一种更好地测量怀孕时胎盘血流和氧合的新方法

通过结合光学测量和超声波，研究人员能够研究胎盘中的氧气水平，为更好地了解这个复杂而关键的器官铺平了道路。

　　

   

   

图:一个来自宾夕法尼亚大学艺术与科学学院、佩雷尔曼医学院和费城儿童医院的跨学科团队将光学测量与超声相结合，开发了一种更好地测量胎盘血流和氧合的设备。    

发表在《自然-生物医学工程》杂志上的一项研究详细介绍了一种对怀孕患者胎盘成像的新方法，以及一项试点临床研究的结果。通过结合光学测量和超声波，研究结果显示了如何无创监测氧气水平，并为更好地了解这个复杂而关键的器官提供了一种新方法。这项研究是宾夕法尼亚大学的Arjun Yodh和Nadav Schwartz团队与费城儿童医院(CHOP)的同事合作的结果，由博士后Lin Wang领导。

Schwartz将胎盘描述为怀孕的“引擎”，这个器官在向胎儿输送营养和氧气方面起着至关重要的作用。胎盘功能障碍可导致胎儿生长受限、子痫前期和死产等并发症。为了增加对这一重要器官的了解，美国国家儿童健康与人类发展研究所于2014年启动了人类胎盘项目。该计划的一个重点是开发实时评估人类胎盘结构和功能的工具，包括光学设备。

三年来，研究人员优化了他们的仪器设计，并在临床前环境中进行了测试。该过程包括将光纤与超声探头集成，探索各种超声换能器，并改进多模态技术，以便在床边收集数据时测量稳定、准确和可重现。研究人员说，由此产生的仪器现在使研究人员能够研究胎盘的解剖结构，同时还能收集关于胎盘血流和氧合的详细功能信息，这些功能是现有商业设备所不具备的。

由于胎盘位于人体表面之下，Yodh实验室的博士后Wang博士解决的关键技术挑战之一是减少光电系统中的背景噪声。Yodh说，当光线穿过厚厚的组织时，它会被散射和吸收，成功的关键是减少背景干扰，这样少量的光线深入胎盘，然后返回，仍然足够大，可以进行高质量的测量。

“我们发送的光信号与超声波通过相同的深层组织。返回到表面探针的极少量光随后被用于准确评估组织属性，这只有在非常稳定的激光器、光学仪器和探测器下才可能实现，必须克服许多障碍，以提高信噪比，使我们相信自己的数据。”

值得注意的是，这篇论文还描述了一项试点研究的结果，其中24名妊娠晚期患者在短时间内被给予补充氧气，造成胎盘高氧。利用该设备，研究小组收集了胎盘在高氧前和高氧期间含氧和缺氧血浓度的测量数据;结果表明，该装置可用于实时研究胎盘功能。这项研究还为血流和母体血管灌注不良之间的关系提供了新的见解，当血液流入胎盘受阻时，就会发生这种情况。

“我们不仅表明，当你给母亲吸氧时，氧气水平会上升，而且当我们从临床结果和病理学两方面分析数据时，母体血管灌注不良的患者与胎盘正常的患者相比，没有那么多的氧气增加。”“令人兴奋的是，我们不仅获得了一种比商业设备更深入的探测仪器，而且我们还获得了一个早期信号，即高氧实验可以区分健康的胎盘和患病的胎盘。”

虽然该设备仍在研发中，但研究人员目前正在改进他们的设备，使其更加用户友好，并允许它更快地收集数据。该团队目前还在进行更大规模的研究，包括近期来自中期妊娠患者的数据，他们还对研究胎盘的不同区域感兴趣。“从仪器的角度来看，我们想让手术更人性化，然后我们想进行更多的临床研究，我们有很多有趣的想法。”

因为还有很多关于胎盘的未解临床问题，这项工作的最大潜力是提供一种开始回答这些问题的方法。“由于无法直接研究胎盘，我们只能依赖非常间接的科学，这是一种工具，可以帮助我们研究怀孕的潜在生理学，这样我们就可以更有战略地研究干预措施，帮助支持良好的妊娠结果。”

文章标题

Non-invasive monitoring of blood oxygenation in human placentas via concurrent diffuse optical spectroscopy and ultrasound imaging