可使肾病、充血性心力衰竭或脱水患者受益的无创设备

对于需要透析治疗的肾衰竭患者来说，以适当的速度在合理时间内排出体液至关重要。通常患者体内需要排出的体液量只能靠医务人员猜测判断，同时还需要在透析过程中谨慎观察患者的血压以防急剧下降。

目前，在美国约有50万肾衰竭患者，但尚未有简单可靠的方法来测量这些患者的水合状态。麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，简称MIT）和麻省总医院（Massachusetts General Hospital，简称MGH）的研究人员开发出一种新型便携式传感器，利用核磁共振（NMR）弛豫测量技术准确测量患者的水合状态。

MIT材料科学与工程学院大卫·科赫（David H. Koch）工程教授Michael Cima表示，该传感器设备不仅适用于需要透析治疗的患者，还适用于充血性心力衰竭患者，以及有脱水危险的运动员和老年人。

Cima是该项研究的资深作者，也是MIT科赫综合癌症研究所（Koch Institute for Integrative Cancer Research）的研究员，他说：“对于多数不同的病患群体，医务人员都需要知道他们的水合状态。这项研究让我们可以直接测量每个患者与正常水合状态的接近程度。”

这款便携式设备基于与磁共振成像（MRI）相同的技术，但因其无需成像，故能以低成本的方式在更短时间内获取测量结果。

Lina Colucci曾是MIT健康科学与技术学院的研究生，是该项研究的主要作者。该论文发表在7月24日出版的《科学转化医学》（Science Translational Medicine）杂志上。其他作者包括：MIT研究生Matthew Li、MGH肾脏病学家Kristin Corapi、Andrew Allegretti以及Herbert Lin、 MGH研究员Xavier Vela Parada、MGH医学主任Dennis Ausiello、哈佛医学院（Harvard Medical School，简称HMS）放射医学系助理教授Matthew Rosen。

水合状态

Cima在十年前就意识到迫切需要一种准确、无创的方法来测量患者的水合状态，并开始研究相关项目。目前，常规的测量方法都是侵入式或依靠医务人员主观猜测的，以及其他一些不可靠的测量方法。最常见的是医生通过患者的身体体征评估其血容量是否超负荷，如按压皮肤、检查颈静脉的大小以及脚踝是否水肿。

MIT的研究小组决定尝试基于NMR的不同方法。Cima此前成立了一家名为T2 Biosystems的公司，该公司通过分析患者的血液样本，利用小型NMR设备诊断细菌感染。这使Cima联想到可以通过这些设备来测量人体的含水量，于是几年前，研究人员在MIT-MGH战略合作伙伴的资助下，进行了一项监测水合状态的小型临床试验，他们研究比对了健康受试者与定期透析的晚期肾病患者的相关数据。

透析的主要目的之一是排除体液以使患者达到其“干重”，即人体含水量被优化后的重量。然而，确定患者的干重极具挑战性。医务人员目前只能通过身体体征以及在透析过程中的反复试验来估算患者的干重。

MIT与MGH研究团队表明，通过测量氢原子的T2弛豫时间，定量NMR可以提供更精确的测量结果。T2信号同时测量氢原子（或水分子）的存在环境与数量。

Colucci表示：“与测量水合状态的其他方式相比，磁共振的优点在于磁共振信号完全来自氢原子，而人体内大多数的氢原子都存在于水分子中。”

研究人员使用他们的设备测量患者在接受透析前后的体液量。结果表明，该技术仅通过一次测量就能将健康受试者与透析治疗患者区分开来。此外，该测量结果能正确显示透析治疗患者在其透析过程中接近正常水合状态的程度。

此外，基于NMR的测量方法能在传统的临床症状（如皮下积液）出现之前就监测出患者体内是否存在多余的体液。该传感器可以让医生确定患者何时达到真实干重，在每次透析过程中都能获得个体化的测量结果。

提供更好的监测

研究人员正计划对透析治疗患者进行附加的临床试验。在美国，每年花费在透析上的治疗费用超过400亿美元，这项技术的应用将有望大幅降低该项治疗费用，并同时让约500万充血性心力衰竭患者受益。

“充血性心力衰竭患者的水潴留问题非常值得关注，”Cima说道，“我们的传感器可以直接测量它们与正常水合状态的接近程度。这一点十分重要，因为早期发现液体积聚已被证实可以降低此类患者住院治疗的概率。此前没有量化体内低水平液体积聚的方法，我们的技术将能让患者在家中进行监测，以作为护理团队获得早期预警的一种途径。”

MGH肾脏病学家和医学助理教授Sahir Kalim评价称MIT的这个监测方法“非常新颖”。

Kalim没有参与这项研究，他说：“临床设备的开发能够准确地告知医生，在透析过程中，患者在理想情况下应排出多少体液量，这可能成为透析治疗领域多年来最重要的发展之一。Colucci及其同事做出的这项充满前景的创新，有朝一日将极有可能产生这样的影响力。”

在对健康受试者的试验中，研究人员还偶然发现他们可以监测到受试者是否脱水。这使得该设备能用于监测老年人是否存在脱水危险，他们的干渴感会随着年龄的增长而减弱，导致其变得容易脱水。同样，参加马拉松或其他耐力赛的运动员也可通过该设备监测其是否有脱水的危险。研究人员正计划开展这方面的临床试验，以测试这项技术监测脱水症状的临床效果。

该研究由MGH-MIT战略合作伙伴Grand Challenge、美国空军医疗服务与士兵纳米技术研究所（Air Force Medical Services/Institute of Soldier Nanotechnologies）、美国国家科学基金会研究生研究奖学金计划（National Science Foundation Graduate Research Fellowships Program）、美国国家生物医学影响与生物工程研究所（National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering）以及由美国国家癌症研究所（National Cancer Institute，简称NCI）和哈佛大学（Harvard University）捐款成立的科赫研究所支持中心【Koch Institute Support（core）】共同资助。