カスタム圧力トランスデューサシステムを使用した非栄養吸盤パラメータ測定

要約

非栄養吸引(NNS)デバイスは、圧力トランスデューサーに接続され、データ収集システムとラップトップを介して記録されたおしゃぶりを使用して、NNSの特徴を簡単に収集および定量化できます。NNSパラメータの定量化は、子供の現在および将来の神経発達に関する貴重な洞察を提供することができます。

要約

非栄養吸啜(NNS)デバイスは、おしゃぶりでの乳児のNNS行動を定量化する、持ち運び可能でユーザーフレンドリーな圧力トランスデューサーシステムです。当社のシステムを使用してNNS信号を記録および分析することで、乳児のNNSバースト時間(秒)、振幅(cmH₂O)、および周波数(Hz)の測定を提供できます。NNSの正確で信頼性の高い定量的評価は、将来の摂食、音声言語、認知、および運動発達のバイオマーカーとして機能する上で非常に価値があります。NNSデバイスは多くの研究ラインで使用されており、その中には、摂食関連の介入の効果を調査するためのNNS機能の測定、集団全体のNNS発達の特徴付け、吸啜行動とその後の神経発達との相関などがあります。この装置は、 子宮内で の曝露が乳児のNNSの発達にどのように影響するかを調べるための環境衛生研究でも使用されています。したがって、NNSデバイスの研究と臨床利用における包括的な目標は、NNSパラメーターを神経発達の転帰と相関させて、発達遅延のリスクがある子供を特定し、迅速な早期介入を提供することです。

概要

非栄養吸啜(NNS)は、乳児が出生後すぐに口で実行できる最初の行動の1つであり、したがって、脳の発達に有意義な洞察を提供する可能性があります¹。NNSとは、栄養を摂取せずに吸う動作(おしゃぶりを吸うなど)を指し、呼吸のために一時停止を挟んで、顎と舌の一連のリズミカルな表現と吸引運動が特徴です。NNSの一般的なパラメータには、平均NNSバースト(一連の吸い込みサイクル)が6〜12回の吸い込みサイクルと、バースト内バースト頻度が毎秒2回であることが注目されています²。ただし、NNSの特徴は臨床集団によって異なり^、3,4、生後1年間に動的に変化します⁵。これらの変化は、口腔の成長と関連する解剖学的構造、摂食スキルと神経発達の成熟、および経験に起因します。NNSの神経基盤は、主に脳幹の中心灰色にある吸い込み中心パターン発生器を含み、介在ニューロンの複雑なネットワークと顔面および三叉神経運動ニューロン核⁶を含む。協調NNSはまた、皮質領域と脳幹領域の間の無傷の神経経路に依存して、感覚刺激に対するパフォーマンスを調節します^7,8、これにより、NNSは初期の神経機能と発達の実行可能な指標になります。

NNS測定は未熟児の摂食成功と関連^{しており9,10}、吸啜と授乳の両方の結果は、その後の運動、コミュニケーション、および認知発達^{に関連しています}11,12,13。言語障害と運動障害のある就学前の子供23人を特徴付けた後ろ向き研究では、87%が吸うのが難しいなど、早期の摂食障害の病歴がありました¹¹。出産直後の栄養吸引能力と養育者の摂食困難の報告は、生後18か月の子供の神経発達の複数の領域と有意に関連していました^12,14。興味深いことに、摂食性能の感度と特異性は、神経発達転帰測定¹²に関する脳の超音波評価よりも高かった。別の研究では、乳児期初期の新生児口腔運動評価尺度¹⁵を介して評価された吸啜/口腔運動能力スコアは、未熟児のコホートにおいて、2歳および5歳の運動能力、言語、および知能の測定値と関連していました^13,16。

吸啜と授乳は、小児期を通じて神経発達の転帰の敏感な指標となり得ることを考えると、早期介入を提供するために、発達の遅れや障害のリスクがある小児を特定するために、NNSのアクセスしやすく、正確で、定量的な評価が極めて必要である。この必要性は、Speech & Neurodevelopment Lab(SNL)のNNSデバイスの設計と研究利用につながりました。このポータブルデバイスには、持ちやすいハンドルの端に取り付けられたおしゃぶり、社内で設計されたカスタマイズされた圧力トランスデューサに接続され、データ収集センター(DAC)に接続されています。DACはラップトップに接続し、データはデータ収集および分析ソフトウェアを介して記録されます。圧力トランスデューサは、おしゃぶり内の圧力変化を測定し、それを電圧信号に変換します。DACには、アナログ電圧信号をcmH₂O単位のデジタル値に変換するコンバータが含まれており、データ収集および解析ソフトウェアを介して視覚化および記録されます。吸い込み信号波形から分析できるNNS結果指標には、NNS持続時間(吸い込みバーストが持続する時間(sで測定)、振幅(ピーク高さからピークトラフを引いたものとして測定)(cmH₂O)、サイクル/バースト(バースト内の吸い込みサイクル数)、周波数(Hzで測定されたバースト内周波数)、サイクル(1分間に発生する吸い込みサイクル数)、 バースト(1分間に発生する吸い込みバーストの数)。

