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株洲西门子总代理商
产品时间:2020-11-23
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来自西门子的革命性分析技术很快就可改善哮喘患者的生活质量,实现对致命疾病的及早诊断并且使手术更为安全。西门子的目标是打造一种能诊断癌症、过敏和感染的通用型设备。

Maximilian Fleischer教授最近频繁拜访医生有一个特殊的原因。作为位于慕尼黑的西门子中央研究院的研究人员,Fleischer仔细观察医生们的工作,向他们询问疾病诊疗方法——尤其是他们所采用的分析设备。“比如说,迄今为止依然没有可靠的方式来对肺癌进行早期检测。等到症状出现,通常为时已晚。一般情况下,肺癌患者在确诊后只能存活两年时间。” Fleischer说道。然而,肺癌如果能在早期检测出来,在很大程度上是可以治愈的。

肺结核的情况与之类似,作为一种危险的肺部疾病,如果诊断过晚将会带来严重的后果。“对自身疾病不知情的患者具有长期传染性,这使周围人员暴露于这种高传染性疾病的风险之下。” Fleischer解释道。世界卫生组织(WHO)在一份的报告中预测,每天有3800人死于肺结核——大多数是在发展中国家。

尽管新发病人数正在减少,但是随着越来越多的致病菌株对普通抗生素具有更强的抗药性,该病的暴发性特征却更趋明显。因此,许多医生希望能针对这种威胁生命的疾病找到及早诊断的简单、可靠方法,比如呼出气体测试。这就是Fleischer团队致力于研究呼出气体分析设备的原因所在。

“中国医生早在两千年前就知道通过人口中气味的变化来判定疾病。” Fleischer解释道。西方医学在这个领域落在了后面。然而,自从权威医学杂志《柳叶刀》刊登了一篇狗能嗅出主人患有皮肤癌的报道后,事情发生了变化。

实际上,全球正在加紧研究能通过其判定具体疾病的人体呼出气体。在大多数情况下,人们是对由许多高度复杂的分子组成的“鸡尾酒”进行分析检测的,这些分子在健康人的呼出气体中也可以发现,只是比例不同而已。

如今,大多数研究小组正在利用由8到10只探测器组成的阵列对这些可疑混合物质进行检测。“但是这种做法的效果不佳,”Fleischer表示。

有些疾病会在患者的呼出气体中留下独特的分子印迹。研究人员相信四极质谱仪将使快速诊断成为可能。

为此,西门子研究人员采用了化学实验室的经典分析方法——四极质谱仪。当呼吸样气进入这种仪器,首先会遭受电离粒子的轰击。这使得样气中的物质带有电荷。

带电荷粒子然后通过电场,最终猛烈撞击探测器。由于它们的质量不*,它们在电场的偏转程度也不同。其结果是它们会撞向探测器的不同位置,生成具有特点的冲击图谱——好比指示疾病的指纹。

针对癌症和肺结核患者的呼吸样气进行的首批测试结果非常乐观。“但是为了确保这种方法真的奏效,我们还需要针对数百患者的呼吸样气进行测试。”Fleischer表示。这种具有特点的气体“鸡尾酒”浓度可能会受到患者性别、年龄、种族、饮食习惯等的影响。

传感器可感测多种分子,包括丙酮。

研究人员还想知道这种诊断方法是否对吸烟者有效。一旦这种新方法的初步效果得以确认,事情的进展就会很顺利。这是因为在Fleischer看来,将质谱仪的尺寸缩小到行李箱般大小并针对医疗用途完善软件仅仅是一项常规工程工作。与此同时,科学家们想更进一步,看看这种新方法是否可用于诊断其他疾病。他们的目标是打造一种适用于多种诊断用途的通用型设备。这种设备不仅应识别不同的癌症,还应探测出过敏和感染。

Maximilian Fleischer教授正在研究适用于呼出气体诊断的新材料。装有呼出气体样本的试管为进一步检查提供了基础。

能预测哮喘发作的测试。即将上市的一款适用于哮喘患者的设备算是Fleischer研究的呼出气体分析仪器的先驱。它可探测出哮喘是否即将发作。此外,CD盒一般的尺寸让哮喘患者可以轻松地把它随身携带。

