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攜帶式設備檢測白血球低下,無需血液樣本

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2018/05/16

化療的主要副作用之一是白血球急劇下降,使患者容易受到危險感染。麻省理工學院的研究人員開發了一種攜帶式設備,可以在家中監測患者的白血球水平,而無需血液樣本。

研究人員說,這樣的設備每年可以阻止化療患者中數以千計的感染。他們的桌面原型,記錄血球流經指甲底部皮膚表面下方毛細血管的影像。電腦運算法可以分析圖像以確定白血球水平是否低於醫生認為的危險值。

麻省理工學院電子研究實驗室(RLE)博士後,同時也是研究小組負責人卡斯特羅‧岡薩雷斯說,他期待病人將這種攜帶式設備帶回家,每天監控他們對治療的反應。如果病患白血球數值低於門檻,則可採取預防性治療措施。

發表在《科學報告》的論文中,研究人員表明,該裝置可以準確地確定11位接受化療患者的白血球數值是否過低。

研究人員在四年前開始這個項目,作為麻省理工學院M +視覺聯盟的一部分,該聯盟現在是麻省理工學院的一部分。這個計劃吸引了來自世界各地的博士後,試圖解決醫生和醫院面臨的問題。在這種情況下,研究小組訪問了馬德里一家醫院的腫瘤科,發現患者白血球水平低,容易受到感染而威脅生命。

化療患者通常每21天接受一次劑量。每次劑量後,他們的白血球水平下降,然後再逐漸爬升。但是,醫生通常只是在新劑量之前測試患者的血液,而無法得知治療後白血球數值是否降至危險水平。

研究人員的原型設備在右側可以透過指甲底部的皮膚成像,以生成流過毛細血管的白血球影片(左圖)

卡斯特羅‧岡薩雷斯說:「在美國,六分之一的化療患者中,就有一人因其中一種感染,以致白血球數值特別低而住院。這些感染導致漫長而昂貴的住院治療,且約有7%的病例致命。這些患者還不得不錯過下一次的化療,而使他們的癌症治療失敗。

麻省理工學院的研究小組估計,如果有一種方法可以檢測出患者的白血球數值低於閾值水平,那麼他們可以接受預防性抗生素,和促進白血球生長的藥物治療。

研究人員用來解決這個問題的技術,包括一個發射藍光的寬視場顯微鏡,該顯微鏡穿透皮膚下方約50150微米,並反射回攝影機。研究人員決定在指甲底部形成皮膚影像,稱為甲f,因為那裡的毛細血管位於非常接近皮膚表面的位置。這些毛細血管非常狹窄,白血球必須一次擠壓一個,才能更容易看到。

該技術並不提供精確的白血球計數,但揭示了患者是否高於或低於被認為危險的閾值─其定義是每微升血液500個中性粒細胞(最常見的白血球類型)。

研究小組成員觀察指甲底部毛細血管中的白血球

閾值檢測
在科學報告研究中,研究人員在麻州綜合醫院,和馬德里拉巴斯大學醫院的11名患者中,在化療期間的不同時間點對該設備進行測試。
確定患者的白血球數值是高於,還是低於閾值。結果證明95%的準確性。

為了獲得足夠的數據進行分類,研究人員為每名患者紀錄了一分鐘的影片。三名助手隨後觀看了影片,並當白血球通過時加以注意。自從提交論文以來,研究人員一直在開發電腦運算法來自動執行相同的任務。

Bourquard說:「基於我們的評估人員確定的功能集,我們正在開發AI 和機器視覺運算法,初步結果表明與評分者俱有相同的準確性。」

研究團隊已申請了該項技術的專利,並推出了一家名為Leuko的新創公司,在各單位計畫幫助下,將該技術商業化。

哈佛醫學院和波士頓兒童醫院病理學教授Carlo Brugnara,認為這是一項極有前途的技術。

沒有參與研究的Brugnara說:「採用非侵入式的方法,在很短的時間內,查看患者體內有多少白血球,是一項極大的進程。」

為了將技術進一步推向商業化,研究人員正在建構一個新的自動化原型。巴特沃斯說:「使測量過程自動化,是製造家用設備的關鍵。 成像需要在病人手指的正確位置進行,設備的操作必須簡單明瞭。」

研究人員利用這個新的原型,計劃請額外的癌症患者測試該設備,同時研究是否可以用較短的影片獲得準確的結果。

Castro-Gonzalez 說,他們還計劃調整技術,使其能夠產生更精確的白血球數值計量,這將對監測接受骨髓移植或患有某些傳染病的人有所助益。這也可以確定化療患者是否可以在21天前接受下一次的劑量。

桑切斯‧費羅說:「腫瘤學家必須採取一種平衡措施。 通常醫生希望盡可能加強化療,但不要讓人們免疫過度。目前的21天週期,是基於大多數患者可以承受的統計數據,但如果早點做好準備,可能可以轉化為更好的存活率和治療效果。」