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医工学人评论
一种紧凑型无线生物传感器系统，能够实时、准确地监测哺乳过程中的泌乳量，有望为母婴健康领域带来革新。
图1 可穿戴无线系统和持续监测哺乳期间释放的母乳的工作原理
可穿戴“黑科技”：洞悉乳房的电学奥秘
这项由美国西北大学、莱斯大学等机构研究人员合作开发的设备，其核心技术在于生物电阻抗（Bioimpedance）的巧妙运用。正如该研究论文图1所示，该系统主要由一个小型化的柔性基站和四枚皮肤接触电极组成。 基站采用三明治结构，将锂聚合物电池和柔性电路板封装在亲肤的硅胶弹性体之间，确保佩戴的舒适与安全（图1c）。四枚电极则以特定方式布置在母亲乳房的皮肤表面（图1d）。
其工作原理并不复杂：哺乳开始后，随着乳汁被婴儿吸吮或由吸乳器泵出，乳房内部的组织成分发生变化。乳汁的导电性与乳房脂肪等其他组织的导电性存在差异。当系统启动时，两枚外部电极会向乳房组织注入微弱、对人体安全的低频交流电（研究选定16kHz），另外两枚内部电极则负责同步测量由此产生的电压差（图1e）。 由于乳汁是细胞外液的一种，低频电流主要通过细胞外液流动（图1f），因此对乳汁量的变化尤为敏感。 计算机仿真也证实，在低频区段，有无乳汁的乳房组织其阻抗差异更为显著（图1g）。 这些细微的生物阻抗变化被系统捕捉并转化为具体的泌乳量数据，通过蓝牙实时无线传输至智能手机或平板电脑的应用程序上，以清晰的图表形式呈现给用户（图1a）。
严谨验证：从实验室到真实世界的考验
图2 仿真模型验证
为了验证这套系统的精准度和实用性，研究团队进行了一系列严谨的测试。
体外模型验证：首先，研究人员构建了简化的乳房体外模型（如图2a所示），采用琼脂凝胶模拟乳房脂肪组织（通过调整氯化钠浓度以匹配其导电特性，如图2c所示），并用人工皮肤覆盖，内部预留空腔注入已知体积的牛奶（其导电性与人乳相似，如图2b所示）。通过对比实验测量和有限元方法（FEM）的计算机模拟，证实了随着“乳汁”体积的减少，测量阻抗值呈现近似线性的增高（图2g），且电极间距对测量灵敏度有直接影响（图2h）。模拟的电场分布也清晰展示了乳汁存在与否对电场路径的影响（图2d-f）。
图3 通过生物阻抗测量进行母乳监测的人体模拟结果
拟人化仿真研究：随后，团队利用了基于真实乳房MRI扫描数据构建的、解剖学上更为精确的拟人化乳房模型进行仿真分析（图3a）。 这些模型能够更真实地反映乳房内部皮肤、脂肪、腺体和乳汁的复杂分布。仿真结果进一步验证了泌乳（假设从100毫升减少至0毫升，总体积恒定）会导致阻抗的线性增加（图3d, 3e），而单纯乳房总体积的变化（在无乳汁排出的情况下）对阻抗读数的影响则小得多（图3f, 3g），这表明该技术主要对乳汁量的变化敏感，而非乳房整体大小的改变。 研究还探讨了不同乳房尺寸和形状对初始阻抗及阻抗变化量的影响（补充图10, 11），以及皮肤出汗、湿度变化甚至少量乳汁溢出对测量的影响均在可控范围内（补充图12-15）。
图4 在 NICU 环境中记录的对新妈妈乳房释放的乳汁的连续无线监测
临床人体测试：最终，该系统应用于12位哺乳期母亲，在新生儿重症监护室（NICU）和家庭等真实场景下进行了长达17周的连续监测（图5a）。 在这些临床试验中，研究人员首先借助吸乳器进行校准：将电极环绕在吸乳器喇叭罩周围（图4b），同步记录生物阻抗的相对变化（图4c）和吸乳器收集瓶中的实际泌乳量（图4d）。 数据清晰地显示了两者之间高度的线性相关性（图4e），布兰德-奥特曼一致性分析也表明了通过生物阻抗推断的泌乳量与实际收集量之间具有良好的一致性（图4f）。值得注意的是，即使在数月的时间跨度内对同一名参与者进行多次测量，其个性化的校准系数也保持了良好的一致性（图5b），而不同参与者之间的校准系数虽因个体生理差异（如乳房密度、大小、形状）有所不同（图5c），但总体测量准确性依然很高（图5d）。
