新装置有助于医生观察鼓膜感染

伊利诺斯大学研究人员新发明的医学成像仪器的帮助下,医生们已经能够一瞥鼓膜后的结构以更好地诊断和治疗慢性耳部感染。这个仪器能为初级保健医师们引入一套非侵入性的3-D诊断成像工具。

在5月28日的《全国科学院学报》杂志网络版上,由伊利诺斯大学电子计算机工程的教授Stephen Boppart领导的研究团队发表了他们的研究进展。耳部感染是儿科医生们最常遇到的情况。慢性耳部感染能够损害听力并常常需要通过手术在中耳留置引流管,这些问题可能会一直持续到成年时期。有关研究发现,患有慢性耳部感染的病人通常在鼓膜后方有一层由细菌或其他微生物形成的生物膜,这与未清洁牙齿表面的牙菌斑十分相似。这些所谓的生物膜的发现和检测对于成功地识别和治疗慢性耳部感染是至关重要的。

Boppart解释说:“我们知道在生物膜存在的情况下抗生素常常是不起作用的,因为细菌能通过它保护自身并且变得耐药,在有生物膜存在的慢性耳部感染中,细菌通常不会对常规抗生素作出反应,故必须停止用药。但是如果缺乏探测生物膜的能力,我们就无法得知细菌是否对治疗有反应。”然而,对于中耳生物膜的诊断是相当困难的。通过普通的耳镜,医生只能看到鼓膜的表面,而看不到潜藏在鼓膜后面将要造成感染的带菌的生物膜。侵入性试验能够为生物膜的存在提供证据,但是不容易被患者接受而不能常规应用。

这种新型仪器应用了一项被称为光学相干断层扫描的技术,这是一个由Boppart的团队所设计的非侵入性成像系统。它使用光线来收集高分辨三位组织影像,从鼓膜扫描到其后面的生物膜,这与超声成像十分相似,只是使用的是光线而不是超声。

文章的第一作者、研究生Cac Nguyen说道:“我们向耳道内发射光束,光束通过鼓膜及其后的生物膜散射和反射,我们通过测量反射光并参照基准光进行从而得到深部的结构。”一次扫描是在几分之一秒内完成并成像出鼓膜后面的几个毫米——速度对于处理波动的微量来说是必要的。因此,医生们不仅能够看到生物膜,而且能够知道它的厚度以及其与鼓膜的相对位置。文章中记录了第一例使用耳部光学相干断层扫描仪器探测生物膜的病人。为了测试他们的仪器,研究人员与厄巴纳卡尔慈善医院的临床医生合作,扫描了患有慢性耳部感染的病人和耳部正常的病人。仪器在所有慢性耳部感染的病人中均发现了生物膜的存在,而耳部正常的病人均未发现生物膜存在的迹象。

在基因组生物学研究所生物工程和内科学系及伊利诺斯大学贝克曼先进科技研究所任职的Boppart说道:“我认为这是一项目前能满足医生监测慢性耳部感染并寻找更好治疗方法的技术,我们可以应用不同的抗生素并观察生物膜的反应。”接下来,研究人员计划研究不同耳部疾患的病理学,尤其是比较急性和慢性感染,并将调查生物膜与听力丧失之间的关系。他们希望改进后的诊断法能够带来更好的治疗和转诊。

研究人员希望将他们目前的手持仪器雏形设计得更加袖珍、更易操作和更为廉价。坐落于纽约斯卡尼阿特勒斯瀑布的器材公司Welch Allyn是国立卫生研究院赞助的这个项目的合作伙伴。Boppart的团队和他们的合作伙伴也将为光学相干断层扫描成像广泛应用于初级保健医师所检察的其他部位而努力。耳部成像仪只是团队计划开发的一套基于光学相干断层扫描技术的成像工具中的第一个。Boppart说道:“所有初级保健医师所要检察的部位,我们现在都能用更加先进的成像技术来观察,有了光学相干断层扫描技术,我们能给初级保健诊所带来高分辨3-D的数码影像,并能够实时地、深入地、非侵入性地观察许多的组织结构。”Boppart表示:“随着医学的高科技化,我们旨在为一线的大夫提供最好的用以早期探测疾病的技术。”