John A. Rogers院士，Nature Biomedical Engineering！

小奇

2025-05-21

母乳是婴儿理想的营养来源，世界卫生组织和美国儿科学会等权威机构均推荐在婴儿出生后的第一个小时内开始直接母乳喂养，并持续至婴儿一岁甚至两岁。然而，目前母乳喂养的启动率和持续率并不理想。在美国，仅有83%的婴儿尝试过母乳喂养，而能够持续母乳喂养至6个月大的婴儿比例仅为25%，远低于健康目标2030设定的42%。这种现状部分源于家长和医护人员对婴儿摄入母乳量的不确定性，尤其是在早产儿护理中，由于早产儿的吸吮反射尚未发育完全，需要通过鼻胃管喂养母乳，直到其能够独立吸吮。在此期间，医护人员需要频繁评估婴儿摄入的母乳量，但现有的称重方法存在诸多不便，且易受运动干扰。因此，开发一种简单、易用、能实时连续监测母乳摄入量的技术显得尤为迫切。

成果简介

近期，西北大学John A. Rogers院士、Craig F. Garfield、Daniel T. Robinson

、成均馆大学Jae-Young Yoo等人介绍了一种紧凑型无线系统，能够实时监测哺乳期间婴儿摄入的母乳量。该系统通过四个电极与乳房轻柔接触，利用交流电阻抗的变化精确测量哺乳过程中排出的母乳量，并将数据无线传输至智能手机，以图形形式实时显示。这一技术不仅在实验和计算模拟中得到了验证，还在新生儿重症监护病房（NICU）和家庭环境中对12位哺乳母亲进行了长达17周的评估，证明了其在母乳喂养监测中的实际应用价值。

系统设计

该系统由四个皮肤接触电极组成，连接到一个小巧的基站，用于测量生物阻抗和无线通信。系统通过外侧两个电极注入低水平交流电（255微安均方根值），内侧两个电极同时测量电压，从而转换为生物阻抗。系统采用16kHz的频率和255微安的电流进行测量，符合IEC 60601-1安全标准。电路设计包括低通滤波器、可编程增益放大器、模数转换器等，最终通过蓝牙将数据传输至移动设备，使用户能够实时监测生物阻抗数据和相应的母乳量。

图 |可穿戴无线系统及在哺乳过程中连续监测母乳释放的运行原理 

实验验证

研究人员首先构建了一个模拟乳房的模型，用于验证系统的准确性。该模型采用半球形设计，包含模拟皮肤、乳腺脂肪和用于容纳牛奶的空腔，四电极附着在皮肤外侧。实验中使用牛奶替代母乳，因其电学性质与母乳相似。实验结果表明，随着牛奶量的减少，乳房的生物阻抗呈线性增加，与模拟结果高度一致。

人体模拟与实验

进一步的模拟和实验研究使用了基于人体解剖结构的乳房模型，考虑了皮肤、脂肪和乳腺组织的分布。这些模型通过有限元方法（FEM）模拟，展示了电场在乳房内部的分布情况，以及母乳量变化对阻抗的影响。模拟结果表明，母乳量的减少会导致阻抗显著增加，而乳房总体积的变化对阻抗的影响较小。

图 |人体模拟结果：通过生物阻抗测量监测母乳 

人体临床研究

在人体临床研究中，研究人员选择了12位哺乳期母亲，分别在NICU和家庭环境中进行了长达17周的测试。实验中，参与者使用乳腺泵进行哺乳，同时使用该系统进行监测。结果显示，系统测量的生物阻抗变化与乳腺泵收集的母乳量之间存在高度相关性。通过Bland-Altman图分析，系统测量的母乳量与实际收集量之间的平均差异仅为0.11毫升，标准差为4.87毫升，表明该系统具有较高的准确性。

图 |来自多位参与者的临床研究，重复测量持续数天、数周和数月

小结

这项研究成功开发了一种无线、可穿戴的母乳喂养监测系统，能够实时、连续地监测哺乳期间婴儿摄入的母乳量。该系统通过精确测量生物阻抗变化，为医护人员和家长提供了准确的母乳摄入数据，有助于提高母乳喂养的成功率，减少因喂养不足导致的婴儿健康问题。未来，该技术有望进一步集成到哺乳内衣中，以提高用户体验，并可能扩展至分析母乳的营养成分，为母婴健康提供更全面的支持。

参考文献：

Kim, J., Oh, S., Avila, R. et al. A compact, wireless system for continuous monitoring of breast milk expressed during breastfeeding. Nat. Biomed. Eng (2025). 

https://doi.org/10.1038/s41551-025-01393-w