Ny enhet erbjuder amningsdata i realtid för föräldrar och läkare

Ny enhet erbjuder amningsdata i realtid för föräldrar och läkare

Även om amning har många fördelar för en mamma och hennes barn, har det en stor nackdel: det är otroligt svårt att veta hur mycket mjölk barnet konsumerar.

För att uppmuntra amning har ett tvärvetenskapligt team av ingenjörer, neonatologer och barnläkare vid Northwestern University utvecklat en ny bärbar enhet som kan ge kontinuerlig övervakning av bröstmjölkskonsumtion av klinisk kvalitet.

Den diskreta enheten lindar tyst och bekvämt runt en ammande mammas bröst medan den ammar och överför data trådlöst till en smartphone eller surfplatta. Mamman kan sedan se en live grafisk representation av hur mycket mjölk hennes bebis har konsumerat i realtid.

Genom att eliminera osäkerhet kan enheten ge trygghet för föräldrar under deras barns första dagar och veckor. I synnerhet kan den nya tekniken hjälpa till att minska föräldrarnas ångest och förbättra den kliniska hanteringen av näring för sårbara spädbarn på neonatal intensivvårdsavdelning (NICU).

Studien publiceras i tidskriften på onsdag (14 maj).Nature Biomedicinsk teknik. För att säkerställa dess noggrannhet och funktionalitet har enheten genomgått flera nivåer av rigorös utvärdering, inklusive teoretisk modellering, bänkexperiment och testning på en kohort av nyblivna mödrar på sjukhus.

"Det har länge varit en utmaning för föräldrar och vårdgivare att veta exakt hur mycket mjölk ett barn får när det ammar", säger John A. Rogers från Northwestern, som ledde utvecklingen av enheten. "Den här tekniken eliminerar den osäkerheten och ger ett bekvämt och pålitligt sätt att övervaka mjölkintaget i realtid, oavsett om det är på sjukhuset eller hemma."

Osäkerhet om huruvida ett barn får i sig tillräckligt med näring kan orsaka stress för familjer, särskilt ammande mödrar med för tidigt födda barn på intensivvårdsavdelningen. För närvarande finns det bara krångliga sätt att mäta hur mycket mjölk en bebis har konsumerat under amning, t.ex. B. Vägning av barnet före och efter matning. Vi förväntar oss att denna sensor kommer att vara ett stort framsteg när det gäller att underhålla amning, minska stress för familjer och öka tryggheten för läkare när spädbarn utvecklas med amning men fortfarande behöver näringsstöd. Att minska osäkerheten och stödja familjer att uppnå sina amningsmål leder till friskare barn, friskare mammor och hälsosammare samhällen. "

Dr Daniel Robinson, neonatolog vid Northwest Medicine och medsjuksköterska i studien

Rogers är en bioelektronisk pionjär som är Louis Simpson och Kimberly Querrey professor i materialvetenskap och teknik, biomedicinsk teknik och neurologisk kirurgi vid Northwestern – där han har utnämningar vid McCormick School of Engineering och Feinberg School of Medicine och chef för Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB) har (QSIB). Robinson är docent i pediatrik vid Feinberg och en behandlande läkare vid avdelningen för neonatologi vid Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital i Chicago. Rogers och Robinson ledde studien med Drs. Craig Garfield, professor i pediatrik vid Feinberg och läkare vid Lurie Children's, och Dr. Jennifer Wicks, barnläkare vid Lurie Children's.

Tre QSIB postdoktorala forskare bidrog lika mycket till projektet, som var och en är fakultetsmedlem i Korea: Jiyhe Kim, biträdande professor vid Ajou University, ledde designen av enheten och stödde kliniska prövningar. Seyong OH, biträdande professor vid Hanyang University, utvecklade den trådlösa elektroniken; och Jae-young Yoo, biträdande professor vid Sungkyunkwan University, utvecklade metoder för dataanalys. Kim och OH är medförfattare tillsammans med Raudel Avila, biträdande professor i maskinteknik vid Rice University och Northwestern Ph.D. examen som ledde datormodellering.

Tillgodose ett otillfredsställt behov

Projektet började för fyra år sedan när neonatologer och barnläkare vid Lurie Children's team kontaktade Rogers team med ett kritiskt, otillfredsställt behov. Eftersom mjölköverföringen från mamma till bebis inte är synlig under amning och mjölkflödet varierar, är det nästan omöjligt att veta en bebis exakta mjölkvolym på en session.

"Det finns för närvarande inga tillförlitliga sätt att veta hur mycket spädbarn äter när de ammar", säger Wicks, som är trebarnsmamma. "Vissa barnläkare och amningskonsulter kommer att använda en våg för att väga en bebis före och efter matning, och den här mätningen ger en anständig uppskattning av mängden mjölk barnet har druckit. Men tyvärr är babyskolorna inte små, och de flesta äger inte babyskydd.

