Ingen ledninger, flere kram:Sensorer er de første til at overvåge babyer på NICU uden ledninger

Et tværfagligt team fra Northwestern University har udviklet et par bløde, fleksible trådløse sensorer, der erstatter det virvar af ledningsbaserede sensorer, der i øjeblikket overvåger babyer på hospitalernes neonatale intensivafdelinger (NICU) og udgør en barriere for forældre-baby-namme og fysisk binding.

Holdet afsluttede for nylig en række første menneskelige undersøgelser af for tidligt fødte børn på Prentice Women's Hospital og Ann &Robert H. Lurie Children's Hospital i Chicago. Forskerne konkluderede, at de trådløse sensorer leverede data lige så præcise og nøjagtige som dem fra traditionelle overvågningssystemer. De trådløse plastre er også mere skånsomme mod en nyfødts skrøbelige hud og giver mulighed for mere hud-til-hud kontakt med forælderen. Eksisterende sensorer skal fastgøres med klæbemidler, der kan give ar og blære for tidligt fødte nyfødtes hud.

Studiet, involverer materialeforskere, ingeniører, hudlæger og børnelæger vil blive offentliggjort 1. marts i tidsskriftet Videnskab .

Undersøgelsen omfatter indledende data fra mere end 20 babyer, som bar de trådløse sensorer sammen med traditionelle overvågningssystemer, så nordvestlige forskere kunne lave en side om side, kvantitativ sammenligning. Siden da, holdet har gennemført vellykkede tests med mere end 70 babyer på NICU.

"Vi ønskede at fjerne rottereden af ​​ledninger og aggressive klæbemidler forbundet med eksisterende hardwaresystemer og erstatte dem med noget mere sikkert, mere patientcentreret og mere kompatibel med forældre-barn interaktion, " sagde John A. Rogers, en pioner inden for bioelektronik, der ledede teknologiudviklingen. "Vi var i stand til at reproducere al den funktionalitet, som nuværende ledningsbaserede sensorer giver, med præcision af klinisk kvalitet. Vores trådløse, batterifri, hudlignende enheder opgiver intet med hensyn til måleområde, nøjagtighed og præcision - og de giver endda avancerede målinger, der er klinisk vigtige, men som ikke almindeligvis indsamles."

Rogers er Louis Simpson og Kimberly Querrey professor i materialevidenskab og -teknik og biomedicinsk teknik ved McCormick School of Engineering og professor i neurologisk kirurgi ved Feinberg School of Medicine. Han ledede forskningen sammen med Dr. Amy Paller, dermatologisk afdelingsleder, Walter J. Hamlin professor i dermatologi og professor i pædiatri ved Feinberg, og Dr. Shuai (Steve) Xu, en instruktør i dermatologi hos Feinberg og en Northwestern Medicine dermatolog.

Klipning af ledninger

Massen af ​​ledninger, der omgiver nyfødte i NICU, er ofte større end babyerne selv. Typisk, fem eller seks ledninger forbinder elektroder på hver baby til monitorer til vejrtrækning, blodtryk, blod ilt, hjerteslag og mere. Selvom disse ledninger sikrer sundhed og sikkerhed, de begrænser barnets bevægelser og udgør en stor barriere for fysisk binding i en kritisk udviklingsperiode.

"Vi ved, at hud-mod-hud kontakt er så vigtig for nyfødte - især dem, der er syge eller for tidlige, sagde Paller, en pædiatrisk hudlæge hos Lurie Children's. "Det har vist sig at mindske risikoen for lungekomplikationer, leverproblemer og infektioner. Endnu, når du har ledninger overalt, og barnet er bundet til en seng, det er virkelig svært at få hud-mod-hud kontakt."

Nybagt mor frustreret over manglende evne til at holde sin nyfødte

Den frustration kender den nybagte mor Taschana Taylor. Efter et akut kejsersnit, Taylors datter Grace blev hastet til NICU, hvor hun blev i tre uger. Desperat efter at binde sig til deres nye baby, Taylor og hendes mand følte sig udmattede, da de navigerede i ledningerne for at give Grace den mest basale pleje. Grace er blandt de 70 babyer, der hidtil har deltaget i side-by-side sammenligningsundersøgelsen.

"Prøver at fodre hende, ændre hende, svøbe hende, holde hende og flytte rundt med hende med ledningerne var svært, " sagde Taylor. "Hvis hun ikke havde ledninger på sig, vi kunne gå en tur rundt i lokalet sammen. Det ville have gjort hele oplevelsen mere behagelig."

Stressende og svært at tage baby ud af vuggen

"De svingninger, som forældre og sygeplejersker skal igennem bare for at tage barnet ud af vuggen, er forbløffende, " sagde medforfatter Dr. Aaron Hamvas, Raymond og Hazel Speck Berry professor i neonatologi ved Feinberg og afdelingsleder for neonatologi på Lurie Children's.

"Kablerne går op til skærmen, ned til barnet, måske gå gennem huller i en kuvøse, " sagde Hamvas. "Sygeplejersker og forældre forsøger at få alle babyerne samlet, så de ikke ved et uheld trækker noget af dem eller ud af væggen. Det er meget, meget besværligt og stressende. Hvis babyen var fuldstændig ubehæftet, det ville være enormt mere effektivt og mindre udsat for problemer."

"Enhver, der har haft oplevelsen af ​​at komme ind på en NICU, bemærker straks, hvor små babyerne er, og hvor mange ledninger og elektroder er fastgjort til dem, " sagde medforfatter Dr. Debra Weese-Mayer, Beatrice Cummings Mayer professor i pædiatrisk autonom medicin ved Feinberg og chef for pædiatrisk autonom medicin ved Lurie Children's. "Muligheden for at blive trådløs har et enormt potentiale for at mindske byrden for sygeplejerskerne, for babyerne og for forældrene."

Går ud over de nuværende muligheder

Fordelene ved Northwestern-teamets nye teknologi rækker ud over dets mangel på ledninger – måler mere end hvad der er muligt med nutidens kliniske standarder.

De to trådløse sensorer overvåger babyers vitale tegn – hjertefrekvens, respirationshastighed og kropstemperatur - fra modsatte ender af kroppen. En sensor ligger hen over barnets bryst eller ryg, mens den anden sensor vikler sig om en fod. (Brystsensoren måler 5 centimeter gange 2,5 centimeter; fodsensoren er 2,5 centimeter gange 2 centimeter. Hver sensor vejer omtrent det samme som en regndråbe.) Denne strategi gør det muligt for læger at indsamle et spædbarns kernetemperatur såvel som kropstemperatur fra en perifer enhed. område.

"Forskelle i temperatur mellem foden og brystet har stor klinisk betydning ved bestemmelse af blodgennemstrømning og hjertefunktion, " sagde Rogers. "Det er noget, der ikke er almindeligt gjort i dag."

Læger kan også måle blodtrykket ved løbende at spore, hvornår pulsen forlader hjertet og når foden. I øjeblikket, der er ikke en god måde at indsamle en pålidelig blodtryksmåling på. En blodtryksmanchet kan få blå mærker eller beskadige et spædbarns skrøbelige hud. Den anden mulighed er at indsætte et kateter i en arterie, hvilket er vanskeligt på grund af den lille diameter af et for tidligt nyfødt barns blodkar. Det medfører også en risiko for infektion, koagulering og endda død.

"Vi mangler en masse information, hvor der kan være variationer i blodtrykket i løbet af dagen, " sagde Hamvas. "Disse variationer i blodtryk kan have en betydelig indvirkning på resultaterne."

Enheden kan også hjælpe med at udfylde informationshuller, der eksisterer under hud-mod-hud-kontakt. Hvis læger kan fortsætte med at måle spædbørns vitale tegn, mens de holdes fast af deres forældre, de vil måske lære mere om, hvor kritisk denne kontakt kan være.

Gennemsigtig og kompatibel med billedbehandling, sensorerne kan også bæres under røntgenstråler, MR og CT-scanninger. "Tråde er ikke kun en fysisk hindring for at interagere med babyen, men forstyrrer også billeddannelsen, hvis de efterlades på plads, " sagde Paller. "Teknologien er udviklet, så du kan lave billeddannelse med sensorerne på plads og fortsætte med at overvåge babyen."

Gemmer 'utroligt skrøbelig' hud

Blodtryksmanchetten er ikke den eneste potentielt skadelige del af den nuværende teknologi. Mange for tidligt fødte børn får hudskader fra den klæbrige tape, der klæber ledningerne til kroppen. Tape kan forårsage hudirritation, vabler og, ultimativt, infektioner. I nogle tilfælde, denne skade kan føre til livslang ardannelse.

"For tidligt fødte børns hud er ikke fuldt udviklet, så det er utrolig skrøbeligt, " sagde Paller. "Faktisk, tykkelsen af ​​huden hos for tidligt fødte børn er omkring 40 procent reduceret. Jo mere for tidligt du bliver, jo mere skrøbelig bliver huden. Det betyder, at vi skal være meget forsigtige«.

Northwestern-holdet har hidtil undersøgt 70 babyer på NICU og fundet ingen tegn på hudskade fra de trådløse sensorer. Sensorens hudbesparende hemmelighed ligger i dens lette natur, tynd geometri og blød mekanik. Den papirtynde enhed er lavet af biokompatibel, blød elastisk silikone, der indlejrer en samling af bittesmå elektroniske komponenter forbundet med fjederlignende ledninger, der bevæger sig og bøjer med kroppen.

Rogers arbejdede sammen med mangeårige samarbejdspartner og ekspert i strækbar elektronik og teoretisk mekanik Yonggang Huang for at komme med et optimalt design. Huang er Walter P. Murphy-professor i civil- og miljøteknik og maskinteknik og professor i materialevidenskab og teknik ved Northwesterns McCormick School.

"Hvis man ser tilbage til 1960'erne, den grundlæggende tilgang til overvågning af spædbørn er stort set den samme, som den er i dag, " sagde Rogers. "Det er tapede sensorer, ledninger til eksterne bokse af elektronik. Det er alt, hvad der nogensinde er blevet gjort.

"Styrken af ​​det klæbemiddel, der kræves for at holde vores letvægtsenhed på huden, er meget lavere end styrken af ​​de klæbemidler, der er nødvendige for at opretholde en grænseflade mellem en kabelforbundet sensor og en ekstern boks, Rogers fortsatte. "Vi har ikke set nogen negative bivirkninger i vores undersøgelse, ikke engang en antydning af hudskade selv hos de mest skrøbelige babyer."

Den trådløse sensor kommunikerer gennem en sender placeret under sengens madras. Brug af radiofrekvenser med samme styrke som dem i RFID-tags, antennen sender data til displays på sygeplejerskernes station. Selvom det kan steriliseres og genbruges, sensoren er billig nok (ca. $10), at den blot kan kasseres efter 24 timer og erstattes med en ny for at eliminere enhver risiko for infektion.

Hvornår vises trådløse sensorer på amerikanske hospitaler?

Rogers vurderer, at hans trådløse sensorer vil dukke op på amerikanske hospitaler inden for de næste to til tre år. Med støtte fra to store nonprofitorganisationer, Rogers' team forventer at sende sensorer til titusindvis af familier i udviklingslande i løbet af det næste år som en del af en international indsats.

"Vi er stolte af, at denne teknologi ikke kun er begrænset til avancerede NICU'er i udviklede lande, " sagde Xu. "Teknologien kan tilpasses med minimale ændringer til indstillinger med lav ressource."