無需采血就能監(jiān)測化療副作用，預(yù)防致命感染還能這么做

來自MIT的研究者們研發(fā)出一種通過對白細(xì)胞流經(jīng)指甲底部毛細(xì)血管時(shí)攝像，來測量白細(xì)胞水平的新方法。圖中，白細(xì)胞被十字標(biāo)記

白細(xì)胞數(shù)量的急劇下降是化療最主要的副作用之一，將導(dǎo)致患者承受感染風(fēng)險(xiǎn)。近日，麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種用來監(jiān)測患者白血胞水平的便攜式設(shè)備，能夠做到無需采血，在家使用。

研究人員們稱，這種設(shè)備將能夠預(yù)防每年上萬例出現(xiàn)在接受化療的患者中的感染。他們所發(fā)明的設(shè)備原型能夠拍攝血細(xì)胞流經(jīng)指甲底部（甲襞）皮膚表層毛細(xì)血管的影像。一種計(jì)算機(jī)算法能夠用來分析影像，判斷其中白細(xì)胞的數(shù)量是否低于醫(yī)生建議的危險(xiǎn)閾值。

“我們希望患者們都能在家使用這種便攜設(shè)備，每天監(jiān)測他們對治療產(chǎn)生的反應(yīng)。一旦患者的白細(xì)胞數(shù)量低于閾值，便可及時(shí)采取預(yù)防性治療措施。”來自MIT電子研究實(shí)驗(yàn)室（RLE）的博士后研究員、本研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者Carlos Castro-Gonzalez說道。

在他們發(fā)表在《Scientific Reports》上的論文中，研究者們在11名正在接受化療的患者身上，證明了該設(shè)備能夠準(zhǔn)確判斷患者白細(xì)胞水平是否過低。

論文的第一作者AurelienBourquard同樣是來自電子研究實(shí)驗(yàn)室（RLE）的博士后研究員。其他團(tuán)隊(duì)成員分別是RLE研究工程師IanButterworth、前MIT博士后研究員Alvaro Sanchez-Ferro，及馬德里科技大學(xué)的研究生Alberto Pablo Trinidad。

預(yù)防感染

此項(xiàng)目作為馬德里一麻省理工M+Vision聯(lián)合項(xiàng)目（目前是MIT linQ的一部分）之一啟動(dòng)于四年前。這個(gè)項(xiàng)目吸引了許多來自世界各地、希望能夠解決醫(yī)生與醫(yī)院所面臨的問題的博士后研究員們參與，他們參觀了一家馬德里醫(yī)院的腫瘤科，發(fā)現(xiàn)患者們過低的白細(xì)胞水平經(jīng)常使他們可能遭受致命感染。

大多化療患者每21天接受一次化療。每次化療后，他們的白血胞水平急劇降低，之后逐漸增多。然而，醫(yī)生們大多數(shù)情況下僅在每次化療前為患者驗(yàn)血，以至于他們無法得知在化療后患者的白細(xì)胞水平是否降至危險(xiǎn)值。

研究者們的設(shè)備（右圖）能夠穿過指甲底部甲襞皮膚表層，采集到白細(xì)胞流經(jīng)毛細(xì)血管的影像（左圖）

團(tuán)隊(duì)成員Aure lien Bourquard正在觀察白細(xì)胞流經(jīng)甲襞處毛細(xì)血管

“在美國，1/6的化療患者因白細(xì)胞過低而感染入院。”Castro-Gonzalez說。這些感染造成患者長期住院、花費(fèi)更多醫(yī)療費(fèi)用，并有7%的感染病例因此死亡。同時(shí)，因白細(xì)胞過低，患者可能無法按時(shí)接受下一次化療，使癌癥治療推遲。

研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)，如果有一種能夠檢測白細(xì)胞計(jì)數(shù)的方法，患者們將能夠及時(shí)應(yīng)用預(yù)防性抗生素及促白細(xì)胞生長藥，每年全美國11萬例發(fā)生在化療患者中的感染將有一半能夠被避免。