Ett annat alternativ för mammor är att pumpa bröstmjölk i en flaska. Medan flaskmatning ger exakta volymmätningar och visuell bekräftelse på att barnet konsumerar mjölk, tar det bort fördelarna med hud-mot-hud-kontakt. De ytterligare stegen att pumpa, lagra och hantera mjölk är tidskrävande och kan till och med öka risken för bakteriell kontaminering.

"Amning har flera fördelar jämfört med att mata bröstmjölk med en flaska," sa Wicks. "Först och främst är detta hud-mot-hud-band fördelaktigt för både spädbarn och mödrar. Dessutom stimulerar faktisk amning ofta mjölkproduktionen bättre."

Även om andra akademiska forskare och små nystartade företag har undersökt teknologier för att övervaka aspekter av bröstmjölk och utfodring, är det få av fackgranskade studier.

"Baserat på våra granskningar av den vetenskapliga litteraturen och våra diskussioner med barnläkare och neonatologer finns det inga kliniskt validerade tekniker som tillgodoser detta viktiga medicinska behov," sa Rogers. "Vårt arbete fyller denna lucka."

Lägg rätt strategi på plats

Rogers team har tidigare utvecklat mjuka, flexibla trådlösa kroppssensorer för att övervaka spädbarn på intensivvårdsavdelningen, samt bärbara sensorer för att spåra dräneringen av vätskeflödet genom shuntar, som vanligtvis används för att behandla patienter med hydrocefalus. Med erfarenhet av att arbeta med utsatta befolkningsgrupper och utveckla enheter som mäter vätskeflödet var Rogers och hans team idealiska kandidater för projektet.

"Våra kliniska kollegor frågade oss om vi kunde utveckla en sensor som skulle göra det möjligt för nyblivna mammor att avgöra hur mycket mjölk deras barn konsumerar under en vårdsession," sa Rogers. "Först var vi inte säkra på hur vi skulle närma oss problemet. De strategier vi använde för att få flöde genom shuntar när de passerar genom platser ytligt under huden fungerar inte eftersom mjölkkanalerna är för långt under hudens yta."

Efter år av misslyckade försök baserade på metoder för att övervaka bröstets optiska egenskaper, för att kvantifiera sugrörelser, för att spåra sväljningshändelser och flera andra, slog de sig äntligen på en anmärkningsvärt enkel teknik. Enheten skickar en liten, säker elektrisk ström genom bröstet med hjälp av två små dynor, eller elektroder, placerade på huden. Ett annat elektrodpar detekterar spänningsskillnaden som är associerad med denna ström.

När barnet dricker mjölk minskar mängden mjölk i bröstet. Denna minskning resulterar i en förändring av bröstets elektriska egenskaper på ett subtilt men mätbart sätt. Dessa förändringar är direkt relaterade till mängden mjölk som tas bort från bröstet. Ju större kvantitet, desto större förändring i elektriska egenskaper. Även om den är subtil kan denna förändring kalibreras exakt under amning och kvantifieras för realtidsvisning på en smartphone.

"Detta är ett koncept som kallas bioimpedans och används ofta för att mäta kroppsfett," sa Rogers. "Eftersom muskler, fett, ben och vävnad leder elektricitet olika, kan bioimpedans leda till en noggrann mätning av fetthalten. På ett konceptuellt liknande sätt kan vi kvantifiera förändringen i mjölkvolymen inom bröstet. Detta var den sista strategin vi tyvärr provade.

Rigorösa tester

Efter att ha designat de första prototyperna optimerade ingenjörsteamet den genom flera test- och modelleringssteg. Först byggde de förenklade modeller av ett bröst med material som efterliknar de elektriska egenskaperna hos hud, fett och mjölk. Genom att noggrant kontrollera mängden "mjölk" i dessa modeller kunde forskarna se hur enhetens data förändrades med volymen "mjölk".

Under ledning av Avila på Rice skapade teamet sedan detaljerade datormodeller av bröstet baserade på verklig anatomi. Deras fysikbaserade datorsimuleringar övervakade de fysiologiska förändringarna som inträffar under amning. Med hjälp av bioimpedans kopplade Avila flödet av elektriska signaler till mängden mjölk som lämnar bröstet i realtid. Hans teams anatomiskt korrekta datormodeller inkluderar patientspecifika bröstformer och vävnadsfördelningar, vilket gör att de kan testa hur sensorplacering och vävnadsfluktuationer påverkar avläsningarna.

"Våra simuleringsresultat matchade trenderna för experiment och mänskliga kliniska studier," sa Avila. "Att koppla våra modeller till verkliga effekter är alltid en höjdpunkt, och detta är endast möjligt genom samarbete mellan experimentella, modellerande och kliniska team."

Personlig för att passa alla former och storlekar

Den resulterande enheten är en tunn, mjuk, böjlig kabel som lindas något runt den yttre omkretsen av bröstet. Elektroder som fäster försiktigt på huden är integrerade i varje ände av kabeln. En liten, lätt "basstation", som också monteras försiktigt på huden, finns i mitten av kabeln mellan elektroderna. Inkapslad i ett mjukt silikonhölje innehåller basstationen ett litet uppladdningsbart batteri, Bluetooth-teknik för trådlös dataöverföring och ett minneschip.

Eftersom varje mamma har skillnader i bröstdensitet, form och storlek, kan enheten anpassas genom en enda kalibrering. För att kalibrera systemet bär mamman enheten medan hon använder en bröstpump ansluten till en flaska med volymmarkeringar. Detta gör att användaren kan veta den exakta mängden mjölk under en viss tidsperiod. Samtidigt registrerar enheten bröstets elektriska egenskaper under hela pumpprocessen. Detta kalibreringsschema lär enheten hur man tolkar förändringarna i elektriska signaler för varje enskild mutter.

Efter att ha utvecklat prototyper testade teamet enheten på 12 ammande mödrar – både på intensivvårdsavdelningen och i hemmet. För att bedöma om enheten var konsekvent och tillförlitlig över tid tog forskarna flera mätningar från samma mammor, som täckte tidsperioder upp till 17 veckor.

I denna första testfas bar mödrar sensorn medan de pumpade, eftersom detta viktiga steg krävde att mödrar noggrant mätte mängden mjölk som de gav ut. I en testsession jämförde forskare enhetens data med skillnaden i babyvikt före och efter amning. Sammantaget var resultaten slående lika mellan mängderna i flaskan och mängderna detekterade av sensorn.

Förbättra vården på intensivvårdsavdelningen

Medan enheten skulle ge tryggande och användbar information till alla föräldrar, säger Robinson och Wicks att spädbarn på NICU skulle ha mest nytta av noggrann övervakning. Att veta hur mycket en NICU-bebis äter är ännu viktigare än friska, fullgångna spädbarn.

Dessa barn har ofta exakta näringsbehov. Till exempel kan för tidigt födda barn ha underutvecklade matsmältningssystem, vilket gör dem mer mottagliga för matintolerans. Exakta matningsvolymer kan hjälpa till att minimera riskerna för att utveckla tarmsjukdomar och reflux.

"Vissa bebisar är begränsade till ett visst antal matningar åt gången," sa Wicks. "För barn som föds för tidigt eller som återhämtar sig från operation kan de bara äta små mängder mjölk väldigt långsamt. Ofta kan vi inte tillåta dem att amma eftersom det inte finns något sätt för oss att veta hur mycket mjölk de får från mamman. En sensor för att övervaka detta för att amma dessa barn mer framgångsrikt tillsammans med sin mamma."

Framtida instruktioner

För att bli ännu mer användarvänlig föreställer sig forskarna att tekniken så småningom kan integreras i bekväma underplagg som amningsbehåar. Detta skulle ytterligare förbättra användbarheten och den övergripande upplevelsen av enheten för mammor.

Forskare fortsätter att planera för att slutföra omfattande jämförelser av vikt före och efter matning. Teamet vill också säkerställa att sensorn kan användas av mammor med ett brett spektrum av hudtoner. Medan den nuvarande versionen av enheten fångar upp mjölk som rinner från bröstet, kan framtida iterationer tillföra mjölk till bröstet. Då kunde mammor spåra förändringar i mjölkproduktionen över tid. Teamet planerar också att ytterligare optimera enheten så att den kan få ännu mer insikter som mjölkkvalitet och fetthalt.

"Amning kan vara extremt känslomässigt för mammor, delvis på grund av osäkerhet om hur mycket mjölk deras barn får," sa Wicks. "Det kan åtföljas av mycket sorg eftersom mammor känner sig oroliga och de inte gör ett bra jobb. Ofta upplever mammor ångest, frustration eller symtom på depression och slutar amma helt.

"Det finns många faktorer som gör amning svår. Om du kan ta bort en del av osäkerheten och försäkra dem om att de producerar tillräckligt med mjölk, kommer det verkligen att hjälpa till att lindra en del av den stressen och ångesten. För alla mammor runt om i världen - som befinner sig i alla olika stadier av sina amningsresor.

Studien, "ett kompakt, trådlöst system för kontinuerlig övervakning av bröstmjölk som uttrycks under amning," stöddes av Querrey Simpson Institute for Bioelectronics, Defense Health Agency, National Research Foundation of Korea och Haythornthwaite Foundation.

Källor: