Messung von nicht-nutritiven Saugparametern mit einem kundenspezifischen Druckmessumformersystem

Zusammenfassung

Das nicht-nutritive Sauggerät (NNS) kann NNS-Merkmale einfach erfassen und quantifizieren, indem es einen Schnuller verwendet, der an einen Druckwandler angeschlossen und über ein Datenerfassungssystem und einen Laptop aufgezeichnet wird. Die Quantifizierung von NNS-Parametern kann wertvolle Einblicke in die aktuelle und zukünftige neurologische Entwicklung eines Kindes geben.

Zusammenfassung

Das nicht-nutritive Sauggerät (NNS) ist ein transportables, benutzerfreundliches Druckmesssystem, das das NNS-Verhalten von Säuglingen auf einem Schnuller quantifiziert. Die Aufzeichnung und Analyse des NNS-Signals mit unserem System kann Messungen der NNS-Burst-Dauer (s), der Amplitude (cmH₂O) und der Frequenz (Hz) eines Säuglings liefern. Die genaue, zuverlässige und quantitative Bewertung von NNS ist von immensem Wert, da sie als Biomarker für die zukünftige Ernährung, die sprachliche, kognitive und motorische Entwicklung dient. Das NNS-Gerät wurde in zahlreichen Forschungslinien eingesetzt, von denen einige die Messung von NNS-Merkmalen umfassten, um die Auswirkungen fütterungsbezogener Interventionen zu untersuchen, die Charakterisierung der NNS-Entwicklung in verschiedenen Populationen und die Korrelation des Saugverhaltens mit der nachfolgenden neurologischen Entwicklung. Das Gerät wurde auch in der Umweltgesundheitsforschung eingesetzt, um zu untersuchen, wie die Exposition in utero die NNS-Entwicklung von Säuglingen beeinflussen kann. Das übergeordnete Ziel in der Forschung und klinischen Nutzung des NNS-Geräts besteht daher darin, NNS-Parameter mit neurologischen Entwicklungsergebnissen zu korrelieren, um Kinder mit einem Risiko für Entwicklungsverzögerungen zu identifizieren und eine schnelle frühzeitige Intervention zu ermöglichen.

Einleitung

Nicht-nutritives Saugen (NNS) ist eines der ersten auftretenden Verhaltensweisen, die ein Säugling kurz nach der Geburt mit dem Mund ausführen kann, und hat daher das Potenzial, aussagekräftige Einblicke in die Gehirnentwicklung zu liefern¹. NNS bezeichnet Saugbewegungen ohne Nahrungsaufnahme (z.B. Saugen an einem Schnuller) und zeichnet sich durch eine Reihe von rhythmischen Ausdrücken und Saugbewegungen des Kiefers und der Zunge mit Atempausen aus. Zu den gängigen Parametern von NNS gehören ein durchschnittlicher NNS-Burst (Serie von Saugzyklen) von 6-12 Saugzyklen mit einer Intra-Burst-Frequenz von zwei Saugvorgängen pro Sekunde²; Die NNS-Merkmale variieren jedoch zwischen den klinischen Populationen ^3,4 und verändern sich dynamisch im ersten Lebensjahr⁵. Diese Veränderungen werden auf das Wachstum der Mundhöhle und der damit verbundenen Anatomie, die Reifung der Ernährungsfähigkeiten und der neurologischen Entwicklung sowie auf Erfahrungen zurückgeführt. Zu den neuronalen Basen von NNS gehört hauptsächlich der Saug-Zentralmustergenerator im zentralen Grau des Hirnstamms, der ein kompliziertes Netzwerk von Interneuronen und die Gesichts- und Trigeminus-Motoneuronenkerne^{umfasst 6}. Ein koordiniertes NNS stützt sich auch auf intakte neuronale Bahnen zwischen kortikalen und Hirnstammregionen, um seine Leistung gegenüber sensorischen Reizen zu modulieren ^7,8, was NNS zu einem brauchbaren Indikator für frühe neuronale Funktionen und Entwicklungen macht.

