心脏的电学特性,终将造福于人

2014-3-13 10:54 来源: 麻省科技评论
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       31岁的克里斯蒂娜·弗莱明(Christine Fleming)正尝试为心脏病主治医生们开发一件新武器,那就是在临床手术时为医生实时提供高像素心脏成像图。这项技术也有望帮助内科医生在不对心脏进行侵入式活组织检查的情况下,准确的找出心脏内部不规律跳动的源头。另外,它也可以用作手术过程中的一项监测装置。

  她的发明中用到了光学相干断层成像术(OCT),这是一项为生物组织提供3D成像的技术。将一支末端附有微小镜片的导管插入动脉并在导管内通上激光,当激光击中心脏组织并反射时,它就会被捕捉,分析,并最终成像。OCT的分辨率比超声波更高,而且成像速度也优于磁共振成像(MRI)。但是目前为止OCT在临床心脏手术上的应用仍十分有限,它通常只是被用来寻找动脉斑块。作为去年刚加入哥伦比亚大学的电气工程师,弗莱明设计出了一种全新的可以用于呈现心脏处肌肉组织的导管。

  该项技术的最主要的应用之一,就是找出心脏不规律跳动的源头,并为治疗提供监测。这种心脏的不规律跳动一般是由心脏的正常组织遭到破坏而造成的。对于面临着心脏骤停危险的心律失常患者来说,治疗的方式一般是使用射频射线直接灼烧病变组织。该手术目前在临床上仍依赖于医生对于心肌上病变位置的主观判断。“因为内科医师没法直观的看见心脏壁,因此射线有时候并不能准确的打在心肌上。”弗莱明说道。她还补充到,该类手术一般会持续数个小时之久。在她展示的一次在动物身上进行的心脏部分切除手术里,她创新地将一组前向镜头安装在导管上,并利用它实现了手术的实时监测。该项技术中运用的算法可以对未经处理和处理过的组织进行辨识,并为手术的进行提供精准的导向。

  同时,弗莱明也在开发一套算法来改进现有的心律不齐探测手段,该算法中包括精确的测量3D心肌组织。在理想的情况下,心肌组织需要经过特殊的化学处理,使设备能够更加清晰地成像。弗莱明和她在哥伦比亚大学的团队正致力于改进算法以求摆脱这种化学处理。现如今,侵入式活组织检查仍是主流的未知心律不齐诊断手法以及心脏移植后的监测手段。她希望今后她的这些技术可以为内科医生另辟蹊径。

  对于弗莱明来说,来到哥伦比亚大学就好像是回家一般。早在纽约市上高中时,她就在NASA的Goddard部门实习过太空研究,而这个部门距离她现在的实验室仅一街之隔。在随后的日子里,她越来越希望将工程知识运用在医学领域。当她在麻省理工学院攻读读电气工程与电脑科学本科学位时,她产生了研究心脏的电学特性这一想法。她说道,与内科医生们一起工作尤其令她兴奋,因为“你会意识到,将来有一天你所研发的技术将造福于人。”