“驗血”不“抽血”，無針診斷邁出重要一步

　　作為一種常見的醫療檢查手段，血液檢測在大量疾病的檢測與治療中都扮演著重要角色。而無論是檢測血液中的何種成份，“抽血”幾乎都是最基本的“第一步”。

　　抽血行為看似簡單，但除了刺破血管引發的疼痛與不適外，如果操作不當，還可能造成患者血管損傷，增加感染風險以及血液浪費等一系列問題，特別是對于某些因身體原因不適合抽血的病人，此類問題將更加明顯和棘手。

　　那么，有沒有一種方式可以做到“驗血”不“抽血”呢？近日，天津大學精密儀器與光電子工程學院教授田震團隊、副教授李嬌團隊合作取得的一項科研成果或許能給出答案。

　　研究中，團隊人員開發出一種新型太赫茲光聲系統。借助該系統可以實現在不做任何血液采集的前提下，對活體小鼠血液中鈉離子水平進行實時測量。相關人體實驗也初步驗證了其系統走向臨床應用的潛力與可行性。

　　目前，相關研究成果已在國際光學領域頂級刊物《光學》發表。

　　不“刺”血管，“看”到血液

　　在人體血液中，鈉離子的含量并不算高，其作用卻十分重要。

　　“鈉離子是維持人體正常生理功能的關鍵電解質，其含量異常（過高或過低）均可能通過影響滲透壓、細胞功能及器官代謝，引發神經系統、心血管系統、腎臟等多器官的疾病，嚴重時可危及生命。”李嬌告訴《中國科學報》。

　　然而，由于每個人的體質不同，鈉離子在人體內的吸收速率并不相同。

　　以低血鈉癥為例，李嬌說，該病患者需要通過補鈉維持體內的鈉平衡，但在同樣速率、同樣計量之下，有些人的體內鈉水平會快速上漲，甚至導致患上神經脫髓鞘等疾病，造成神經系統受損；但同時，有些人的鈉水平卻上漲很慢，以至延誤治療。

　　“因此，對人體血液中鈉水平的實時監控就顯得十分重要了。”李嬌說。

　　對此，傳統方式是對病人進行頻繁的抽血檢測。然而，對于一些腎病患者、危重病人或老年病人來說，這種方式除了費時費力外，也容易引發感染等后續問題，而且這些病人血液中的鈉含量本就不足，頻繁抽血更會加劇這種不足。

　　這種情況下，如果可以實現無針刺前提下的實時監測，無疑會對病人的治療起到重要作用。但什么東西可以在不刺破血管的情況下，“看”到血液的情況？

　　李嬌團隊想到的是太赫茲波。

　　替代方案

　　據介紹，太赫茲波是一種位于微波與中紅外波段之間的電磁波，其具有低能量、組織無害性、弱散射性等優勢，并能敏感捕捉生物結構功能變化，是一種理想的生物醫學檢測工具。

　　不過，太赫茲波監測也有自己問題——它太容易被水吸收了，而血液的主要成份恰恰就是水。這使得太赫茲波即便穿透皮膚和血管進入血液，大部分能量也會被血液中的水分子所吸收，能與鈉離子作用并反射回接受裝置的能量過低，很難起到檢測作用。

　　這幾乎是一個無法解決的問題。也正因如此，相關的監測并沒有在醫療實踐中大規模應用。對此，科研團隊一時間也沒有想到好的解決辦法。

　　不過在摸索中，他們想到了一個“替代辦法”。

　　“既然無法解決太赫茲信號被水吸收的問題，那我們是不是可以不再接受太赫茲信號，而接受別的信號呢？”田震說。

　　他口中的“別的信號”就是超聲信號。

　　田震告訴《中國科學報》，目前的科技手段很難阻止水分子對太赫茲信號的吸收和干擾，卻可以做到讓水分子在這一過程中不發出超聲波信號，從而使太赫茲波在作用于鈉離子時，后者發出的超聲信號變得更加清晰。

　　“這就如同用探照燈照大海上的一艘小船，小船固然可以反射燈光的，但大海能反射的燈光要更強烈，導致人們看不到小船。”田震說，但如果將大海用黑布屏蔽掉，即便小船反射的燈光再小，也能被看到。

　　更重要的是，相較于接收太赫茲信號的設備，人類對超聲探測儀的研發歷史要長得多，目前相關設備的靈敏度也要高得多，足以接收到血液中鈉離子發出的微弱超聲波信號。

　　“通過引入光聲技術，我們首次實現了太赫茲波在體離子檢測中的應用，這是臨床轉化的重要突破。”田震說。

　　需求決定供給

　　雖然涉及很多“高科技”，但李嬌依然覺得他們所研發的太赫茲光聲系統是一項很“接地氣”的項目，正如她所說，“科學研究最終是要轉化為現實的，而這項研究最終轉化成的‘現實’，可能與我們每個人的健康都息息相關”。

　　這項研究還需要多久才能應用到普通百姓身上？

　　李嬌表示，目前相關樣機距離臨床試用并沒有太遠的距離，但如果要做大真正意義上的大規模應用，還需要上游技術的支撐。

　　“目前阻礙這項技術大規模應用的最大障礙，在于太赫茲源技術的突破。說得再直白些，現有能夠發射太赫茲射線的設備存在造價過高、發射強度不夠等問題。如果這些問題能夠解決，‘無針診斷’的普及化將被極大加速。”她說。

　　在這方面，李嬌是很是樂觀的。

　　“需求決定供給。之前太赫茲源技術之所以發展不夠快，一個很重要的原因是尚未找到足夠巨大的應用場景，一旦產生足夠的需求，甚至形成一定的市場空間，相關技術的突破是很值得期待的。”她說。

　　這種“市場”的形成并非遙不可及。

　　據田震介紹，人體血液中含有種類多樣的元素離子，比如鈉離子、鉀離子等，此外還包括各種糖類、胰島素，甚至一些大的白蛋白。這些物質都在太赫茲波段上有非常豐富的吸收譜。這意味著只要有足夠的技術支撐，對這些物質的檢測都可以實現“無針化”。

　　“要知道，相較于鈉離子異常所引發的疾病，與血液鉀離子、各種糖類有關的疾病，其涉及人群的規模和數量要大得多，這就意味著相關技術還有著非常廣闊的探索以及應用空間。”田震說。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1364/OPTICA.559182