該設(shè)備中，寬視野顯微鏡能夠發(fā)射可穿過皮下50-150微米的藍(lán)光，經(jīng)反射被攝像機(jī)捕捉。研究者們決定對指甲底部（即甲襞，覆蓋在指甲根部的皮膚皺褶）處進(jìn)行成像，是由于此處毛細(xì)血管距皮膚表面非常近。這些毛細(xì)血管非常細(xì)，同時(shí)間只能有一個(gè)白細(xì)胞擠過血管，便于觀察。

這項(xiàng)技術(shù)無法提供準(zhǔn)確的白細(xì)胞計(jì)數(shù)，但能夠顯示出患者的白細(xì)胞水平高于還是低于危險(xiǎn)閾值——即每微升血液中500個(gè)中性粒細(xì)胞（白細(xì)胞中最常見的細(xì)胞類型）。

閾值檢測

根據(jù)研究論文，研究者們在11名來自麻省總醫(yī)院及拉巴斯大學(xué)醫(yī)院的患者的化療期間不同時(shí)間點(diǎn)測試了該設(shè)備，證明了在判斷患者白細(xì)胞水平高于或低于閾值時(shí)有95%的準(zhǔn)確度。

為了獲得足夠判斷的數(shù)據(jù)，每位患者需采集一分鐘影像。隨后由三名不知情的助手觀看影像并記錄何時(shí)有白細(xì)胞經(jīng)過。不過，在提交論文后，研究者們已開發(fā)出了可自動(dòng)計(jì)數(shù)電腦算法。“根據(jù)人工鑒定后得到的特征集，我們開發(fā)出了一種人工智能機(jī)器視覺算法，初步結(jié)果表明，其與人工計(jì)數(shù)結(jié)果的準(zhǔn)確性一致。”研究團(tuán)隊(duì)已為此技術(shù)申請專利，并且創(chuàng)建了名為Leuko的公司，致力于實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目成果商業(yè)化。

研究人員也正在搭建一個(gè)新的自動(dòng)化原型。“使測量過程自動(dòng)化是制造一個(gè)便攜家用設(shè)備的關(guān)鍵，”Butterworth說，“成像過程需要病人手指放置在正確位置，并且設(shè)備的操作過程必須直接明確。”研究人員們計(jì)劃在更多的癌癥患者身上測試這個(gè)原型設(shè)備。同時(shí)，他們還在研究能否利用時(shí)長更短的視頻得到同樣準(zhǔn)確的結(jié)果。

Castro-Gonzalez稱，他們也在計(jì)劃著改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，希望能夠得到更精確的白細(xì)胞計(jì)數(shù)，使其能夠用來監(jiān)測接受骨髓移植或某些傳染病的患者，也可以用來決定化療患者是否能夠在最后一次化療的21天后接受下一次化療。

“腫瘤學(xué)家必須做出權(quán)衡，”Sanchez-Ferro說，“通常，醫(yī)生希望能在不造成過度免疫抑制的情況下，盡量密集地對患者進(jìn)行化療。現(xiàn)行的21天周期是基于大多數(shù)患者能夠接受化療頻率的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但如果你的身體提前做好了準(zhǔn)備，他們就能夠更早的進(jìn)行下一次化療，從而獲得更好的治療效果和更高的生存率。”

這項(xiàng)研究由美國國家衛(wèi)生研究所（NIH）癌癥治療未來技術(shù)中心、MIT Deshpande中心、波士頓大學(xué)Wallace H.Coulter基金會(huì)、馬德里一MIT M+Vision項(xiàng)目、歐盟FP7-PEOPLE-2011-COFUND項(xiàng)目、Ram6n Areces基金、MIT本科生研究項(xiàng)目及MIT沙盒創(chuàng)新基金資助。（摘自美《深科技》）（編輯/華生）