プロトコル

ノースイースタン大学の治験審査委員会は、ヒトを対象とするNNSデバイスを使用した研究を承認しました(15-06-29; 16-04-06; 17-08-19)。インフォームドコンセントは、子供の養育者から得られました。すべての研究担当者は、NNSデバイスでデータを収集する前に、ヒト被験者のトレーニングを完了しています。SNLチームは、NNSデバイスを使用してデータを収集する前に、新しい研究担当者が完了するためのいくつかのトレーニングリソースとプロトコルを作成しました。これらのトレーニングセッションには、次のプロトコルの確認が含まれます。

1. NNSデバイスのセットアップ

1. ポータブルケース(図1)を開き、次のデバイスコンポーネントを取り外します:DACとその電源コード、おしゃぶりレシーバーハンドルと灰色のケーブルが取り付けられたカスタマイズされた圧力トランスデューサボックス(NNSボックス)、ラップトップコンピューターとそれをDACに接続するUSBコード、およびおしゃぶり。
2. 電源コードをDACと3ピン電源コンセントに差し込み、NNSボックスに接続された灰色のケーブルをDACの前面1番目の丸型ポートに差し込み、USBコードをノートパソコンとDACに差し込みます(図2)。
3. 背面の電源スイッチを使用してDACの電源を入れ、ラップトップ/コンピューターにログオンします。