“基本上,为了了解哮喘患者的状况,只需要确定患者呼出气体中一种易探测出来的分子的比例。”Fleischer解释道。这种物质是一氧化氮(NO),在哮喘发作之前数小时它可升高到正常水平的5倍。因此,这种气体可清晰揭示呼吸道的炎症情况。

Fleischer的全新探测设备装备有硬币大小的传感器,传感器中含有酞菁蓝颜料。这种还可用于染蛋的颜料与NO分子高选择性地结合,因此改变了NO分子的电特性。“这是我们可以轻易测量出来的东西,”Fleischer说道。这是因为酞菁蓝颜料与装备有场效应晶体管(FET)的微芯片接触。当芯片上没有NO分子聚集时,FET会测到高电压,并将信号发送至电子评估系统。

该系统具有非常高的灵敏度。正常情况下,人体呼出气体中每10亿分子中最多包含30个NO分子(30ppb),这种比例的形象说法就像一块方糖融入一个大游泳池中。但是如果这个浓度上升到100ppb,传感器就会探测到变化。目前尚处在原型阶段的传感系统对酒精、丙酮或口臭不起反应。利用这种设备,哮喘患者可更好地预防哮喘发作,可以预防性地吸入大剂量支气管扩张剂和抗炎药物。

西门子研究人员正在开发多种高灵敏度的呼出气体分析测试方法。

另一种具有类似工作原理的传感器可用于跑步或健身用途。这种设备不仅可显示身体消耗碳水化合物、葡萄糖的情况,还可显示燃烧脂肪的情况——比例是40:60。健身爱好者只需要对着手机大小的设备呼一口气,就可检测出呼出气体中的丙酮浓度。

大多数人可能知道丙酮是一种溶剂,但它还是代谢副产物。“锻炼时,呼出样气中的丙酮浓度达到约1 ppm(百万分之一)是理想的减重状态。”Fleischer说道。生产这样的传感器不是问题。实际上,研究人员已经注意到一家合作公司将批量生产这种小型设备。

利用光进行组织分析。Fleischer团队关注的另外一个焦点是助力困难手术的测量技术。“譬如,在脑肿瘤手术过程中,这种功能将使医生更容易区分健康和患病组织。”Fleischer指出。

利用常规的手术显微镜,很难进行这种区分,而这可能会产生严重的后果。如果医生不能清除干净患病组织,肿瘤还会再长出来。如果组织清除过多,正常功能又会遭到破坏。Fleischer认为,更好地了解组织结构对于其他手术同样重要,比如危及声带的喉部手术或存在失禁风险的前列腺手术。

西门子测量技术中心开发的用于食品质量控制的设备可能会帮助提高手术准确度。这种设备可确定肉的新鲜度或是哪种动物的肉。但是它还可用在手术室中。圆珠笔大小的探头中含有光纤组件,将近红外光照向感兴趣点。近红外光穿透最上面的数毫米组织,与X光不同的是这种光完全对身体无害。

近红外光可提供组织结构信息,并发送回探头,然后传输至红外分光仪。“哪个波长的光线被吸收,哪个波长的光线被反射,部分是由细胞壁的分子结构决定的。”Fleischer解释道。“由于肿瘤细胞生长迅速,它们的细胞壁较之健康细胞不够均匀——这种特性利用我们的方法可以进行显示。”当来自传感器的光达到肿瘤边缘,可以亚毫米精度定位肿瘤交界区。

这种光传感器已经通过了酸性试验。在这种设备的帮助下,医生现在能够区分喉癌患者的健康组织和患病组织。此外,实验室进行的白鼠试验表明这种设备可以很好地确定脑瘤的边界。然而,这种新方法还不能在脑瘤患者身上进行测试,因为进行这种操作的实验设备目前还不能进行彻底消毒。“必须在高压和高温下进行清洁消毒,但是光学连接部件无法承受高温高压。”Fleischer说。

光传感器把近红外线导向检查点。

如果未来的测试成功,科学家们打算研制一款能迅速消毒的设备。然后,就可以开始临床试验。如果一切按计划进行,这种全新“手术室助手”的*批原型设备将在几年内问世。

 

 

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