Nature子刊新技术：第一时间监控手术血液变化

光纤血液监视器

　　

生物通报道：中佛罗里达大学（UCF）的研究人员发明了一种方法，能够连续监视外科手术中的病人血液。该技术首次为较量生死的外科手术提供了实时监控。

该技术由UCF光学与光子学学院的Aristide Dogariu教授所开发。主要原理是利用了相干门控光散射（coherence-gated light scattering）。通过光纤产生光束，照射入患者血液，然后再解析光散射信号。研究人员认为，在一些情况下，这种技术可以取代现用的抽血检测技术。

在手术过程中，医生们最怕患者的血液过早凝固，哪怕是出现血块。因凝血引起的血管栓塞分分钟会导致危及生命的危险情况，例如中风或肺栓塞。只要一个血块就会造成负责体外循环病人血液的心肺机骤停，因此，外科手术医生，尤其是心血管外科手术，会特别关注凝血问题，

医生通过血液稀释药物以防止手术过程中的凝血现象。但是，每隔20-30分钟，就需要抽血化验，从取样到出检测结果可能需要10分钟。非常浪费时间，特别是超过4个小时的手术，更是煎熬。

Arnold Palmer 儿童医院的小儿心脏外科主任医生，UCF医学院教授William De Campli说，我认为该项技术可应用于重症监护设备，它能帮助各种病危患者争取时间，抢救生命。

De Campli参与了该项技术的研发，并且在新生儿手术中检测了它的作用。

这种仪器通过光纤直接与心肺机管道连接，当血液流过，光纤发出光束穿过血液，仪器通过探测反射回来的光束，来分析循环中的血液状况。机器不断地解析光的散射，以确定红细胞的振动速度。一旦振动速度变缓，就意味着血液即将开始凝固，需要补充血液稀释剂了。

相比漫长地等待体外检测结果，该技术可以在第一时间通知医生血液状况，以及不间断地提供实时信息。因此可以持续地、快捷地、准确地辅助外科手术医生做出用药决策。

Arnold Palmer 儿童医院一直位列全美最好的小儿心脏手术医院，在过去的一年里，De Campli 已在10例新生儿心血管手术中测试了该项技术。UCF鼓励跨学科合作，激发创新突破。同为UCF教授的Campli和Dogariu的研究成果显示，他们的合作是非常成功的。De Campli说，这项技术是得益于一流工科大学和一流儿童医院共处同一城市的便利。利用工学前沿科技促进医学进步，是一个很好的合作模式。他们的成果发表在Nature旗下的新杂志Nature Biomedical Engineering上，这仅为一小部分概念证明研究，更大的研究仍在进行中。

（生物通：卢兆丹）

原文摘要：

Real-time intraoperative monitoring of blood coagulability via coherence-gated light scattering

When characterizing dynamic processes, ergodicity—that is, the equivalence of time averages and of averages over a system’s possible microstates—is often invoked. Yet many complex social, economic and material systems are such that practical observations cannot survey the entire ensemble of microstates. In the case of non-ergodic fluids, their slow structural dynamics makes such an approach prohibitive. Blood is a prominent example of a non-ergodic, complex fluid for which today’s standards for coagulation tests in vivo are chemically induced offline assays. Here, we show that heterodyne amplification—that is, amplification of a signal by frequency conversion—combined with suitable control of spatiotemporal coherence permits measurements of non-stationary dynamics in non-ergodic, complex media. By taking advantage of this approach, we developed an optical-fibre-based tool that can be directly incorporated into standard vascular-access devices for real-time monitoring of blood coagulability in the operating room.