Een interdisciplinair team van de Northwestern University heeft een paar zachte, flexibele draadloze sensoren die de wirwar van op draad gebaseerde sensoren vervangen die momenteel baby's in de neonatale intensive care-afdelingen (NICU) van ziekenhuizen bewaken en een barrière vormen voor knuffelen tussen ouders en baby's en fysieke binding.

Het team voltooide onlangs een reeks eerste menselijke studies over premature baby's in het Prentice Women's Hospital en Ann &Robert H. Lurie Children's Hospital in Chicago. De onderzoekers concludeerden dat de draadloze sensoren gegevens leverden die net zo nauwkeurig en nauwkeurig waren als die van traditionele monitoringsystemen. De draadloze pleisters zijn ook zachter voor de kwetsbare huid van een pasgeborene en zorgen voor meer huid-op-huidcontact met de ouder. Bestaande sensoren moeten worden bevestigd met lijm die littekens en blaren kan veroorzaken op de huid van premature pasgeborenen.

De studie, waarbij materiaalwetenschappers betrokken zijn, ingenieurs, dermatologen en kinderartsen worden op 1 maart gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

De studie omvat initiële gegevens van meer dan 20 baby's die de draadloze sensoren naast traditionele monitoringsystemen droegen, zodat Noordwest-onderzoekers een zij-aan-zij kunnen doen, kwantitatieve vergelijking. Vanaf dat moment, het team heeft succesvolle tests uitgevoerd met meer dan 70 baby's in de NICU.

"We wilden het rattennest van draden en agressieve lijmen van bestaande hardwaresystemen elimineren en ze vervangen door iets veiligers, meer patiëntgericht en meer compatibel met ouder-kind interactie, " zei John A. Rogers, een pionier op het gebied van bio-elektronica, die de technologische ontwikkeling leidde. "We waren in staat om alle functionaliteit van de huidige draadgebaseerde sensoren te reproduceren met klinische precisie. Onze draadloze, batterijvrij, huidachtige apparaten geven niets op in termen van meetbereik, nauwkeurigheid en precisie - en ze bieden zelfs geavanceerde metingen die klinisch belangrijk zijn, maar niet vaak worden verzameld."

Rogers is de Louis Simpson en Kimberly Querrey Professor of Materials Science and Engineering and Biomedical Engineering aan de McCormick School of Engineering en een professor in neurologische chirurgie aan de Feinberg School of Medicine. Hij leidde het onderzoek samen met Dr. Amy Paller, afdelingsvoorzitter dermatologie, Walter J. Hamlin hoogleraar dermatologie en hoogleraar kindergeneeskunde aan Feinberg, en Dr. Shuai (Steve) Xu, een instructeur van dermatologie bij Feinberg en een dermatoloog van de Northwestern Medicine.

De koorden doorknippen

De massa draden die pasgeborenen in de NICU omringen, zijn vaak groter dan de baby's zelf. Typisch, vijf of zes draden verbinden elektroden op elke baby met monitoren voor ademhaling, bloeddruk, bloed zuurstof, hartslag en meer. Hoewel deze draden gezondheid en veiligheid garanderen, ze beperken de bewegingen van de baby en vormen een belangrijke barrière voor fysieke binding tijdens een kritieke periode van ontwikkeling.

"We weten dat huid-op-huidcontact zo belangrijk is voor pasgeborenen - vooral degenen die ziek of prematuur zijn, " zei Paller, een kinderdermatoloog bij Lurie Children's. "Het is aangetoond dat het het risico op pulmonale complicaties vermindert, leverproblemen en infecties. Nog, als je overal draden hebt en de baby is vastgebonden aan een bed, het is echt moeilijk om huid-op-huid contact te maken."

Nieuwe moeder gefrustreerd door het onvermogen om haar pasgeboren baby vast te houden

De kersverse moeder Taschana Taylor kent die frustratie wel. Na een spoedkeizersnede, Taylors dochter Grace werd met spoed naar de NICU gebracht, waar ze drie weken bleef. Wanhopig om een ​​band met hun nieuwe baby te krijgen, Taylor en haar man voelden zich uitgeput bij het navigeren door de draden om Grace de meest elementaire zorg te bieden. Grace is een van de 70 baby's die tot nu toe hebben deelgenomen aan het zij-aan-zij-vergelijkingsonderzoek.

"Ik probeer haar te voeden, verander haar, haar inbakeren, haar vasthouden en met haar meebewegen met de draden was moeilijk, ' zei Taylor. 'Als ze geen draden bij zich had, we zouden samen een wandeling door de kamer kunnen maken. Het zou de hele ervaring aangenamer hebben gemaakt."

Stressvol en moeilijk om de baby uit de wieg te halen

"De omwentelingen die ouders en verpleegsters moeten doorstaan ​​om de baby uit de wieg te halen, zijn verbazingwekkend, " zei co-auteur Dr. Aaron Hamvas, de Raymond en Hazel Speck Berry hoogleraar neonatologie bij Feinberg en afdelingshoofd neonatologie bij Lurie Children's.

"Draden gaan omhoog naar de monitor, tot aan de baby, misschien door gaten in een couveuse gaan, "Zei Hamvas. "Verpleegkundigen en ouders proberen de baby's allemaal ingepakt te krijgen, zodat ze niet per ongeluk iets van of uit de muur trekken. Het is heel, erg omslachtig en stressvol. Als de baby volledig onbezwaard was, het zou enorm efficiënter zijn en minder vatbaar voor problemen."

"Iedereen die ervaring heeft gehad met het betreden van een NICU, merkt meteen hoe klein de baby's zijn, en hoeveel draden en elektroden eraan zijn bevestigd, " zei co-auteur Dr. Debra Weese-Mayer, de Beatrice Cummings Mayer Professor of Pediatric Autonomic Medicine bij Feinberg en hoofd van Pediatric Autonomic Medicine bij Lurie Children's. "De mogelijkheid om draadloos te gaan heeft een enorm potentieel om de last voor de verpleegkundigen te verlichten, voor de baby's en voor de ouders."

Verder gaan dan de huidige mogelijkheden

De voordelen van de nieuwe technologie van het Northwestern-team reiken verder dan het ontbreken van kabels en meten meer dan mogelijk is met de huidige klinische normen.

De dubbele draadloze sensoren bewaken de vitale functies van baby's:hartslag, ademhalingsfrequentie en lichaamstemperatuur - van tegenovergestelde uiteinden van het lichaam. Eén sensor ligt over de borst of rug van de baby, terwijl de andere sensor zich om een ​​voet wikkelt. (De borstsensor meet 5 centimeter bij 2,5 centimeter; de voetsensor is 2,5 centimeter bij 2 centimeter. Elke sensor weegt ongeveer hetzelfde als een regendruppel.) Met deze strategie kunnen artsen de kerntemperatuur van een baby en de lichaamstemperatuur van een randapparaat meten regio.

"Verschillen in temperatuur tussen de voet en de borst zijn van groot klinisch belang bij het bepalen van de bloedstroom en hartfunctie, " zei Rogers. "Dat is iets dat tegenwoordig niet vaak wordt gedaan."

Artsen kunnen ook de bloeddruk meten door continu te volgen wanneer de pols het hart verlaat en bij de voet aankomt. Momenteel, er is geen goede manier om een ​​betrouwbare bloeddrukmeting te verzamelen. Een bloeddrukmanchet kan de kwetsbare huid van een baby beschadigen of beschadigen. De andere optie is het inbrengen van een katheter in een slagader, wat lastig is vanwege de kleine diameter van de bloedvaten van een premature pasgeborene. Het introduceert ook een risico op infectie, stolling en zelfs de dood.

"We missen veel informatie over variaties in bloeddruk in de loop van de dag, " bovengenoemde Hamvas. "Deze variaties in bloeddruk kunnen een significant effect op resultaten hebben."

Het apparaat kan ook helpen bij het opvullen van informatielacunes die bestaan ​​​​tijdens huid-op-huidcontact. Als artsen de vitale functies van baby's kunnen blijven meten terwijl ze door hun ouders worden vastgehouden, ze kunnen meer te weten komen over hoe belangrijk dit contact kan zijn.

Transparant en compatibel met beeldverwerking, de sensoren kunnen ook worden gedragen tijdens röntgenfoto's, MRI's en CT-scans. "Draden zijn niet alleen een fysieke belemmering voor de interactie met de baby, maar verstoren ook de beeldvorming als ze op hun plaats blijven, "Zei Paller. "De technologie is ontwikkeld zodat je beeldvorming kunt doen met de sensoren op hun plaats en de baby kunt blijven volgen."

'Ongelooflijk kwetsbare' huid redden

De bloeddrukmanchet is niet het enige potentieel schadelijke onderdeel van de huidige technologie. Veel te vroeg geboren baby's hebben huidletsel door het plakband dat de draden aan het lichaam hecht. Tape kan huidirritatie veroorzaken, blaren en, uiteindelijk, infecties. In sommige gevallen, deze schade kan leiden tot levenslange littekens.

"De huid van te vroeg geboren baby's is nog niet volledig ontwikkeld, dus het is ongelooflijk kwetsbaar, "Zei Paller. "In feite, de dikte van de huid bij premature baby's is ongeveer 40 procent verminderd. Hoe meer voorbarig je wordt, hoe kwetsbaarder de huid wordt. Dat betekent dat we heel voorzichtig moeten zijn."

Het Northwestern-team heeft tot nu toe 70 baby's in de NICU bestudeerd en heeft geen teken van huidbeschadiging door de draadloze sensoren gevonden. Het huidbesparende geheim van de sensor ligt in zijn lichtgewicht karakter, dunne geometrie en zachte mechanica. Het flinterdunne apparaat is gemaakt van bio-compatibel, zachte elastische siliconen die een verzameling kleine elektronische componenten bevatten die zijn verbonden met veerachtige draden die met het lichaam meebewegen en buigen.

Rogers werkte samen met een jarenlange medewerker en rekbare elektronica- en theoretische mechanica-expert Yonggang Huang om tot een optimaal ontwerp te komen. Huang is een Walter P. Murphy hoogleraar civiele techniek en milieutechniek en werktuigbouwkunde en hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de McCormick School in Northwestern.

"Als je terugkijkt naar de jaren zestig, de basisaanpak voor het monitoren van baby's is in wezen hetzelfde als vandaag, " zei Rogers. "Het zijn opgeplakte sensoren, draden naar externe elektronicadozen. Dat is alles wat ooit is gedaan.

"De sterkte van de lijm die nodig is om ons lichtgewicht apparaat op de huid te houden, is veel lager dan die van de soorten lijm die nodig zijn om een ​​interface tussen een bedrade sensor en een externe doos te behouden, " vervolgde Rogers. "We hebben geen nadelige bijwerkingen gezien in onze studie, zelfs geen spoor van huidbeschadiging, zelfs niet bij de meest kwetsbare baby's."

De draadloze sensor communiceert via een zender die onder de matras van de wieg is geplaatst. Gebruikmakend van radiofrequenties met dezelfde sterkte als die in RFID-tags, de antenne zendt gegevens naar displays op de verpleegpost. Hoewel het kan worden gesteriliseerd en hergebruikt, de sensor is zo goedkoop (ongeveer $ 10) dat hij na 24 uur eenvoudig kan worden weggegooid en vervangen door een nieuwe om elk risico op infectie te elimineren.

Wanneer verschijnen draadloze sensoren in Amerikaanse ziekenhuizen?

Rogers schat dat zijn draadloze sensoren binnen twee tot drie jaar in Amerikaanse ziekenhuizen zullen verschijnen. Met steun van twee grote non-profitorganisaties, Het team van Rogers verwacht het komende jaar sensoren te sturen naar tienduizenden gezinnen in ontwikkelingslanden als onderdeel van een internationale inspanning.

"We zijn trots op het feit dat deze technologie niet alleen beperkt is tot geavanceerde NICU's in ontwikkelde landen, " zei Xu. "De technologie kan met minimale aanpassingen worden aangepast voor instellingen met weinig middelen."