图5 来自不同参与者的临床研究，在几天、几周和几个月的时间内重复测量
未来影响：赋能母婴健康，消除喂养焦虑
这项技术的突破性在于它首次提供了一种无创、便捷且能持续监测哺乳量的方法。它有望改变目前主要依赖婴儿称重（哺乳前后体重差）这一相对粗略且操作不便的传统评估方式。实时、客观的数据不仅能够有效缓解新手父母对于“宝宝吃没吃饱”的焦虑，更能为临床医生，尤其是在NICU环境中，对早产儿或有特殊喂养需求的婴儿进行精准营养管理提供前所未有的有力工具。了解婴儿在一次哺乳中具体的摄食模式——例如是初期快速摄入还是全程平稳，或是后期补充性吸吮——对于指导哺乳策略、改善喂养技巧也具有重要意义。
研究团队表示，未来的工作将包括在更多样化的直接哺乳场景下（例如不同的婴儿抱姿、母亲的活动状态等）进行测试和优化。此外，将这种传感技术无缝集成到哺乳文胸等日常穿戴用品中，提升用户体验，甚至探索利用生物阻抗原理进一步分析乳汁的某些营养成分（如脂肪含量，因其也会影响导电性），都是极具潜力的发展方向。
相关技术与市场探索
目前，直接测量母乳喂养期间婴儿摄入量的可穿戴技术仍属于新兴领域。虽然有一些智能育儿产品关注喂养时长、频率的记录，或通过其他间接方式估算，但采用生物阻抗技术直接量化泌乳量的商业化产品尚不多见。
- nfant® Thrive Breast[2]
这款产品声称是首个在母乳喂养期间测量乳汁流量的设备。它使用放置在母亲乳房上的智能传感器和硅胶垫来非侵入性地追踪乳汁流动，并将数据传输到应用程序供父母和医疗专业人员查看。该产品旨在消除喂养中的猜测，提供实时数据。
- 研究与开发阶段
如本文所介绍的西北大学和莱斯大学团队的研究，代表了该领域的前沿学术探索。这些研究通常会孵化出初创公司或技术授权给现有医疗设备公司。如此研究中提及的Sibel Health公司 [3]，便是从西北大学Querrey Simpson生物电子研究所剥离出来的，专注于无线监测技术，并已获得FDA对其新生儿和婴儿监测平台的许可。
- 间接监测或成分分析
还有一些技术关注于乳汁的成分分析，例如本月7日，南加州大学（USC）的研究人员开发了智能哺乳垫，能够检测乳汁中的化学物质（如药物残留）和营养素（如葡萄糖）[4]。这类技术虽然不直接测量摄入量，但也是母乳喂养监测领域的重要补充。
总体而言，利用生物阻抗等先进传感技术实时监测母乳喂养量是一个充满潜力的研发方向。随着技术的成熟和成本的降低，未来有望出现更多精准、易用且舒适的可穿戴设备，为全球母婴健康福祉做出贡献。
参考资料：
[1] 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
[2] https://shop.nfant.com/products/nfant-thrive-breast
[3] https://sibelhealth.com
[4] https://viterbischool.usc.edu/news/2025/05/wearable-smart-lactation-pad-detects-chemicals-and-nutrients-in-breast-milk/
END
编辑 | 罗虎
审核 | 医工学人理事会
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