2. NNSデバイスのキャリブレーション

1. 圧力校正器と1mLシリンジをケースから取り出します。
2. 黒いおしゃぶりレシーバーをハンドルから外します。ハンドルが圧力校正器と水平になるように、ハンドルを圧力校正器にねじ込みます(図3A-C)。
3. シリンジプランジャーを完全に引き出してから、圧力校正器の上部位置にねじ込みます。シリンジは圧力校正器に対して垂直である必要があります(図3D)。
4. ラップトップコンピューターで、「 SNL Suck Analyzer Calibration File」というラベルの付いたスプレッドシートを開きます。
   注:このファイルには、データ収集および分析アプリケーションとpsiで測定された圧力校正器デバイス間の圧力変動を評価する式が含まれています。左上隅にはデータ入力用のボックスがあり、圧力校正器とLabChart校正ファイル(後述)からのデータ読み取り値を入力するために使用されます。
   1. [複製して日付として名前を変更]と表示されているタブを右クリックし、[移動]または[コピー]を選択します。
   2. [移動またはコピー]ポップアップウィンドウで、[SNL Suck Analyzer Calibration File]内に コピーを作成する ボックスをクリックし、[ OK]をクリックします。
   3. コピーしたタブをダブルクリックし、現在の日付に名前を変更します。
5. ラップトップコンピュータのデスクトップで、キャリブレーションファイルというラベルの付いたデータ集録および解析ファイルを開きます。
   メモ: スプレッドシートがラップトップコンピュータ画面に表示されていることを確認してください。そのためには、スプレッドシートとデータ集録および解析アプリケーションのウィンドウを最小化して再配置する必要があります。
6. 圧力校正器 の電源ボタンを押してオン にします。
7. ラップトップコンピューターで、キャリブレーションで[ 開始 ]を選択します file NNSボックスギアがゼロのときに。ファイルの時間経過に伴う波形サンプリングを確認します。
   注: [NNS] ボックスには、[ゼロ] と [サンプル] の 2 つの設定オプションがあります。キャリブレーションを開始する前に、ゼロに設定されていることを確認してください。ファイルの[スタート]ボタンは、DACの電源をオンにした後にファイルを開いたときにのみアクティブになります。ファイルが開いても[スタート]ボタンがクリックできない場合は、ファイルを閉じ、DACの電源を入れてから、ファイルを再度開きます。
8. スプレッドシートのそれぞれのセル(つまり、DACプログラム列と赤色キャリブレータ列の下)に、キャリブレーションファイルの右上隅の値と、psiが0.00のときに圧力キャリブレータデバイスの値を記録します(図4A)。
9. NNSボックスのギアを ゼロ から サンプル に回します。圧力トランスデューサが記録機能を変更するのに十分な時間を確保するために、約15秒待ちます。
10. 圧力キャリブレータが可能な限り0.2psiに近い値に達するまでシリンジプランジャーをゆっくりと押し下げてから、スプレッドシートのそれぞれのセルの圧力キャリブレータの値をキャリブレーションファイルに入力します。
11. 手順2.10を繰り返します。次のpsi値の場合:0.4、0.6、および0.8(図4A)。
12. すべての値をスプレッドシートに入力したら、キャリブレーション ファイルの [停止 ] をクリックします。スプレッドシートで、データ収集および分析アプリケーションおよびキャリブレーションデバイス(図4B)からのpsi値を差し込むために使用された表の右側にある傾きと適合度セルを確認します。両方のセルが緑色で強調表示されている場合、キャリブレーションは成功しています。ステップ 2.13 に進みます。
    注意: 一方または両方のセルが赤の場合は、スプレッドシートのpsi測定セルの値をクリアし、NNSボックスを sからSample から Zeroに回し、キャリブレーションを閉じます file、 電源 ボタンを押して圧力校正器の電源を切り、圧力校正器からシリンジを完全に緩め、シリンジプランジャーを完全に引き出してから、ねじ込みます。手順2.5を繰り返します。- 2.12.
13. キャリブレーションを閉じる file 保存せずに、NNSボックスのギアをゼロにし、 電源 ボタンを押して圧力キャリブレーターをオフにします。
14. シリンジを圧力校正器から外します。シリンジプランジャーをもう一度完全に引き出してから、圧力校正器にねじ込みます。
15. コンピュータのデスクトップで、[ マスタ設定ファイル]というラベルの付いたファイルを選択して開きます。ファイルの一番上のチャネルで、[ 圧力を吸う](Suck Pressure )のドロップダウン オプションの矢印をクリックし、[ 算術](Arithmetic)を選択します。
    メモ: スプレッドシートがラップトップ/コンピュータ画面に表示されていることを確認してください。そのためには、スプレッドシートとデータ集録および解析アプリケーションのウィンドウを最小化して再配置する必要があります。
16. データ取得および分析ファイルの[式]テキストボックスの括弧内に、[傾き]セルと[適合度]セルの上にある青いセルにあるスプレッドシートの値を入力します(図4C)。ファイルの [OK ] をクリックします。
17. 電源ボタンを使用して圧力校正器の電源を入れ直します。マスター設定ファイルのスタートを押します。NNSボックスをサンプルに戻し、15秒待ちます。
18. シリンジプランジャーを圧力校正器で読み取った0.5psiに近づけて押し下げます。
19. スプレッドシート内を右にスクロールし、DACというラベルの付いたセルの下に マスター設定ファイル の値を記録し、キャリブレータというラベルの付いたセルの下に圧力キャリブレータの値を記録します(図4D)。パーセントエラーセルが緑色で強調表示されている場合、キャリブレーションは正常に完了しています。赤色の場合は、このステップで入力したデータをクリアし、ステップ2.13からキャリブレーションプロセスを再開します。
20. マスター設定ファイルの [停止] をクリックします。[NNS] ボックスを [ゼロ] にします。[ファイル] を選択し、[設定として保存] を選択して、マスター設定ファイルを保存します。ファイルにキャリブレーションが成功した日付として名前を付けます。
21. スプレッドシートで、[ファイル] > [保存 ] を選択し、[ ファイル] > [閉じる] を選択します。
22. 電源ボタンを押して、圧力校正器の電源を切ります。ハンドルとシリンジを圧力校正器から外し、黒いレシーバーをハンドルにねじ込みます。デバイスの電源を切り、プラグを抜き、ケースに戻します。

