前沿速递丨通过并发漫反射光谱和超声成像无创监测人胎盘中血氧
发布时间：2022-09-06 08:46:39浏览次数：
近日，宾夕法尼亚大学Wang Lin等人于Nature Biomedical Engineering上发表了题为《通过并发漫反射光谱和超声成像无创监测人胎盘中血氧》的研究成果。
直接评估人胎盘中的血氧含量，可以提供有关胎盘功能的信息。本项目展示了胎盘氧血流动力学可以通过并发的频域漫反射光谱和超声成像，可在体表以下4.2厘米处进行实时无创监测。胎盘氧合的无创监测可能有助于及早发现与胎盘相关的不良妊娠结局和母体血管灌注不良。
基于漫反射光谱 (DOS)可测量氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度，已在临床中成功用于组织血流动力学的评估，例如乳腺癌诊断和治疗监测、脑功能以及受损情况的监测，穿透深度仅限于表面下2cm。然而，相较于上述应用，胎盘的位置更深。
本文报告了一种基于DOS和超声(US) 的仪器，光学与超声成像集成在同一个探头中。得益于更准确地实施光传输模型，以及复杂的频域和时域(FD-DOS, TD-DOS)光学仪器，允许放宽关于组织散射和均匀性的假设，可以使光穿透约5cm，足以改善之前的检测源-探测器分离距离。更重要的是，使用了多模态--FD-DOS和US的组合，可将有关组织层形态的解剖超声信息与来自FD-DOS的深部组织的功能性血流动力学信息相结合。由此，解剖信息使组织特异性和分层图像重建成为可能，将深层组织（如胎盘）的血流动力学特性和响应与覆盖层的血流动力学特性和响应区分开来。
团队对人类胎盘氧相关的血流动力学特性进行了初步临床研究。该研究招募了孕晚期单胎妊娠和前置胎盘的女性。监测的目标为胎盘的中心区域，通过超声和FD-DOS表征脂肪、直肌/子宫和胎盘层。
进行了四个实验：1）重复性实验（n=18）；2) 稳定性实验(n=24)；3) 产妇左倾实验(n=3)；4) 母体高氧实验(n=24)。
1）通过计算18名参与者在同一胎盘位置进行3次重复测量的组内相关系数(ICC)来评估可重复性。结果为：胎盘StO2、[HbT]和[HbO2]在参与者中具有高度可重复性(ICC≥0.9)。
2）根据在每个参与者的同一位置连续10帧（3.5分钟）基线测量期间获得的数据的标准偏差(sd)评估稳定性。得到的s.d.平均值对于胎盘StO2、[HbT]和[HbO2]很小（分别为2.2%、0.9μM和0.8μM）。光学衍生的血流动力学特性在基线时是稳定的。
3）母体左倾实验对心输出量和子宫胎盘灌注的位置变化很敏感，这可导致母体心输出量增加高达20%。本研究测量了3名仰卧位参与者的胎盘血红蛋白特性，然后让她们在不移除探头的情况下倾斜到左侧位置。StO2、[HbT]和[HbO2]平均相对增加分别为2.4%、8.4%和10.9%。
4）参与者通过面罩获得100% FiO2，持续20帧（约7分钟）。在母体高氧前、期间和高氧后连续监测血红蛋白浓度。发现StO2和[HbO2]的中位数(IQR)分别增加7.1(4.9,9.3)% 和1.9(1.1,3.3)μM。（见下图）
母体高氧研究的另一个目标是探究胎盘氧动力学与不良妊娠结局（APO）和胎盘母体血灌注不良（MVM）之间的关系。
24名参与者根据妊娠结局分为两组：正常妊娠结局（NPO）或不良妊娠结局（APO）。NPO组的rStO2和rHbO2（r：相对于基线的变化）均因母体高氧而显着增加。然而，APO参与者的相同参数显示出更迟钝的反应。（见下图）
图. NPO参与者（n=15）和APO参与者（n=9）的平均胎盘rStO2（紫）、rHbT（蓝）和 rHbO2（红），阴影区域代表标准误差
接下来试图定量确定胎盘血红蛋白特性是否与APO显着相关。计算得出，基线StO2、[HbT]和[HbO2]与APO无关；另一方面，与NPO相比，APO患者的ΔHbO2和ΔStO2显著降低。
同样，研究者试图确定胎盘血红蛋白特性是否与MVM显着相关。与胎盘病理学评估相比，MVM病例的ΔHbO2和ΔStO2显着降低。
皮肤表面下的胎盘深度和覆盖层特性的可变性对光学诊断提出了重大挑战。该研究中所用的仪器和方法，大大扩展了DOS的能力，可以在临床上对胎盘深层进行光学检测。此外，通过将FD-DOS仪器与超声成像相结合，可直接绘制腹壁和子宫覆盖层的形态。
母体高氧实验表明，由于富氧的母体血液流入胎盘，该方法可以实时检测胎盘 [HbO2]和StO2的变化，而[HbT]保持相对稳定。该实验验证了该研究的临床预期并证实了光学测量对潜在子宫胎盘血流动力学的敏感性，它们也与MRI结果一致。
临床医生需要新的工具来评估胎盘功能，一些研究人员已经使用MRI来获得与胎盘氧合相关的功能参数。MRI不存在限制光学的深度穿透问题，但不适合床边测量。DOS可在临床护理期间，于床旁无创地直接测量脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白浓度，该方法具有临床前景，但需要进行更大样本量的临床研究来证实。
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作者：晓 柏
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