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神奇!心脏成像的“自拍模式”,能更早发现心脏病

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2019年06月18日 17:02  来源:好医友

心血管疾病一直以来都是人类的首要死因。2016年,有将近1790万人死于心血管疾病,占全球死亡总数的31%,其中85%死于心脏病和中风。

之所以会如此,很重要的一个原因在于,我们很难预见心血管疾病的发生。

尽管医学成像技术在身体其他部位已经取得了进步,但要看清心脏仍然相当困难。心脏位于体腔的深处,并且在不断地跳动,是人体最难观察的部位之一。目前标准的成像技术,如超声波、超声心动图和计算机断层扫描,所生成的声音和视频严重失真,以至于医生们基本上是在听回声和研究阴影--能准确诊断出心脏疾病的概率只有70%。

美国德雷塞尔大学医学院的心脏病专家布雷特·安格尔博士(Brett Angel, MD)说:“我们现有的大多数技术都很擅长观察心脏外部的大血管。但实际上,它们没有能力观察小血管内的血液流动。”

事实证明,问题出在“照明”上。

在医学成像中,示踪剂通过反射超声波或电磁波为图像提供“闪光”,然后扫描设备对其进行解析生成图像。为了将示踪剂注入心脏,医生会将其注入静脉。但是,目前示踪剂的问题是,它们总是处于“开启”状态--从它们进入血液的那一刻起,就会产生可检测到的照度。

任何尝试过在低光照下拍照的人都知道,明亮的闪光并不适合拍出好照片,因为它照亮了整个画面--通常因为光线太强--而不是将光线对准照片的主体。

医学成像技术人员试图通过在尽可能靠近心脏的地方注射示踪剂来正确地“照亮”照片的主体,有时还会使用探针和导管。不幸的是,这仍然导致成像中大量的过度曝光。虽然医生们已经变得擅长破译这些明亮的、颗粒状的心脏图像和视频,但如果能获得一张适当曝光的照片,他们可以从中收集到更多的信息。

新型示踪剂Electrast,令人大开眼界

德雷克塞尔大学(Drexel University)的研究人员用一种与细胞膜相同的材料设计了一种名为“Electrast”的心脏激活示踪剂。这种示踪剂只有处于心脏产生的电场中时,才会被激活,这样它就能有效地控制自身的光线,从而获得更好的成像。


德雷塞尔工程学院和医学院的研究人员正在开发一种超声示踪剂,它可以被心脏的电活动激活。
资料来源:德雷塞尔大学

“我们的目标是提供一个更清晰的成像,我们可以通过剪裁示踪染料来实现这一点,这样它就只能在我们试图看到的区域被看到。”德雷塞尔工程学院的教授史蒂文·雷恩博士(Steven Wrenn, Ph.D)说,“如果你想近距离观察心肌血流量,你需要区分肌肉中的血液和肌肉泵出的血液。如果示踪剂既在肌肉里,也在心脏腔室里起作用,那就没有帮助了--这就像在满月的时候试图看到更暗淡的星星一样。”

雷恩博士设计将全氟碳液滴(一种常用于增强超声成像的惰性化学物质)封装在脂质分子内。脂质在体内无处不在,而且比血细胞还小,所以这些脂质胶囊可以在血液中自由移动,而不会引发免疫反应。一旦它们遇到心脏电场,脂质就开始释放全氟碳示踪剂。当使用超声波时,声波会被示踪剂液滴反射,但会穿过心脏的软组织,从而产生对比度,从而形成图像。这意味着它可以提供一个非常具体和详细的心脏内血液流动的图像,这是整体健康的一个重要指标,可以帮助医生发现心脏存在的问题。

Drexel的研究人员利用心脏的电活动来激活超声波成像示踪剂,让医生更好地观察心脏肌肉中的血液流动--这可以让医生发现心脏病的早期迹象。在这张使用示踪剂Electrast的超声波图像中,绿色圆圈区域正在接受血液,而红色箭头所指的区域则没有。


资料来源:德雷塞尔大学

安格尔博士与雷恩博士一起开发和测试这种Electrast示踪剂,他说:“Electrast的独特之处在于,它可以被注射到任何静脉中,直至到达心脏才会被激活。其他示踪剂必须通过导管直接导入动脉,因为它们一旦注入就开始反应。而且,在CT和PET成像中使用的示踪剂是一种有害的放射性化学物质,所以医生们在做这些检查时都很犹豫,尤其是对那些身体条件可能承受不了的病人。”

安格尔博士指出,目前还没有一种模式能真正评估心脏肌肉小血管的血液流动。而Electrast示踪剂可能是一个重要的转折点。“如果我们可以用这个作为诊断工具,判断血管是否有部分阻塞,或缺乏血液流动,就能够在心脏发生损害前,尽早采取行动。”目前,该研究还处于早期阶段,研究人员将继续进行测试,以优化脂质和示踪剂液滴结构的设计,以实现与超声波最有效的交互作用。

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