3.非栄養吸いデータの収集

1. 手順 1.1 を完了します。- 1.3.NNSデバイスのセットアップ用。
2. 手を洗い、ラテックス手袋を着用し、新しく開いたおしゃぶりレシーバーに取り付けます(図5)。
3. 最新の校正日が記載されたデータ集録および解析ファイルをラップトップコンピュータのデスクトップで開きます。ファイルが開いたら、[ 開始] を選択します。
4. NNSボックスギアを ゼロ から サンプルに回します。圧力トランスデューサが記録機能を変更するのに十分な時間を確保するために、約15秒待ちます。
5. おしゃぶりを快適な姿勢で子供に提供し、2〜5分間(または子供が許容でき、保護者にとって快適な時間)吸うように保持します。
   注:子供のNNSを測定するための好ましい位置は、年齢に最適な摂食位置です。研究者または介護者は、子供におしゃぶりを提供することができます(図6)。
6. 子供が終わったら、または5分が経過したら、子供のためにおしゃぶりのハンドルを持っていた人からおしゃぶりのハンドルを取り出し、ファイルで 停止 を押します。NNSボックスギアを Sample から Zeroに変更します。
7. おしゃぶりをレシーバーから取り外し、施設の衛生プロトコルに従って安全に廃棄してください。手袋は安全に取り外して廃棄し、手を洗ってください。
8. [名前を付けて保存] を選択してファイルを保存し、参加者の ID 番号とデータ収集の日付をファイルに付けます。ラップトップコンピュータのデスクトップにファイルを保存します。
9. デバイスの電源を切り、プラグを抜き、ケースに戻します。

4.非栄養性の分析は十分に吸い込まれます

1. データ集録および解析ソフトウェアがインストールされているデスクトップまたはラップトップを使用して、参加者のNNSデータファイルをダブルクリックして開きます。
2. 複数の吸込サイクルを持つNNSバースト、各吸込サイクルの振幅が少なくとも_1cmH2O、および互いに1000ミリ秒以内の波形が同じ吸込バーストの一部と見なされるという基準を使用して、吸込バーストを手動で識別します(図7)。
   メモ: 波形の表示を変更すると(画面右下の[ 水平スケーリングの設定]ボックス をクリックしてズームインおよびズームアウトオプションを選択)、ノイズからNNSサイクルをより適切に識別できます。分析は 50:1 のビューで完了します。集団全体でNNSを調査する際には、さまざまな集団がNNSパターンの変化を示すため、これらの基準が変化する可能性があることに注意することが重要です。
3. ピーク分析の設定を行うには、 ピーク分析、 設定、 テーブルオプションの順に選択します。 T Start、T End、Height、Peak Area、Period の各ボックス にチェックを入れます。他のすべてのボックスはオフにする必要があります。
4. カーソルを使用して、ステップ 4.2 で説明した基準で識別された最初の NNS バーストの周囲のボックスをクリックしてドラッグします。
5. 上部ツールバーのピーク分析オプションの一部として 分析をクリックすると、 手順4.3で指定したパラメーターを持つピークが特定されます。
6. [バースト解析マクロ] ボタンをクリックすると、ポップアップ データ パッド メニューが生成されます。
7. データ パッドで、データの上の列を右クリックし、最初の NNS バーストの [行の挿入] を選択し、 Min 0-1 (または最初のバーストが発生した分) を入力して、その列に行を挿入します。
8. 手順 4.4 を続行します。- 4.6.すべての NNS バーストが選択されるまで。データパッドで特定の分(たとえば、最小1-2、最小2-3)を特徴付けることにより、バーストが発生する分を追跡し続けます。
9. 解析が完了したら、[ ファイル] > [名前を付けて保存] を選択し、解析した NNS ファイルを参加者 ID、日付、研究者のイニシャルとして保存します。さらに、[ ファイル] > [データ パッド>テキスト ファイルとしてのみエクスポート] > [保存 ] を選択して、データ パッド ファイルを個別に保存します。
   注:生のNNSファイル、分析されたNNSファイル、およびテキストファイルを保存することが重要です。
10. カスタム NNS バースト マクロを使用してテキスト ファイルを処理します。これにより、各 NNS バーストの持続時間、周波数、高さ (振幅)、バースト数、サイクル/バースト、およびサイクル/分を含む解析済みテキスト ファイルが生成されます。また、サイクル数が最も多いNNSの連続する2分間の平均も含まれており、最終分析によく使用されます。分析する必要がある分析ウィンドウに応じて調整します。

結果

NNSデバイスは、NNSアウトカム指標17,18,19を組み込んだ多数の公開研究で使用されています。図7に示すサンプルデータでは、バーストは、バーストごとに複数の吸い込みサイクル、少なくとも_1cmH2Oの振幅を持つサイクル、および互いに1000ミリ秒以内の吸い込み波形の基準で手動で識別されてい...

ディスカッション

NNS デバイスには、認識しておくべき重要ないくつかの制限があります。NNSは給餌⁹に関する重要な洞察を提供するが、NNSから給餌性能へのかなりの量の外挿がある。この制限の解決策には、NNSの結果と実際の摂食観察と、NNSが摂食とどのように関連しているかをより完全に把握するための介護者向けの包括的な摂食関連のアンケートを組み合わせた研究チームが含まれてい?...

資料

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