. Medtem ko hranjenje po steklenički zagotavlja natančne meritve volumna in vizualno potrditev, da dojenček uživa mleko, odpravlja prednosti stika koža na kožo. Dodatni koraki črpanja, shranjevanja in ravnanja z mlekom so dolgotrajni in lahko celo povečajo tveganje bakterijske kontaminacije.

"Dojenje ima številne prednosti v primerjavi s hranjenjem materinega mleka po steklenički," je dejal Wicks. "Najprej in predvsem je ta vez koža na kožo koristna tako za dojenčke kot za matere. Poleg tega dejansko dojenje pogosto bolje spodbuja proizvodnjo mleka."

Čeprav so drugi akademski raziskovalci in mala zagonska podjetja raziskovali tehnologije za spremljanje vidikov materinega mleka in hranjenja, je strokovno pregledanih študij malo.

"Na podlagi naših pregledov znanstvene literature in naših razprav s pediatri in neonatologi ni klinično potrjenih tehnologij, ki bi obravnavale to pomembno medicinsko potrebo," je dejal Rogers. "Naše delo zapolnjuje to vrzel."

Ustvarite pravo strategijo

Rogersova ekipa je pred tem razvila mehke, prilagodljive brezžične telesne senzorje za spremljanje dojenčkov v enoti za intenzivno nego, kot tudi nosljive senzorje za sledenje drenaže pretoka tekočine skozi šante, ki se običajno uporabljajo za zdravljenje bolnikov s hidrocefalusom. Z izkušnjami pri delu z ranljivimi skupinami in razvojem naprav, ki merijo pretok tekočine, sta bila Rogers in njegova ekipa idealna kandidata za projekt.

"Naši klinični kolegi so nas vprašali, če bi lahko razvili senzor, ki bi novopečenim materam omogočil določitev količine mleka, ki jo njihovi dojenčki zaužijejo med nego," je dejal Rogers. "Sprva nismo bili prepričani, kako pristopiti k težavi. Strategije, ki smo jih uporabili za pretok skozi šante, ko gredo skozi mesta površinsko pod kožo, ne delujejo, ker so mlečni kanali predaleč pod površino kože."

Po letih neuspešnih poskusov, ki so temeljili na metodah za spremljanje optičnih lastnosti dojk, kvantificiranje sesalnih gibov, sledenje dogodkov pri požiranju in številnih drugih, so se končno odločili za izjemno preprosto tehniko. Naprava pošlje majhen, varen električni tok skozi prsni koš z uporabo dveh majhnih blazinic ali elektrod, nameščenih na kožo. Drugi par elektrod zazna napetostno razliko, povezano s tem tokom.

Ko dojenček pije mleko, se količina mleka v dojkah zmanjša. Posledica tega zmanjšanja je sprememba električnih lastnosti prsi na subtilen, a merljiv način. Te spremembe so neposredno povezane s količino mleka, odvzetega iz dojke. Večja kot je količina, večja je sprememba električnih lastnosti. Čeprav je subtilna, je to spremembo mogoče natančno kalibrirati med dojenjem in kvantificirati za prikaz v realnem času na pametnem telefonu.

"To je koncept, imenovan bioimpedanca, in se pogosto uporablja za merjenje telesne maščobe," je dejal Rogers. "Ker mišice, maščoba, kosti in tkivo različno prevajajo elektriko, lahko bioimpedanca vodi do natančnega merjenja vsebnosti maščobe. Na konceptualno podoben način lahko kvantificiramo spremembo količine mleka v dojki. To je bila zadnja strategija, ki smo jo na žalost poskusili.

Strogo testiranje

Po oblikovanju začetnih prototipov ga je inženirska ekipa optimizirala skozi več stopenj testiranja in modeliranja. Najprej so izdelali poenostavljene modele prsi z uporabo materialov, ki posnemajo električne lastnosti kože, maščobe in mleka. Z natančnim nadzorom količine "mleka" v teh modelih so raziskovalci lahko videli, kako se podatki naprave spreminjajo s količino "mleka".

Ekipa, ki jo je vodil Avila pri Riceu, je nato ustvarila podrobne računalniške modele dojk, ki temeljijo na resnični anatomiji. Njihove računalniške simulacije, ki temeljijo na fiziki, so spremljale fiziološke spremembe, do katerih pride med dojenjem. Z uporabo bioimpedance je Avila povezal pretok električnih signalov s količino mleka, ki zapusti prsi v realnem času. Anatomsko pravilni računalniški modeli njegove ekipe vključujejo oblike dojk in porazdelitev tkiva, specifične za bolnike, kar jim omogoča, da preizkusijo, kako postavitev senzorja in nihanje tkiva vplivajo na odčitke.

"Naši rezultati simulacije so se ujemali s trendi eksperimentov in kliničnih študij na ljudeh," je dejal Avila. "Povezovanje naših modelov z vplivom v resničnem svetu je vedno vrhunec, to pa je mogoče le s sodelovanjem med eksperimentalnimi, modelirnimi in kliničnimi ekipami."

