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计算机断层扫描技术实现体内单个毫米级胶粘剂血管栓子的超灵敏检测

2026-03-06     来源:本站     点击次数:117

外科手术胶粘剂(如BioGlue)在临床中广泛应用,用于止血、加固缝合线和修复脆弱组织,显著提升了手术的安全性与有效性。然而,胶粘剂在术中和术后可能发生泄漏或脱落,形成血管栓塞,这是一种可能危及生命的严重并发症。目前临床上缺乏能够无创、精准检测这些微小胶粘剂栓子的方法。本研究首次提出了一种超灵敏的计算机断层扫描(CT)可视化策略,通过将具有优异X射线吸收性能的氯氧化铋(BiOCl)简单地掺入外科胶粘剂中,实现了对体内单个毫米级胶粘剂血管栓子的超灵敏检测。

本研究成果由Ruihan Liu, Shuo Li, Xingyu Gao, Quan Zou, Gang Shu, Cai Zhang, Jinbin Pan, Xiaoyuan Chen & Shao-Kai Sun共同完成。相关论文以“Hypersensitive detection of single millimeter vascular emboli from adhesive in vivo”为题,于2026年在线发表在学术期刊《Nature Communications》上。

重要发现
01Bi-BioGlue的创制与特性优化
研究者选择了原子序数高、X射线衰减能力强的铋(Bi)元素作为成像探针的基础。在对比了多种铋基探针(如水溶性的Bi-DTPA小分子、絮状沉淀BiOCl、以及疏水的Bi2S3和Bi2O3粉末)后,发现BiOCl能在BioGlue中实现均匀分散,并且在水中浸泡24小时后CT信号保持稳定,兼具了标记的均匀性和持久性,是最佳选择。通过将BiOCl与牛血清白蛋白(BSA)溶液混合,再加入戊二醛(GA)交联,即可简易制备出Bi-BioGlue。优化后的最佳铋掺杂浓度为105 mM,此时胶体CT值高达约659 HU,与正常软组织(40-80 HU)形成鲜明对比。该策略具有良好通用性,同样适用于明胶和海藻酸钠等其他类型胶粘剂。

02卓越的体内外成像与止血性能
体外拉伸测试表明,Bi-BioGlue与原始BioGlue的粘附强度相当。在大鼠肝脏穿刺出血模型中,Bi-BioGlue能在30秒内实现止血,将失血量减少78.4%,展现了优异的止血能力。更重要的是,通过CT成像,研究人员能够连续42天动态监测注入大鼠下腔静脉的Bi-BioGlue的位置、形态和降解过程,直至其CT信号恢复至软组织水平。这证明了Bi-BioGlue具有长时间的成像窗口,适用于术后长期监测。

03对毫米级栓子的超灵敏检测能力
研究的关键突破在于对脱落栓子的检测。体外实验表明,即使被不同厚度的组织(1.0-5.0 cm)覆盖,尺寸小至1.0毫米的Bi-BioGlue立方体栓子仍能因高CT值(约300 HU)而被识别。在构建的大鼠肺栓塞模型中,研究人员成功通过CT成像在体内检测到来自Bi-BioGlue、尺寸仅为1.2毫米的单个栓子,并将其确定为体内可检测的最小栓子尺寸。

04利用谱CT成像实现精准鉴别
传统CT成像中,胶粘剂栓子易与体内常见的钙化结节混淆。本研究充分利用了谱CT成像技术的优势。由于铋的K-edge能量(91 keV)远高于碘(33.2 keV)和钙,Bi-BioGlue在高单能X射线(如130-190 keV)下仍能保持较高的CT信号,而碘对比剂和模拟钙化结节(Ca3(PO4)2掺杂的BioGlue)的信号则急剧衰减。在同时存在Bi-BioGlue栓子和模拟钙化结节的大鼠模型中,谱CT能在高能单色X射线图像上清晰区分两者,准确识别出胶粘剂来源的栓塞,避免了误诊。

创新与亮点
本研究的创新与亮点集中体现在解决临床棘手难题的新技术路径及其在生物医学影像领域的重大价值。研究突破了“手术胶粘剂所致微小栓塞难以早期精准检测”的临床成像难题。提出的BiOCl掺杂策略,首次将手术胶粘剂本身转化为高对比度的CT成像剂,使得胶粘剂及其脱落形成的微小碎片(小至1.2毫米)能在常规CT扫描下被直接、无创、高灵敏地可视化。

“功能化修饰-谱CT鉴别”一体化新成像技术不是简单地开发一种新造影剂,而是通过对现有临床广泛使用的材料(BioGlue)进行极简的功能化修饰(掺杂BiOCl),赋予其新的成像功能属性。更重要的是,它深度融合了前沿的谱CT成像技术,利用铋元素特有的高K-edge能量特性,实现了在复杂背景(如钙化)下对胶粘剂栓子的特异性鉴别。这种“材料改造”与“先进成像模式”联用的策略,为解决类似生物材料体内追踪与并发症监测问题提供了全新的技术范式。

总结与展望
本研究通过将BiOCl掺入外科手术胶粘剂,成功开发了一种具有CT可视化功能的Bi-BioGlue。该材料不仅保留了原始胶粘剂的粘附和止血性能,更能实现长达42天的体内降解过程监控,并首次实现了对体内单个毫米级胶粘剂栓子的无创、超灵敏检测。结合谱CT成像技术,还能有效区分栓子与易混淆的钙化组织。这项工作为早期精准检测手术胶粘剂相关栓塞并发症提供了一个实用、强大的解决方案,显著增强了外科胶粘剂的生物安全性。

展望未来,该技术仍需在大型动物(如猪)模型中进行更贴近临床实际手术操作的验证,以评估胶粘剂在真实使用中自然形成栓子的检测效能。同时,需要开展长期的生物安全性研究以支持其临床转化。此外,与更先进的光子计数CT技术结合,可能进一步拓展该方法在元素特异性识别和检测方面的能力。总体而言,这项研究为提升外科手术材料的安全性监测水平开辟了富有前景的新路径。

论文信息
声明:本文仅用作学术目的。
Liu R, Li S, Gao X, Zou Q, Shu G, Zhang C, Pan J, Chen X, Sun SK. Hypersensitive detection of single millimeter vascular emboli from adhesive in vivo. Nat Commun. 2026 Feb 10;17(1):1823.

DOI:10.1038/s41467-026-68534-w.

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