拉曼技術用于腎結石快速成分分析

腎結石快速自動成分分析

　　腎結石大小通常不會超過一粒米，但是也有一些可以生長到直徑幾厘米大小。有時，腎結石會阻塞輸尿管，引起腹絞痛。如果不能溶解，腎結石是用體外沖擊波療法或微創內窺鏡方法來處理的。

　　許多患者遭受了疾病復發重復治療的痛苦。科學研究表明，患者如果能夠進行個體化跟蹤護理和適當保護，新結石的形成率會降低50%。關于飲食習慣的建議或特定藥物的使用策略是基于對結石組成了解的基礎上給出的。在與工業伙伴合作以及弗萊堡大學醫學中心Uro技術的分工中，Fraunhofer物理測量技術研究所（IPM）的研究人員正在開發一種新的基于拉曼光譜的腎結石快速、自動分析診斷系統，該系統可以顯著改善結石治療后患者的跟蹤護理。這個項目的研究人員從事泌尿專業現代方法治療腎結石病的工作。

　　新的診斷系統使術后腎結石分析成為可能。在圖片中，拉曼光譜系統正在自動分析腎結石。

　　傳統的腎結石分析技術如紅外光譜是昂貴和耗時的，包括結石樣品的制備也是如此。分析工作也只能在專門的實驗室設施中進行，并且因為只有幾個中心能提供這樣的分析工作，可能需要三個星期才能收到分析結果。“病人在大多數情況下已經出院，就不會再看醫生了。我們建議結石患者喝大量的水，增加身體活動，必要時減肥。但這只是一個一般性的建議。從臨床的角度來看，我們需要個性化的方法，這些方法必須包括石頭成分分析結果。這使我們能夠評估個體疾病復發風險和檢測潛在的代謝異常，” Fraunhofer IPM的醫生兼研究人員，該工作的領導者Arkadiusz Miernik博士說。

　　拉曼光譜使Miernik和他的團隊能夠迅速掌握結石特點，并最終確定具體的腎結石類型。該方法使用被分析樣品在可見光波長范圍內的化學指紋特征光譜，樣品是用激光照射的。“約1%的光子被以不同的、與樣品高度特異的波長反射回來。我們在數據庫中記錄這些信號。” Miernik說。然后，研究人員用計算機軟件過濾出拉曼光譜使用計算機軟件過程中產生的熒光背景。

　　這種方法使用相對廉價的光學元件，它也可以分析潮濕、沒有經過處理的樣品。準備樣品的時間大大減少。“之前在進行分析前必須把石頭進行干燥和粉碎。我們的系統可以省掉這一步。在手術過程中收集的結石碎片，不需要進一步處理。可以直接放進拉曼光譜儀中進行分析。” Miernik說。目前，有幾個專業實驗室使用大型分析設備可以進行這一過程。適合在臨床上使用的緊湊設備，允許立即、后介入的自動化分析技術尚未出現。

　　研究人員已經開發出包括石頭分析所需的硬件和軟件的演示系統，并作為原型機生產出來。在進入市場之前，這臺樣機首先應該做的更緊湊。該系統的一個獨特的特點是它的光譜數據庫：建立了一個組成99%腎結石的9種純物質的數據信息索引。研究人員在第一驗證階段中，對近160個腎結石樣本進行了初步的研究。此外，在參比實驗室進行傳統的基于紅外的分析之后，結果得到了確認。“一旦完整的系統投入臨床使用，醫生在手術后可以直接檢查結石樣品從而提高患者護理質量，” Miernik說。