無需采血就能監測化療副作用，預防致命感染還能這麼做

白細胞數量的急劇下降是化療最主要的副作用之一，將導致患者承受感染風險。近日，麻省理工學院的研究人員發明了一種用來監測患者白血胞水平的攜帶型設備，能夠做到無需采血，在家使用。

研究人員們稱，這種設備將能夠預防每年上萬例出現在接受化療的患者中的感染。他們所發明的設備原型能夠拍攝血細胞流經指甲底部（甲襞）皮膚表層毛細血管的影像。一種計算機演算法能夠用來分析影像，判斷其中白細胞的數量是否低於醫生建議的危險閾值。

圖丨來自MIT的研究者們研發出一種通過對白細胞流經指甲底部毛細血管時攝像，來測量白細胞水平的新方法。圖中，白細胞被十字標記

「我們希望患者們都能在家使用這種便攜設備，每天監測他們對治療產生的反應。一旦患者的白細胞數量低於閾值，便可即使採取預防性治療措施。」來自MIT電子研究實驗室（RLE）的博士後研究員、本研究團隊領導者Carlos Castro-Gonzalez說道。

在他們發表在《Scientific Reports》上的論文中，研究者們在11名正在接受化療的患者身上，證明了該設備能夠準確判斷患者白細胞水平是否過低。

圖丨研究者們的設備（右圖）能夠穿過指甲底部甲襞皮膚表層，採集到白細胞流經毛細血管的影像（左圖）

論文的第一作者Aurélien Bourquard同樣是來自電子研究實驗室（RLE）的博士後研究員。其他團隊成員分別是RLE研究工程師Ian Butterworth、前MIT博士後研究員Alvaro Sanchez-Ferro，及馬德里科技大學的研究生Alberto Pablo Trinidad。

預防感染

此項目作為馬德里-麻省理工 M+Vision聯合項目（目前是MIT linQ的一部分）之一啟動於四年前。這個項目吸引了許多來自世界各地、希望能夠解決醫生與醫院所面臨的問題的博士後研究員們參與，他們參觀了一家馬德里醫院的腫瘤科，發現患者們過低的白細胞水平經常使他們可能遭受致命感染。

大多化療患者每21天接受一次化療。每次化療後，他們的白血胞水平急劇降低，之後逐漸增多。然而，醫生們大多數情況下僅在每次化療前為患者驗血，以至於他們無法得知在化療後患者的白細胞水平是否降至危險值。

「在美國，六分之一的化療患者因白細胞過低而感染入院，」 Castro-Gonzalez說。這些感染造成患者長期住院、花費更多醫療費用，並有7%的感染病例因此死亡。同時，因白細胞過低，患者可能無法按時接受下一次化療，使癌症治療推遲。

圖丨團隊成員Aurélien Bourquard正在觀察白細胞流經甲襞處毛細血管

研究團隊估計，如果有一種能夠檢測白細胞計數的方法，患者們將能夠及時應用預防性抗生素及促白細胞生長葯，每年全美國11萬例發生在化療患者中的感染將有一半能夠被避免。

該設備中，寬視野顯微鏡能夠發射可穿過皮下50至150微米的藍光，經反射被攝像機捕捉。研究者們決定對指甲底部（即甲襞，覆蓋在指甲根部的皮膚皺褶）處進行成像，是由於此處毛細血管距皮膚表面非常近。這些毛細血管非常細，同時間只能有一個白細胞擠過血管，便於觀察。

這項技術無法提供準確的白細胞計數，但能夠顯示出患者的白細胞水平高於還是低於危險閾值——即每微升血液中500個中性粒細胞（白細胞中最常見的細胞類型）。

閾值檢測

根據研究論文，研究者們在11名來自麻省總醫院及拉巴斯大學醫院的患者的化療期間不同時間點測試了該設備，證明了在判斷患者白細胞水平高於或低於閾值時有95%的準確度。

為了獲得足夠判斷的數據，每位患者需採集一分鐘影像。隨後由三名不知情的助手觀看影像並記錄何時有白細胞經過。然而，在提交論文後，研究者們已開發出了可自動計數電腦演算法。

「根據人工鑒定後得到的特徵集，我們開發出了一種人工智慧機器視覺演算法，初步結果表明，其與人工計數結果的準確性一致。」

研究團隊已為此技術申請專利，並且創建了名為Leuko的公司，致力於實現項目成果商業化。

研究人員也正在搭建一個新的自動化原型。「使測量過程自動化是製造一個便攜家用設備的關鍵，」 Butterworth說，「成像過程需要病人手指放置在正確位置，並且設備的操作過程必須直接明確。」

研究人員們計劃在更多的癌症患者身上測試這個原型設備。同時，他們還在研究能否利用時長更短的視頻得到同樣準確的結果。

Castro-Gonzalez稱，他們也在計劃著改進這項技術，希望能夠得到更精確的白細胞計數，使其能夠用來監測接受骨髓移植或某些傳染病的患者，也可以用來決定化療患者是否能夠在最後一次化療的21天後接受下一次化療。

「腫瘤學家必須做出權衡，」 Sanchez-Ferro說，「通常，醫生希望能在不造成過度免疫抑制的情況下，盡量密集地對患者進行化療。現行的21天周期是基於大多數患者能夠接受化療頻率的統計數據，但如果你的身體提前做好了準備，他們就能夠更早的進行下一次化療，從而獲得更好的治療效果和更高的生存率。」

這項研究由美國國家衛生研究所（NIH）癌症治療未來技術中心、MIT Deshpande中心、波士頓大學Wallace H. Coulter基金會、馬德里-MIT M+Vision項目、歐盟 FP7-PEOPLE-2011-COFUND項目、Ramón Areces基金、MIT本科生研究項目及MIT沙盒創新基金資助。

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