利用激光斑点成像为分娩期出血提供早期预警

科学家们开发出了一种可穿戴的光学设备，用于早期检测分娩过程中或分娩后的出血情况。

研究人员开发了一种可穿戴的腕戴式设备，利用激光斑点成像技术捕捉产后出血的早期迹象。图片来源：圣路易斯华盛顿大学 Francesca Bonetta-Misteli

严重的大出血在成为紧急情况之前很难被发现，它占全球孕产妇死亡人数的近 30%，在美国仅占孕产妇死亡人数的 10%多一点。

研究表明，产后出血的早期诊断和治疗是避免死亡的最佳方法。新开发的设备可佩戴在手腕上，利用激光斑点成像技术持续跟踪血流减少的情况，从而提供身体其他部位发生大出血的早期信号。

产后出血对中低收入地区的人影响最大，因为他们获得高质量医疗诊断和治疗的机会有限。--克里斯蒂娜-奥布莱恩，圣路易斯华盛顿大学研究小组组长

O'Brien补充说："我们的灵感来自于开发一种可在低资源和高资源环境下使用的工具，以便比现有方法更早地检测出这种疾病。这项工作是我们开发初始原型并进行概念验证测试的第一步。

在Optica出版集团的《生物医学光学快报》（Biomedical Optics Express）杂志上，科学家们提供的研究证实了原型具有利用猪出血模型检测血流变化的潜力。根据这些积极成果，他们目前正在对健康志愿者进行研究。

"我们希望通过这项工作研制出一种设备，能够预防产后出血导致的发病率和死亡率，确保新妈妈带着孩子安全回家，"论文第一作者 Francesca Bonetta-Misteli 说。

Bonetta-Misteli 补充说："在医疗环境中，它可以用来监测患者对出血治疗的反应。它还可以作为一种独立的工具，在家中或其他环境中使用，提醒分娩的母亲何时可能面临危险，应该寻求医疗救助。

捕捉早期信号
发生大出血时，身体会启动一个称为外周血管收缩的过程，通过限制血液流向身体外周不那么需要的部位，如脚、手和胳膊，将血流重新导向关键器官。这导致外周部位的血流量减少，而身体核心部位的血流量保持正常。

由于外周血管收缩，生命体征可以保持不变，直到出现非常严重的失血，这意味着在很多情况下，我们无法在产后出血变得严重之前利用生命体征来检测产后出血。

克里斯汀-奥布莱恩，圣路易斯华盛顿大学研究小组组长

奥布莱恩补充说："通过监测手腕处的血流，我们的设备可以在患者开始出现症状之前检测到因产后出血而发生的外周血管收缩。

由医生和工程师组成的多学科研究小组开发出了这款可穿戴设备，它利用激光斑点血流指数（LSFI）来检测出血引起的外周血管收缩。

LSFI 利用激光和照相机来检测和测量斑点图案的时间和空间变化，从而获取有关血流的数据。

尽管用于实时跟踪心血管生理学和血流的可穿戴式激光点成像传感器已经开发出来，但科学家们必须制造出一种可佩戴在手腕上的无线、电池供电的激光斑点系统。此外，他们还开发了用于机载视频数据处理的快速斑点处理协议。

测试对血流变化的敏感性
科学家们将其放置在一个带有空心通道的组织模拟模型上，通过空心通道流出牛奶状液体来模拟血流。

当科学家们改变液体在血管中的流速范围时，他们发现流速几乎呈现出理想的线性响应。这表明，在预期的生理条件下，该装置对血流非常敏感。

此外，他们还在猪动物模型中进行了出血和复苏研究。由于试验动物失血过多，该装置能检测到近乎即时、持续减少的血流量。

获得的响应几乎完全呈线性，检测到的血流量测量值与失血量之间的平均相关性为 0.94。此外，大多数动物在静脉注射生理盐水时，设备都能量化血流量的增加。这表明，增加的血容量有助于增加流向外周的血流量。

这表明，可穿戴激光斑点成像传感器可用于跟踪病人产后出血的早期迹象，并跟踪他们对抢救工作的反应。

目前，科学家们正在制作新的原型，这种原型采用了一种高度稳定、体积更小、激光功率更低、电池寿命更长的激光器，可以更快地产生效果。除了在健康志愿者中测试该设备外，研究人员还计划在未来几个月内开始在华盛顿大学的一项临床研究中招募孕妇。

他们计划与产后出血死亡率高的国家的研究人员合作，测试该设备的性能及其在资源有限的环境中的实用性。

要想从研究应用转为真正的临床使用，该设备需要由商业合作伙伴制造，该合作伙伴必须能够制造出符合监管标准的设备，而且该设备还需要在多种条件下和不同人群中进行测试。

克里斯蒂娜-奥布莱恩，圣路易斯华盛顿大学研究小组组长

奥布莱恩补充说："在整个开发过程中，从病人、护士、医生和医疗团队的其他成员那里获得反馈也至关重要。

"O'Brien 继续说："我们正在获取反馈意见，并对我们的研究原型进行了许多这样的测试，包括考虑运动造成的伪影，以及测试各种皮肤色素水平的性能，以确保结果不会因肤色而产生偏差。

参考资料

Bonetta-Misteli, F., et al. (2023) Development and evaluation of a wearable peripheral vascular compensation sensor in a swine model of hemorrhage. Biomedical Optics Express. doi.org/10.1364/BOE.494720.