NNS-Messungen sind mit dem Fütterungserfolg bei Frühgeborenen verbunden ^9,10, und sowohl die Saug- als auch die Fütterungsergebnisse wurden mit der nachfolgenden motorischen, kommunikativen und kognitiven Entwicklung in Verbindung gebracht 11,12,13. In einer retrospektiven Studie, die 23 Kinder im Vorschulalter mit sprachlichen und motorischen Beeinträchtigungen charakterisierte, hatten 87 % eine Vorgeschichte von frühen Fütterungsproblemen, einschließlich Schwierigkeiten beim Saugen¹¹. Die ernährungsphysiologische Saugleistung unmittelbar nach der Geburt und Berichte von Betreuern über Fütterungsschwierigkeiten waren signifikant mit mehreren Bereichen der neurologischen Entwicklung bei Kindern im Alter von 18 Monaten verbunden^12,14. Interessanterweise waren die Sensitivität und Spezifität der Fütterungsleistung höher als die Ultraschallbeurteilung des Gehirns bei den neurologischen Entwicklungsergebnissen¹². In einer anderen Studie waren die Saug-/Mundmotorik-Leistungswerte, die über die neonatale oral-motorische Bewertungsskala¹⁵ im frühen Säuglingsalter bewertet wurden, mit motorischen Fähigkeiten, Sprache und Intelligenzmaßen im Alter von 2 und 5 Jahren in einer Kohorte von Frühgeborenen verbunden^13,16.

Angesichts der Tatsache, dass Saugen und Füttern empfindliche Indikatoren für die Ergebnisse der neurologischen Entwicklung in der gesamten Kindheit sein können, besteht ein dringender Bedarf an einer zugänglichen, genauen und quantitativen Bewertung von NNS, um Kinder mit einem Risiko für eine verzögerte und gestörte Entwicklung zu identifizieren und eine frühzeitige Intervention zu ermöglichen. Dieser Bedarf führte zur Entwicklung und Forschungsnutzung des NNS-Geräts des Speech & Neurodevelopment Lab (SNL). Dieses tragbare Gerät verfügt über einen Schnuller, der am Ende eines leicht zu haltenden Griffs befestigt ist, der mit einem speziell entwickelten Druckmessumformer verbunden ist und mit einem Datenerfassungszentrum (DAC) verbunden ist. Der DAC wird an einen Laptop angeschlossen, und die Daten werden über eine Datenerfassungs- und Analysesoftware aufgezeichnet. Der Druckaufnehmer misst Druckänderungen im Inneren des Schnullers und wandelt sie in ein Spannungssignal um. Der DAC enthält Wandler, die das analoge Spannungssignal in digitale Werte in cmH₂O umwandeln, die über die Datenerfassungs- und Analysesoftware visualisiert und aufgezeichnet werden. Zu den NNS-Ergebnismaßen, die anhand der Wellenform des Saugsignals analysiert werden können, gehören die NNS-Dauer (wie lange ein Saugstoß dauert, gemessen in s), die Amplitude (gemessen als Peakhöhe subtrahiert von der Spitze-Tal-Höhe in cmH₂O), Zyklen/Burst (Anzahl der Saugzyklen innerhalb eines Stoßes), Frequenz (Intra-Burst-Frequenz gemessen in Hz), Zyklen (Anzahl der Saugzyklen, die in einer Minute auftreten), und Bursts (Anzahl der Saug-Bursts, die in einer Minute auftreten).

Protokoll

Das institutionelle Prüfungsgremium der Northeastern University hat Studien mit dem NNS-Gerät mit menschlichen Probanden genehmigt (15.06.29; 16.04.06; 17.08.19). Die Einverständniserklärung wurde von den Betreuern der Kinder eingeholt. Das gesamte Forschungspersonal hat eine Schulung am Menschen absolviert, bevor es Daten mit dem NNS-Gerät sammelt. Das SNL-Team hat mehrere Schulungsressourcen und -protokolle für neues Forschungspersonal erstellt, die vor der Datenerfassung mit dem NNS-Gerät durchgeführt werden müssen. Diese Schulungen umfassen die Wiederholung des folgenden Protokolls.

1. Einrichtung des NNS-Geräts

1. Öffnen Sie das transportable Gehäuse (Abbildung 1), und entfernen Sie die folgenden Gerätekomponenten: den DAC und das Netzkabel, die kundenspezifische Druckmessumformerbox (NNS-Box) mit dem Schnullerempfängergriff und dem grauen Kabel, den Laptop und das USB-Kabel, das ihn mit dem DAC verbindet, sowie den Schnuller.
2. Schließen Sie die folgenden Komponenten an: das Netzkabel an den DAC und eine dreipolige Steckdose, ein graues Kabel, das mit der NNS-Box verbunden ist, an den ersten runden Anschluss des DAC an der Vorderseite und ein USB-Kabel an den Laptop-Computer und den DAC (Abbildung 2).
3. Schalten Sie den DAC mit dem Netzschalter auf der Rückseite ein und melden Sie sich am Laptop/Computer an.

2. Kalibrierung des NNS-Geräts

1. Nehmen Sie den Druckkalibrator und die 1-ml-Spritze aus dem Etui.
2. Schrauben Sie den schwarzen Schnullerempfänger vom Griff ab. Schrauben Sie den Griff so auf den Druckkalibrator, dass der Griff horizontal mit dem Druckkalibrator ausgerichtet ist (Abbildung 3A-C).
3. Ziehen Sie den Spritzenkolben ganz heraus und schrauben Sie ihn dann in die obere Position am Druckkalibrator. Die Spritze sollte senkrecht zum Druckkalibrator stehen (Abbildung 3D).
4. Öffnen Sie auf dem Laptop die Tabelle mit der Bezeichnung SNL Suck Analyzer Calibration File.
   HINWEIS: Diese Datei enthält Formeln zur Bewertung der Druckvariabilität zwischen der Datenerfassungs- und Analyseanwendung und dem in psi gemessenen Druckkalibrator. In der oberen linken Ecke befindet sich ein Feld für die Dateneingabe, in das die Messwerte des Druckkalibrators und der LabChart-Kalibrierungsdatei (siehe unten) eingegeben werden können.
   1. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Registerkarte Duplizieren und Umbenennen als Datum , und wählen Sie Verschieben oder Kopieren aus.
   2. Klicken Sie im Popup-Fenster "Verschieben oder Kopieren" auf das Kontrollkästchen "Kopie in der SNL Suck Analyzer-Kalibrierungsdatei erstellen" und klicken Sie dann auf "OK".
   3. Doppelklicken Sie auf die Registerkarte, die Sie gerade kopiert haben, und benennen Sie sie in das aktuelle Datum um.
5. Öffnen Sie die Datenerfassungs- und Analysedatei auf dem Desktop des Laptops mit der Bezeichnung Kalibrierungsdatei.
   HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Tabelle weiterhin auf dem Bildschirm des Laptops angezeigt werden kann, was möglicherweise eine Minimierung und Neuanordnung der Fenster der Tabellenkalkulation und der Datenerfassungs- und -analyseanwendung erfordert.
6. Drücken Sie die Ein-/Aus-Taste am Druckkalibrator, um es einzuschalten.
7. Wählen Sie auf dem Laptop-Computer in der Kalibrierungsdatei die Option Start , während das Zahnrad der NNS-Box auf Null steht. Überprüfen Sie die Wellenform-Abtastung über die Zeit in der Datei.
   HINWEIS: Das NNS-Feld verfügt über zwei Einstellungsoptionen: Null und Abtastung. Stellen Sie sicher, dass er auf Null eingestellt ist, bevor Sie mit der Kalibrierung beginnen. Die Schaltfläche Start der Datei wird nur aktiviert, wenn die Datei nach dem Einschalten des DAC geöffnet wird. Wenn die Datei geöffnet wird und die Schaltfläche Start nicht angeklickt werden kann, schließen Sie die Datei, schalten Sie den DAC ein, und öffnen Sie die Datei erneut.
8. Notieren Sie in den entsprechenden Zellen in der Tabelle (d. h. in den Spalten DAC-Programm und Roter Kalibrator) den Wert in der oberen rechten Ecke der Kalibrierungsdatei und den Wert auf dem Druckkalibrator, während psi bei 0,00 liegt (Abbildung 4A).
9. Drehen Sie das Zahnrad an der NNS-Box von Null auf Probe. Warten Sie ca. 15 s, bis der Druckmessumformer genügend Zeit hat, die Aufzeichnungsfunktionen zu ändern.
10. Drücken Sie den Spritzenkolben langsam nieder, bis der Druckkalibrator einen Wert erreicht, der so nahe wie möglich an 0,2 psi liegt, und füllen Sie dann die Kalibrierungsdatei mit den Druckkalibratorwerten in den entsprechenden Zellen in der Tabelle aus.
11. Wiederholen Sie Schritt 2.10. für die folgenden psi-Werte: 0,4, 0,6 und 0,8 (Abbildung 4A).
12. Sobald alle Werte in die Tabelle eingegeben wurden, klicken Sie in der Kalibrierungsdatei auf Stopp . Überprüfen Sie in der Tabelle die Zellen für Steigung und Güte der Anpassung rechts neben der Tabelle, die zum Einfügen der psi-Werte aus der Datenerfassungs- und Analyseanwendung und dem Kalibrierungsgerät verwendet wurde (Abbildung 4B). Wenn beide Zellen grün hervorgehoben sind, war die Kalibrierung erfolgreich. Fahren Sie mit Schritt 2.13 fort.
    HINWEIS: Wenn eine oder beide Zellen rot sind, löschen Sie die Werte in den psi-Messzellen in der Tabelle, drehen Sie das NNS-Feld von Probe auf Null, schließen Sie die Kalibrierungsdatei, schalten Sie den Druckkalibrator aus, indem Sie die Ein-/Aus-Taste drücken, schrauben Sie die Spritze vollständig vom Druckkalibrator ab und ziehen Sie den Spritzenkolben vollständig heraus, bevor Sie ihn wieder aufschrauben. Wiederholen Sie die Schritte 2.5. - 2.12.
13. Schließen Sie die Kalibrierungsdatei, ohne sie zu speichern, stellen Sie das Zahnrad an der NNS-Box auf Null und schalten Sie den Druckkalibrator aus, indem Sie die Ein -/Aus-Taste drücken.
14. Schrauben Sie die Spritze vom Druckkalibrator ab. Ziehen Sie den Spritzenkolben wieder ganz heraus und schrauben Sie ihn dann wieder auf den Druckkalibrator.
15. Wählen Sie auf dem Desktop des Computers die Datei mit der Bezeichnung Master-Einstellungsdatei aus, und öffnen Sie sie. Klicken Sie auf dem obersten Kanal in der Datei auf den Pfeil für die Dropdown-Optionen für Druck absaugen , und wählen Sie Arithmetik aus.
    HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Tabelle weiterhin auf dem Laptop-/Computerbildschirm angezeigt werden kann, was möglicherweise eine Minimierung und Neuanordnung der Tabellenkalkulations- und Datenerfassungs- und Analyseanwendungsfenster erfordert.
16. Geben Sie in den Klammern des Textfelds Formel in der Datenerfassungs- und Analysedatei die Werte aus der Tabelle ein, die sich in den blauen Zellen über den Zellen Steigung und Güte der Anpassung befinden (Abbildung 4C). Klicken Sie in der Datei auf OK .
17. Schalten Sie den Druckkalibrator mit der Ein-/Aus-Taste wieder ein. Drücken Sie in der Master-Einstellungsdatei auf Start. Drehen Sie das NNS-Feld wieder auf Sample, und warten Sie 15 s lang.
18. Drücken Sie den Spritzenkolben so weit wie auf 0,5 psi auf dem Druckkalibrator abgelesen.
19. Scrollen Sie in der Tabelle nach rechts und notieren Sie den Wert der Master-Einstellungsdatei unter der Zelle mit der Bezeichnung DAC und den Wert des Druckkalibrators unter der Zelle mit der Bezeichnung Kalibrator (Abbildung 4D). Wenn die prozentuale Fehlerzelle grün hervorgehoben ist, ist die Kalibrierung erfolgreich abgeschlossen. Wenn sie rot ist, löschen Sie die in diesem Schritt eingegebenen Daten und starten Sie den Kalibrierungsprozess aus Schritt 2.13 neu.
20. Klicken Sie in der Master-Einstellungsdatei auf Stopp. Drehen Sie das NNS-Feld auf Null. Speichern Sie die Master-Einstellungsdatei, indem Sie Datei und dann Als Einstellungen speichern auswählen. Benennen Sie die Datei als Datum der erfolgreichen Kalibrierung.
21. Wählen Sie in der Tabelle Datei > Speichern und dann Datei > Schließen aus.
22. Schalten Sie den Druckkalibrator aus, indem Sie die Ein-/Aus-Taste drücken. Schrauben Sie den Griff und die Spritze vom Druckkalibrator ab und schrauben Sie den schwarzen Empfänger wieder auf den Griff. Schalten Sie die Gerätekomponenten aus, ziehen Sie den Netzstecker und verstauen Sie sie wieder in das Gehäuse.

3. Sammeln von nicht-nutritiven Saugdaten

1. Führen Sie die Schritte 1.1 aus. - 1.3. für die Einrichtung von NNS-Geräten.
2. Waschen Sie sich die Hände, ziehen Sie Latexhandschuhe an und befestigen Sie einen neu geöffneten Schnuller am Schnullerempfänger (Abbildung 5).
3. Öffnen Sie die Datenerfassungs- und Analysedatei auf dem Desktop des Laptops mit dem neuesten Kalibrierungsdatum. Nachdem die Datei geöffnet wurde, wählen Sie Start aus.
4. Drehen Sie das Zahnrad der NNS-Box von Null auf Probe. Warten Sie ca. 15 s, bis der Druckmessumformer genügend Zeit hat, die Aufzeichnungsfunktionen zu ändern.
5. Bieten Sie dem Kind den Schnuller in einer bequemen Position an und halten Sie ihn 2-5 Minuten lang zum Saugen (oder so lange, wie es für das Kind erträglich und mit seiner Bezugsperson angenehm ist).
   HINWEIS: Bevorzugte Positionen zur Messung von NNS bei Kindern wären optimale Fütterungspositionen für ihr Alter. Der Forscher oder eine Bezugsperson kann dem Kind den Schnuller anbieten (Abbildung 6).
6. Wenn das Kind fertig ist oder 5 Minuten vergangen sind, holen Sie den Schnullergriff von demjenigen, der ihn für das Kind gehalten hat, und drücken Sie Stopp auf der Datei. Ändern Sie das Zahnrad der NNS-Box von Probe auf Null.
7. Nehmen Sie den Schnuller aus dem Empfänger und entsorgen Sie ihn sicher gemäß den Hygieneprotokollen der Einrichtung. Handschuhe ausziehen und sicher entsorgen und Hände waschen.
8. Speichern Sie die Datei, indem Sie Speichern unter auswählen, und benennen Sie die Datei mit der ID-Nummer des Teilnehmers und dem Datum der Datenerfassung. Speichern Sie die Datei auf dem Desktop des Laptops.
9. Schalten Sie die Gerätekomponenten aus, ziehen Sie den Netzstecker und verstauen Sie sie wieder in das Gehäuse.

4. Die Analyse von nicht-nutritiven Problemen ist nervig

1. Öffnen Sie auf einem Desktop-PC oder Laptop, der über die Datenerfassungs- und Analysesoftware verfügt, die NNS-Datendatei des Teilnehmers auf dem Desktop, indem Sie darauf doppelklicken.
2. Identifizieren Sie Saug-Bursts manuell anhand der folgenden Kriterien: NNS-Bursts mit mehr als einem Saugzyklus, wobei jeder Saugzyklus eine Amplitude von mindestens 1 cmH₂O hat und Wellenformen innerhalb von 1000 ms voneinander abweichen, die als Teil desselben Saugstoßes betrachtet werden (Abbildung 7).
   HINWEIS: Es ist hilfreich, die Ansicht der Wellenform zu ändern (klicken Sie auf das Feld Horizontale Skalierung festlegen unten rechts auf dem Bildschirm, um Optionen zum Vergrößern und Verkleinern zu erhalten), um NNS-Zyklen besser anhand des Rauschens zu identifizieren. Die Analyse wird in einer 50:1-Ansicht abgeschlossen. Es ist wichtig zu beachten, dass sich diese Kriterien bei der Untersuchung von NNS in verschiedenen Populationen ändern können, wenn verschiedene Populationen veränderte NNS-Muster aufweisen.
3. Um die Einstellungen für die Peakanalyse festzulegen, wählen Sie Peakanalyse, dann Einstellungen und dann Tabellenoptionen. Aktivieren Sie die Kontrollkästchen T-Start, T-Ende, Höhe, Peak-Fläche und Periode . Alle anderen Kästchen sollten deaktiviert sein.
4. Klicken Sie mit dem Cursor auf einen Rahmen um den ersten NNS-Burst, der mit den in Schritt 4.2 beschriebenen Kriterien identifiziert wurde, und ziehen Sie ihn.
5. Klicken Sie auf Analysieren (als Teil der Peakanalyseoptionen in der oberen Symbolleiste), um Peaks mit den in Schritt 4.3 angegebenen Parametern zu identifizieren.
6. Klicken Sie auf die Schaltfläche Burst-Analyse-Makro , um ein Popup-Datenpad-Menü zu generieren.
7. Fügen Sie im Datenpad eine Zeile in die Spalte über den Daten ein, indem Sie mit der rechten Maustaste auf diese Spalte klicken, Zeile einfügen für den ersten NNS-Burst auswählen und Min 0-1 eingeben (oder die Minute, in der der erste Burst erfolgt).
8. Fahren Sie mit den Schritten 4.4 fort. - 4.6. , bis alle NNS-Bursts ausgewählt wurden. Verfolgen Sie weiterhin die Minute, in der Bursts auftreten, indem Sie die spezifische Minute (z. B. Min 1-2, Min 2-3) im Datenpad charakterisieren.
9. Sobald die Analyse abgeschlossen ist, wählen Sie Datei > Speichern unter aus, und speichern Sie die analysierte NNS-Datei unter der Teilnehmer-ID, dem Datum und den Initialen des Forschers. Wählen Sie außerdem Datei > Nur > Datenpad als Textdatei exportieren > Speichern aus, um die Datenpad-Datei separat zu speichern.
   HINWEIS: Es ist wichtig, die unformatierte NNS-Datei, die analysierte NNS-Datei und die Textdatei zu speichern.
10. Verarbeiten Sie die Textdatei über ein benutzerdefiniertes NNS-Burst-Makro. Dadurch wird eine analysierte Textdatei erstellt, die die folgenden Burst-Variablen enthält: Dauer, Häufigkeit, Höhe (Amplitude), Burst-Anzahl, Zyklen/Burst und Zyklen/Minute für jeden NNS-Burst. Es enthält auch einen Mittelwert für die zwei aufeinanderfolgenden Minuten von NNS mit der höchsten Zykluszahl, der häufig für abschließende Analysen verwendet wird. Passen Sie an, je nachdem, welches Analysefenster analysiert werden muss.

Ergebnisse

Das NNS-Gerät wurde in zahlreichen veröffentlichten Studien verwendet, die NNS-Ergebnismaße einbeziehen 17,18,19. In den in Abbildung 7 gezeigten Beispieldaten wurden Bursts manuell anhand der folgenden Kriterien identifiziert: mehr als ein Saugzyklus pro Burst, Zyklen mit einer Amplitude von mindestens 1 cmH₂O und Saugwellenformen innerhalb von 1000 ms voneinander. Sobald Bursts ident...

Diskussion

Das NNS-Gerät weist mehrere Einschränkungen auf, die berücksichtigt werden müssen. Obwohl NNS wichtige Einblicke in die Fütterung⁹ bietet, gibt es eine beträchtliche Menge an Extrapolationen von NNS auf die Fütterungsleistung. Zu den Lösungen für diese Einschränkung gehörten Forschungsteams, die NNS-Ergebnisse mit tatsächlichen Fütterungsbeobachtungen kombinierten, und umfassende fütterungsbezogene Fragebögen für Pflegekräfte, um besser zu erfassen, wie NNS mit der Fütterung zusa...

Materialien

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