拉曼技术用于肾结石快速成分分析

肾结石快速自动成分分析

　　肾结石大小通常不会超过一粒米，但是也有一些可以生长到直径几厘米大小。有时，肾结石会阻塞输尿管，引起腹绞痛。如果不能溶解，肾结石是用体外冲击波疗法或微创内窥镜方法来处理的。

　　许多患者遭受了疾病复发重复治疗的痛苦。科学研究表明，患者如果能够进行个体化跟踪护理和适当保护，新结石的形成率会降低50%。关于饮食习惯的建议或特定药物的使用策略是基于对结石组成了解的基础上给出的。在与工业伙伴合作以及弗莱堡大学医学中心Uro技术的分工中，Fraunhofer物理测量技术研究所（IPM）的研究人员正在开发一种新的基于拉曼光谱的肾结石快速、自动分析诊断系统，该系统可以显著改善结石治疗后患者的跟踪护理。这个项目的研究人员从事泌尿专业现代方法治疗肾结石病的工作。

　　新的诊断系统使术后肾结石分析成为可能。在图片中，拉曼光谱系统正在自动分析肾结石。

　　传统的肾结石分析技术如红外光谱是昂贵和耗时的，包括结石样品的制备也是如此。分析工作也只能在专门的实验室设施中进行，并且因为只有几个中心能提供这样的分析工作，可能需要三个星期才能收到分析结果。“病人在大多数情况下已经出院，就不会再看医生了。我们建议结石患者喝大量的水，增加身体活动，必要时减肥。但这只是一个一般性的建议。从临床的角度来看，我们需要个性化的方法，这些方法必须包括石头成分分析结果。这使我们能够评估个体疾病复发风险和检测潜在的代谢异常，” Fraunhofer IPM的医生兼研究人员，该工作的领导者Arkadiusz Miernik博士说。

　　拉曼光谱使Miernik和他的团队能够迅速掌握结石特点，并最终确定具体的肾结石类型。该方法使用被分析样品在可见光波长范围内的化学指纹特征光谱，样品是用激光照射的。“约1%的光子被以不同的、与样品高度特异的波长反射回来。我们在数据库中记录这些信号。” Miernik说。然后，研究人员用计算机软件过滤出拉曼光谱使用计算机软件过程中产生的荧光背景。

　　这种方法使用相对廉价的光学元件，它也可以分析潮湿、没有经过处理的样品。准备样品的时间大大减少。“之前在进行分析前必须把石头进行干燥和粉碎。我们的系统可以省掉这一步。在手术过程中收集的结石碎片，不需要进一步处理。可以直接放进拉曼光谱仪中进行分析。” Miernik说。目前，有几个专业实验室使用大型分析设备可以进行这一过程。适合在临床上使用的紧凑设备，允许立即、后介入的自动化分析技术尚未出现。

　　研究人员已经开发出包括石头分析所需的硬件和软件的演示系统，并作为原型机生产出来。在进入市场之前，这台样机首先应该做的更紧凑。该系统的一个独特的特点是它的光谱数据库：建立了一个组成99%肾结石的9种纯物质的数据信息索引。研究人员在第一验证阶段中，对近160个肾结石样本进行了初步的研究。此外，在参比实验室进行传统的基于红外的分析之后，结果得到了确认。“一旦完整的系统投入临床使用，医生在手术后可以直接检查结石样品从而提高患者护理质量，” Miernik说。