Prilagojeno za vse oblike in velikosti

Nastala naprava je tanek, mehak, upogljiv kabel, ki se rahlo ovija okoli zunanjega oboda prsnega koša. Na vsakem koncu kabla so integrirane elektrode, ki se nežno oprimejo kože. Majhna, lahka "bazna postaja", ki se prav tako nežno namesti na kožo, se nahaja na sredini kabla med elektrodama. Osnovna postaja v mehkem silikonskem ohišju vsebuje majhno polnilno baterijo, tehnologijo Bluetooth za brezžični prenos podatkov in pomnilniški čip.

Ker ima vsaka mati razlike v gostoti, obliki in velikosti dojk, lahko napravo prilagodite z eno samo kalibracijo. Za kalibracijo sistema mati nosi napravo, medtem ko uporablja prsno črpalko, povezano s stekleničko z oznakami prostornine. To omogoča uporabniku, da pozna natančno količino mleka v določenem časovnem obdobju. Medtem pa naprava beleži električne lastnosti dojke skozi celoten proces črpanja. Ta umeritvena shema nauči napravo, kako razlagati spremembe električnih signalov za vsako posamezno matico.

Po razvoju prototipov je ekipa napravo preizkusila na 12 doječih materah – tako na oddelku za intenzivno nego kot doma. Da bi ocenili, ali je bila naprava dosledna in zanesljiva skozi čas, so raziskovalci izvedli več meritev pri istih materah, ki so zajemale časovna obdobja do 17 tednov.

V tej prvi fazi testiranja so matere med črpanjem nosile senzor, saj je ta pomemben korak zahteval, da matere natančno izmerijo količino mleka, ki so jo iztisnile. V testni seji so raziskovalci primerjali podatke naprave z razliko v teži dojenčka pred in po dojenju. Na splošno so bili rezultati presenetljivo podobni med količinami v steklenici in količinami, ki jih je zaznal senzor.

Izboljšanje oskrbe na oddelku za intenzivno nego

Medtem ko bi naprava zagotovila pomirjujoče in uporabne informacije vsem staršem, Robinson in Wicks pravita, da bi dojenčkom NICU najbolj koristilo skrbno spremljanje. Vedeti, koliko poje otrok na NICU, je še bolj kritično kot pri zdravih donošenih dojenčkih.

Ti dojenčki imajo pogosto natančno določene prehranske potrebe. Na primer, nedonošenčki imajo lahko nerazvit prebavni sistem, zaradi česar so bolj dovzetni za prehranjevalno intoleranco. Točne količine hrane lahko pomagajo zmanjšati tveganje za razvoj črevesnih motenj in refluksa.

"Nekateri dojenčki so omejeni na določeno število obrokov hkrati," je dejal Wicks. "Dojenčki, ki so prezgodaj rojeni ali okrevajo po operaciji, lahko pojedo le majhne količine mleka zelo počasi. Pogosto jim ne moremo dovoliti dojenja, ker ne moremo vedeti, koliko mleka dobijo od matere. Senzor za spremljanje tega, da te dojenčke uspešneje doji z materjo."

Prihodnja navodila

Da bi postala še bolj uporabniku prijazna, raziskovalci predvidevajo, da bi tehnologijo sčasoma lahko vključili v udobno spodnje perilo, kot so nedrčki za dojenje. To bi dodatno izboljšalo uporabnost in splošno izkušnjo naprave za matere.

Raziskovalci še naprej načrtujejo dokončanje obsežnih primerjav teže pred in po hranjenju. Ekipa želi tudi zagotoviti, da lahko senzor uporabljajo matere s širokim razponom tenov kože. Medtem ko trenutna različica naprave zajame mleko, ki teče iz prsi, bi lahko prihodnje ponovitve dodale mleko prsi. Potem bi matere lahko spremljale spremembe v proizvodnji mleka skozi čas. Ekipa načrtuje tudi dodatno optimizacijo naprave, da bo lahko pridobila še več vpogledov, kot sta kakovost mleka in vsebnost maščobe.

"Dojenje je lahko za matere izjemno čustveno, deloma zaradi negotovosti o tem, koliko mleka dobijo njihovi dojenčki," je dejal Wicks. »Lahko ga spremlja veliko žalosti, ker se matere počutijo tesnobne in ne opravljajo dobro svojega dela. Pogosto matere občutijo tesnobo, frustracijo ali simptome depresije in popolnoma opustijo dojenje.

"Obstaja veliko dejavnikov, ki otežujejo dojenje. Če ste sposobni odstraniti nekaj negotovosti in jih prepričati, da proizvajajo dovolj mleka, bo to resnično pomagalo ublažiti del tega stresa in tesnobe. Za vse matere po vsem svetu - ki so na različnih stopnjah svoje poti dojenja.

Študijo, »kompaktni, brezžični sistem za neprekinjeno spremljanje materinega mleka, iztisnjenega med dojenjem«, so podprli Querrey Simpson Institute for Bioelectronics, Defense Health Agency, National Research Foundation of Korea in Haythornthwaite Foundation.

Viri: