摘要：新设备可以让人安心，并减少母乳喂养妈妈的焦虑。它使用生物阻抗，目前用于测量体内脂肪，并实时将临床级数据播放到智能手机或平板电脑。由医生和工程师开发的设备由新妈妈测试。技术可能会特别受益于NICU中有精确营养需求的脆弱婴儿。...
虽然母乳喂养对母亲和她的孩子有很多好处，但它具有一个主要的缺点：很难知道婴儿要消耗多少牛奶。
为了摆脱母乳喂养的猜测，西北大学的工程师，新生儿学家和儿科医生的跨学科团队已经开发了一种新的可穿戴设备，可以提供临床级，连续监测母乳消耗。
在母乳喂养期间，这种不引人注目的设备在哺乳母亲的周围缠绕，并无线地将数据传输到智能手机或平板电脑。然后，母亲可以观看现场图形显示，以实时摄入多少牛奶。
通过消除不确定性，该设备可以在婴儿的前几天和几周内为父母提供安心。特别是，新技术可以帮助减轻父母的焦虑，并改善新生儿重症监护病房（NICU）中脆弱婴儿营养的临床管理。
该研究将于周三（5月14日）在杂志上发布自然生物医学工程。为了确保其准确性和实用性，该设备经历了严格评估的几个阶段，包括理论建模，台式实验和对医院新母亲队列的测试。
领导该设备开发的西北地区约翰·A·罗杰斯（John A. Rogers）说：“确切知道婴儿在母乳喂养期间收到多少牛奶一直是父母和医疗保健提供者的挑战。” “这项技术消除了这种不确定性，提供了一种实时监测牛奶摄入量的方便而可靠的方法，无论是在医院还是在家中。”
西北医学新生儿医生兼研究作者丹尼尔·罗宾逊（Daniel Robinson）博士说：“围绕婴儿是否获得足够的营养会给家庭带来压力，尤其是对于在NICU中有早产儿的母乳喂养母亲的压力。” “目前，只有繁琐的方法才能测量婴儿在母乳喂养过程中消耗的牛奶，例如在喂养前后的婴儿权衡婴儿的体重。我们希望该传感器在哺乳支持方面有很大的进步，减轻家庭压力，减轻对临床医生的确定性，并随着婴儿的母乳喂养而进步，但仍需要的，但仍需要营养的养育者，他们的营养良好。更健康的社区。”
罗杰斯（Rogers）是路易斯·辛普森（Louis Simpson）和金伯利·奎里（Kimberly Querrey）的材料科学与工程学教授，西北西北部的生物医学工程和神经外科手术 - 他在麦考米克工程学院（McCormick）工程学院和费恩伯格医学院（Feinberg Medicine of Medicine of Medicine of Medine of McCormick School of McCormick）任命 - 罗宾逊（Robinson）是费恩伯格（Feinberg）的儿科副教授，也是芝加哥Ann＆Robert H. Lurie儿童医院（Ann＆Robert H. Lurie Children Hospital of Neonatology）的主体医师。罗杰斯（Rogers）和罗宾逊（Robinson）与费恩伯格（Feinberg）儿科教授克雷格·加菲尔德（Craig Garfield）博士共同领导了这项研究，并在卢里（Lurie）儿童教授和卢里（Lurie）儿童教科医生詹妮弗·斯（Jennifer Wicks）的医生共同领导了这项研究。
QSIB的三名博士后研究人员为该项目做出了同样的贡献，每个项目现在都是韩国的教职员工：Ajou University的助理教授Jiyhe Kim领导了设备设计并支持临床试验；汉阳大学的助理教授塞兴（Seyong Oh）设计了无线电子产品； Sungkyunkwan大学的助理教授Jae-Young Yoo开发了数据分析方法。 Kim和Oh是赖斯大学和西北博士机械工程助理教授Raudel Avila的联合作者。毕业生，负责计算建模。
解决未满足的需求
该项目始于四年前，当时Lurie儿童的新生儿学家和儿科医生以非常未满足的需求接近Rogers的团队。由于在母乳喂养期间将牛奶从母亲转移到婴儿，牛奶的流动各不相同，因此几乎不可能知道婴儿一次坐着消耗的牛奶的精确量。
“目前，没有可靠的方法可以知道婴儿在母乳喂养时正在吃多少婴儿，”三个孩子的母亲斯说。 “一些儿科医生和泌乳顾问将使用鳞片在进食前后称重婴儿，并且该测量值对婴儿喝酒的牛奶量进行了不错的估计。但是不幸的是，婴儿鳞片并不小，而且大多数人都不拥有婴儿鳞片。因此，虽然可以提供估计的估计，但并不方便。”
作为另一种选择，母亲可以将母乳将其泵入瓶中。虽然奶瓶喂养提供了精确的体积测量和视觉上的放心，使婴儿正在食用牛奶，但它消除了皮肤对皮肤接触的好处。而且，泵送，储存和处理牛奶的额外步骤是耗时的，甚至可以增加细菌污染的风险。
斯说：“与用瓶子喂母乳相比，母乳喂养有几个优势。” “首先，这种皮肤对皮肤的纽带对婴儿和妈妈都有益。此外，实际上母乳喂养通常会更好地刺激牛奶的产量。”
尽管其他学术研究人员和小型创业公司探索了监测母乳和喂养方面的技术，但经过同行评审的研究却很少。
罗杰斯说：“基于我们对科学文献的评论以及我们与儿科医生和新生儿学家的讨论，没有临床验证的技术来满足这一重要的医疗需求。” “我们的工作填补了这一空白。”
指出正确的策略
罗杰斯（Rogers）的团队先前开发了柔软，柔性的无线体传感器，用于监测NICU中的婴儿以及可穿戴的传感器，用于流体流的流动流，这些传感器通常用于治疗脑积水患者。凭借与弱势群体和开发能够测量流体流动的设备的经验，Rogers及其团队是该项目的理想候选人。
罗杰斯说：“我们的临床同事问我们是否可以开发一个传感器，该传感器可以允许新妈妈在护理课程中确定婴儿正在食用多少牛奶。” “起初，我们不确定如何解决问题。我们用来分流的策略在表面上穿过皮肤下方的位置不起作用，因为牛奶导管位于皮肤表面下方太远。”
经过多年的失败尝试，基于监视的光学特性的方法，量化哺乳运动，吞咽事件以及其他几个事件，工程师最终终于解决了一种非常简单的技术。该设备使用放置在皮肤上的两个小垫子或电极通过发送微小的安全电流。另一对电极捕获了与该电流相关的电压差。
随着婴儿喝牛奶，中的牛奶量减少。这种还原导致以微妙但可测量的方式变化的电性能。这些变化直接与从中去除的牛奶数量有关。量越大，电性能的变化越大。尽管微妙，但在母乳喂养期间，可以准确校准和量化以在智能手机上实时显示。
罗杰斯说：“这是一个称为生物阻抗的概念，通常用于测量体内脂肪。” “由于肌肉，脂肪，骨骼和组织以不同的方式进行电力，因此生物阻抗可以产生准确的脂肪含量测量。在概念上相似的方式，我们可以量化内牛奶体积的变化。这是我们尝试的最后一个策略。不幸的是，幸运的是，我们发现我们能够使它变得非常好起来。”
严格的测试
在设计初始原型后，工程团队通过测试和建模的几个阶段对其进行了优化。首先，他们使用模仿皮肤，脂肪和牛奶的电性能的材料建立了简化的模型。通过精确控制这些模型中的“牛奶”量，研究人员可以看到随着“牛奶”的变化，设备的数据如何变化。
由阿维拉（Avila）在赖斯（Avila）领导，团队基于实际解剖结构创建了的详细计算机模型。他们基于物理的计算机模拟监测了母乳喂养过程中发生的生理变化。使用生物阻抗，阿维拉将电信号的流动与实时离开的牛奶量联系起来。他的团队的解剖学正确计算机模型结合了特定于患者的形状和组织分布，使它们能够测试传感器放置和组织变异如何影响读数。
阿维拉说：“我们的仿真结果与实验和人类临床研究的趋势相匹配。” “将我们的模型与在现实世界中产生影响始终是一个亮点，只有通过实验，建模和临床团队之间的合作才有可能。”
各种形状和大小的个性化
所得的设备是一条细，柔软，柔软的绳索，可轻轻缠绕在的外圆周上。轻轻粘附在皮肤上的电极整合到绳索的每一端。一个小的轻巧的“基站”，它也柔软地安装在皮肤上，位于电极之间的绳索中间。基站封闭在柔软的硅胶外壳中，可容纳一个可充电电池的小电池，用于无线数据传输的蓝牙技术和存储芯片。
由于每个母亲在密度，形状和大小上都有差异，因此可以通过一次校准来个性化设备。为了校准系统，母亲在使用带有音量标记的瓶子的吸气泵时佩戴设备。这使用户能够知道在特定时间段内表达的牛奶的精确量。同时，该设备在整个抽水过程中记录了的电气性能。这种校准方案教导设备如何解释每个特定母亲的电信号的变化。
在开发原型后，该团队在NICU和家里的12位母乳喂养母亲上测试了该设备。为了评估该设备是否随着时间的流逝是一致且可靠的，研究人员从同一母亲那里进行了多次测量，这些时间跨度为17周。
在测试的第一阶段，母亲在抽水时戴着传感器，因为这一重要步骤需要准确地知道表达的牛奶母亲的数量。在一次测试课程中，研究人员将设备的数据与母乳喂养前后婴儿体重的差异进行了比较。总体而言，随着泵送过程的测试，瓶中的量与传感器检测到的量之间的结果非常相似。
改善NICU的护理
尽管该设备将为所有父母提供保证和有用的信息，但Robinson和Wicks表示，NICU婴儿将从仔细的监控中受益最大。确切地了解NICU的婴儿在进食中比健康的完整婴儿更为重要。
这些婴儿通常有精确的营养需求。例如，过早的婴儿可能使消化系统欠发达，使它们更容易受到喂养不耐受的影响。精确的喂养量可以帮助最大程度地减少发展肠道疾病和反流的风险。
斯说：“有些婴儿一次仅限于一定数量的饲料。” “对于那些过早出生或从手术中恢复过来的婴儿，他们只能非常缓慢地吃少量的牛奶。通常，我们不能让他们母乳喂养，因为我们没有办法让我们知道他们从妈妈那里得到多少牛奶。有传感器可以监控这种情况会使这些婴儿更成功地与他们的母亲更成功地母乳喂养。”
未来的方向
为了变得更加用户友好，研究人员设想了该技术最终可以集成到诸如母乳喂养胸罩之类的舒适内衣中。这将进一步增强该设备的易用性和对母亲的整体体验。
研究人员仍然计划与喂养前和后的称重进行全面比较。该团队还旨在确保传感器适用于具有多种肤色的母亲。尽管该设备的当前版本可检测到从中流出的牛奶量，但未来的迭代可以测量牛奶在中的补充。然后，母亲可以随着时间的推移牛奶生产的变化。该团队还计划继续优化该设备，以便可以收集更多的见解，例如牛奶质量和脂肪含量。
斯说：“母乳喂养对母亲来说可能是极其激动的，部分原因是婴儿得到了多少牛奶的不确定性。” “这可能会带来很多悲伤，因为母亲会感到焦虑，就像做得不好。通常，母亲会经历焦虑，沮丧或抑郁症状，并完全放弃母乳喂养。
“有许多因素使母乳喂养很困难。能够消除一段不确定性并能够帮助他们放心，他们正在生产足够的牛奶确实有助于减轻某些压力和焦虑。对于全世界的所有妈妈来说，他们都处于母乳喂养之旅的各个阶段 - 这些设备将非常有帮助。
