使用定制压力传感器系统测量非营养性吸吮参数

摘要

非营养性吸吮 （NNS） 设备可以使用连接到压力传感器并通过数据采集系统和笔记本电脑记录的安抚奶嘴轻松收集和量化 NNS 特征。NNS参数的量化可以为儿童当前和未来的神经发育提供有价值的见解。

摘要

非营养性吸吮 （NNS） 装置是一种可移动、用户友好的压力传感器系统，可量化婴儿在安抚奶嘴上的 NNS 行为。使用我们的系统记录和分析 NNS 信号可以提供婴儿 NNS 脉冲持续时间 （s）、振幅 （cmH₂O） 和频率 （Hz） 的测量值。准确、可靠和定量的 NNS 评估在作为未来喂养、言语语言、认知和运动发育的生物标志物方面具有巨大的价值。NNS设备已被用于许多研究领域，其中一些包括测量NNS特征以研究与喂养相关的干预措施的效果，表征跨群体的NNS发育，以及将吸吮行为与随后的神经发育相关联。该设备还被用于环境健康研究，以检查 子宫内的 暴露如何影响婴儿NNS的发育。因此，NNS设备的研究和临床应用的首要目标是将NNS参数与神经发育结果相关联，以识别有发育迟缓风险的儿童并提供快速的早期干预。

引言

非营养性吸吮 （NNS） 是婴儿出生后不久可以用嘴巴进行的最早发生的行为之一，因此有可能为大脑发育提供有意义的见解¹。NNS是指没有营养摄入的吸吮运动（例如，吸吮安抚奶嘴），其特征是下巴和舌头的一系列有节奏的表情和吸吮运动，呼吸时有停顿。已经注意到 NNS 的常见参数包括平均 NNS 猝发（一系列吸吮周期），为 6-12 个吸吮周期，猝发内频率为^{每秒 2} 次吸吮; 2;然而，NNS特征在临床人群中有所不同^3,4，^并且在出生后的第一年内动态变化⁵。这些变化归因于口腔和相关解剖结构的生长、喂养技能和神经发育的成熟以及经验。NNS的神经基数主要包括位于脑干中央灰色的吸吮中枢模式发生器，该模式发生器由错综复杂的中间神经元网络以及面部和三叉神经运动神经元核^组成6。协调的NNS还依赖于皮质和脑干区域之间完整的神经通路来调节其对感觉刺激的表现^7,8，^这使得NNS成为早期神经功能和发育的可行指标。

NNS测量与早产儿的喂养成功率有关^9,10，^吸吮和喂养结果都与随后的运动、沟通和认知发展有关^11,12,13。在一项回顾性研究中，对 23 名有语言和运动障碍的学龄前儿童进行了描述，其中 87% 有早期喂养问题的历史，其中包括吸吮困难¹¹.出生后立即的营养吸吮性能和照料者关于喂养困难的报告与 18 个月大儿童的多个神经发育领域显着相关^12,14。有趣的是，在神经发育结果测量方面，喂养性能的敏感性和特异性高于大脑的超声评估¹²。在另一项研究中，在一组早产儿中，通过新生儿口腔运动评估量表¹⁵ 评估的婴儿早期吸吮/口腔运动表现评分与 2 岁和 5 岁的运动技能、语言和智力测量相关^13,16。

鉴于吸吮和喂养可能是整个儿童期神经发育结果的敏感指标，因此迫切需要对 NNS 进行可访问、准确和定量的评估，以帮助识别有发育迟缓和紊乱风险的儿童，以提供早期干预。这种需求导致了语音与神经发育实验室（SNL）NNS设备的设计和研究利用。这款便携式设备包括一个安抚奶嘴，该安抚奶嘴连接到易于握持的手柄末端，连接到内部设计的定制压力传感器，并连接到数据采集中心 （DAC）。DAC连接到笔记本电脑，并通过数据采集和分析软件记录数据。压力传感器测量安抚奶嘴内部的压力变化，并将其转换为电压信号。DAC包含转换器，可将模拟电压信号转换为以cmH₂O为单位的数字值，这些值通过数据采集和分析软件进行可视化和记录。可以从吸吮信号波形中分析的 NNS 结果测量包括 NNS 持续时间（以秒为单位测量的吸吮爆发持续时间）、振幅（以 cmH₂O 为单位的峰高减去峰谷）、周期/突发（突发内的吸吮周期数）、频率（以 Hz 为单位测量的突发内频率）、周期（一分钟内发生的吸吮周期数）、 和突发（一分钟内发生的吸吮突发次数）。

研究方案

美国东北大学（Northeastern University）的机构审查委员会已经批准了使用NNS设备与人类受试者的研究（15-06-29;16-04-06;17-08-19）。已获得儿童照料者的知情同意。在使用 NNS 设备收集任何数据之前，所有研究人员都已完成人体受试者培训。SNL 团队为新研究人员生成了一些培训资源和协议，以便在使用 NNS 设备收集数据之前完成。这些培训课程包括审查以下协议。

1. NNS设备设置

1. 打开可运输外壳（图 1）并卸下以下设备组件:DAC 及其电源线、带有安抚奶嘴接收器手柄和灰色电缆的定制压力传感器盒（NNS 盒）、笔记本电脑和将其连接到 DAC 的 USB 线，以及安抚奶嘴。
2. 插入以下组件:将电源线插入 DAC 和三相电源插座，将一根灰色电缆连接到 NNS 盒，插入 DAC 的第一个前圆形端口，将 USB 线插入笔记本电脑和 DAC（图 2）。
3. 使用背面的电源开关打开 DAC 并登录笔记本电脑/计算机。

2. NNS设备校准

1. 从外壳中取出压力校准器和 1 mL 注射器。
2. 从手柄上拧下黑色安抚奶嘴接收器。将手柄拧到压力校准器上，使手柄与压力校准器水平（图 3A-C）。
3. 将注射器柱塞完全拉出，然后将其拧入压力校准器的上部位置。注射器应垂直于压力校准器（图3D）。
4. 在笔记本电脑上，打开标有 SNL Suck Analyzer Calibration File 的电子表格。
   注:此文件包含用于评估数据采集和分析应用程序与以 psi 为单位测量的压力校准器设备之间的压力变化的公式。左上角有一个用于数据输入的框，用于输入来自压力校准器和LabChart校准文件（如下所述）的数据读数。
   1. 右键单击显示为 "复制并重命名为日期 "的选项卡，然后选择 "移动"或"复制"。
   2. 在"移动或复制"弹出窗口中，单击"在 SNL 吸盘分析器校准文件 中创建副本 "框，然后单击" 确定"。
   3. 双击刚刚复制的选项卡，并将其重命名为当前日期。
5. 在笔记本电脑的桌面上打开数据采集和分析文件，标记为校准文件。
   注意:确保电子表格仍然可以在笔记本电脑屏幕上查看，这可能需要最小化和重新排列电子表格以及数据采集和分析应用程序窗口。
6. 按下压力校准器设备上的 电源 按钮将其打开。
7. 在笔记本电脑上，当 NNS 箱齿轮为零时，在校准文件上选择 开始 。在文件上检查波形采样随时间的变化。
   注意:NNS 框有两个设置选项:Zero 和 Sample。在开始校准之前，请确保将其设置为零。文件的"开始"按钮仅在 DAC 通电后打开文件时激活。如果文件已打开但无法单击"开始"按钮，请关闭文件，打开 DAC 电源，然后重新打开文件。
8. 在电子表格的相应单元格中（即，在DAC程序和红色校准器列下），记录校准文件右上角的值和压力校准器设备上的值，当psi为0.00时（图4A）。
9. 将齿轮从 Zero 转到 Sample 在 NNS 盒子上。等待大约 15 秒，以便有足够的时间让压力传感器更改记录功能。
10. 缓慢按下注射器柱塞，直到压力校准器达到尽可能接近 0.2 psi 的值，然后在电子表格的相应单元格中使用压力校准器值填充校准文件。
11. 重复步骤 2.10。对于以下 psi 值:0.4、0.6 和 0.8（图 4A）。
12. 将所有值输入到电子表格中后，单击校准文件中的 停止 。在电子表格中，检查位于表格右侧的 Slope 和 Good of Fit 单元格，该单元格用于插入来自数据采集和分析应用程序以及校准设备的 psi 值（图 4B）。如果两个单元格都以绿色高亮显示，则校准成功;继续执行步骤 2.13。
    注意: 如果一个或两个单元格为红色，请清除电子表格中 psi 测量单元格中的值，将 NNS 框从 Sample 转到 零，关闭校准 File，按下 电源 按钮关闭压力校准器，将注射器完全从压力校准器上拧下，然后将注射器柱塞完全拉出，然后再拧回。重复步骤 2.5。- 2.12.
13. 关闭校准 file 不保存，将 NNS 盒上的档位调至零，然后按 电源 按钮关闭压力校准器。
14. 将注射器从压力校准器上拧下。再次将注射器柱塞完全拉出，然后将其拧回压力校准器上。
15. 在计算机的桌面上，选择并打开标记为 "主设置文件"的文件。在文件的顶部通道上，单击 "吸盘压力 "上下拉选项的箭头，然后选择" 算术"。
    注意:确保电子表格仍然可以在笔记本电脑/计算机屏幕上查看，这可能需要最小化和重新排列电子表格以及数据采集和分析应用程序窗口。
16. 在数据采集和分析文件的公式文本框的括号内，输入电子表格中的值，这些值位于"斜率"和"拟合优度"单元格上方的蓝色单元格中（图4C）。在文件上单击 "确定 "。
17. 使用电源按钮重新打开压力校准器。在主设置文件上按开始。将 NNS 框转回 Sample 并等待 15 秒。
18. 将注射器柱塞压低至接近压力校准器上读数的 0.5 psi。
19. 在电子表格中向右滚动，并在标记为DAC的单元格下记录 主设置文件 值，在标记为校准器的单元格下记录压力校准器的值（图4D）。如果百分比误差单元格以绿色高亮显示，则表示校准已成功完成。如果为红色，请清除此步骤中输入的数据，并从步骤 2.13 开始重新开始校准过程。
20. 在主设置文件上单击停止。将 NNS 框设置为零。通过选择"文件"，然后选择"另存为设置"来保存主设置文件。将文件命名为成功校准的日期。
21. 在电子表格中，选择" 文件">"保存 "，然后选择" 文件">关闭。
22. 按下 电源 按钮关闭压力校准器。从压力校准器上拧下手柄和注射器，然后将黑色接收器拧回手柄上。关闭、拔下设备组件并将其装回机箱中。

3. 收集非营养性吸吮数据

1. 完成步骤 1.1。- 1.3.用于 NNS 设备设置。
2. 洗手，戴上乳胶手套，并将新打开的安抚奶嘴连接到安抚奶嘴接收器（图 5）。
3. 在笔记本电脑的桌面上打开数据采集和分析文件，其中包含最新的校准日期。打开文件后，选择" 开始"。
4. 将 NNS 箱齿轮从 Zero 转到 Sample。等待大约 15 秒，以便有足够的时间让压力传感器更改记录功能。
5. 以舒适的姿势将安抚奶嘴提供给孩子，并握住它让他们吸吮 2-5 分钟（或者无论孩子可以忍受的时间长短，并且与他们的照顾者一起感到舒适）。
   注意:测量儿童 NNS 的最佳位置将是他们年龄的最佳喂养位置。研究人员或看护人可以为孩子提供安抚奶嘴（图6）。
6. 当孩子完成或 5 分钟过去时，从为孩子握住安抚奶嘴手柄的人那里取回安抚奶嘴手柄，然后在文件上按 停止 。将 NNS 箱齿轮从 Sample 更改为 Zero。
7. 从接收器上取下安抚奶嘴，并按照任何机构卫生规程安全丢弃。安全摘下并丢弃手套并洗手。
8. 通过选择" 另存为 "来保存文件，并使用参与者的 ID 号和数据收集日期命名文件。将文件保存到便携式计算机的桌面上。
9. 关闭、拔下设备组件并将其装回机箱中。

4. 分析非营养性吸吮大量

1. 使用装有数据采集和分析软件的台式机或笔记本电脑，双击桌面上的参与者的 NNS 数据文件将其打开。
2. 使用以下标准手动识别吸吮脉冲:NNS脉冲具有多个吸吮周期，每个吸吮周期的振幅至少为1 cmH₂O，并且彼此相距1000 ms以内的波形被视为同一吸吮脉冲的一部分（图7）。
   注意:修改波形的视图（单击屏幕右下角的 设置水平缩放框 以获得放大和缩小选项）以更好地从噪声中识别 NNS 周期很有帮助。分析以 50:1 的视角完成。需要注意的是，当我们在各个人群中探索 NNS 时，这些标准可能会随着不同人群表现出改变的 NNS 模式而改变。
3. 要设置峰值分析设置，请选择 "峰值分析"，然后选择 "设置"，然后选择 "表选项"。选中 T Start、T End、Height、Peak Area 和 Period 框。所有其他框都应取消选中。
4. 使用光标单击并拖动一个框，围绕使用步骤 4.2 中描述的条件标识的第一个 NNS 突发。
5. 单击 "分析 "（作为顶部工具栏中峰分析选项的一部分），这将使用步骤 4.3 中指定的参数识别峰。
6. 单击 Burst Analysis Macro 按钮，这将生成一个弹出式数据板菜单。
7. 在数据板中，右键单击该列，为第一个 NNS 突发选择"插入行"，然后键入 Min 0-1 （或第一次突发发生的任何一分钟），在数据上方的列中插入一行。
8. 继续执行步骤 4.4。- 4.6.直到所有 NNS 突发都被选中。通过在数据板中表征特定分钟（例如，最小值 1-2、最小值 2-3）来继续跟踪突发发生的分钟数。
9. 分析完成后，选择 "文件">"另存为"，并将分析的 NNS 文件另存为参与者 ID、日期和研究人员姓名首字母缩写。此外，选择 文件 > 仅>将数据板导出为文本文件> 保存 以单独保存数据板文件。
   注意:保存原始 NNS 文件、分析的 NNS 文件和文本文件非常重要。
10. 通过自定义 NNS 突发宏处理文本文件。这将生成一个分析的文本文件，其中包含以下突发变量:持续时间、频率、高度（振幅）、突发计数、周期/突发以及每个 NNS 突发的周期/分钟。它还包含具有最高周期计数的连续两分钟的 NNS 的平均值，通常用于最终分析。根据需要分析的分析窗口进行调整。

结果

NNS 设备已被用于许多已发表的研究，这些研究纳入了 NNS 结果测量 17,18,19。在图 7 所示的示例数据中，已使用以下标准手动识别突发:每个脉冲群有多个吸吮周期，振幅至少为 1 cmH₂O 的周期，以及彼此相距 1000 ms 以内的吸盘波形。一旦识别出突发，自定义宏就会输出 NNS 结果。

讨论

NNS设备有几个限制，必须承认这些限制。尽管 NNS 为饲喂⁹ 提供了关键的见解，但从 NNS 到饲喂性能有相当多的推断。针对这一限制的解决方案包括研究团队将NNS结果与实际喂养观察结果配对，并为护理人员提供全面的喂养相关问卷，以更全面地了解NNS与喂养的关系¹⁸。此外，婴儿可能具有模式良好的 NN，但由于需要协调吞咽营养物质的额外需求，因此在喂养方?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Case	Pelican	1560
Data Acquisition and Analysis Software/LabChart	ADInstruments	8.1.25
Data Acquisition Center (PowerLab 2/26)	ADInstruments	ML826
Laptop	Dell	Latitude 5480
Pressure Calibrator	Meriam Process Technologies	M101
Soothie Pacifier	Phillips Avent	SCF190/01
Syringe	CareTouch	CTSLL1