体外膜氧合器中血栓形成可视化与量化方法的发展
体外膜肺氧合（Extracorporeal Membrane Oxygenation, ECMO）是一种用于心脏和呼吸衰竭患者的生命支持技术。尽管ECMO在临床中具有重要作用，但其使用也伴随着显著的医疗设备相关血栓形成风险。血栓形成不仅会阻碍氧合器的血流，还会降低气体交换效率，甚至导致患者出现肺栓塞和缺血性中风等严重并发症。目前，临床实践中主要通过系统性抗凝剂（如肝素）来降低血栓风险，但抗凝治疗本身也伴随着出血和肝素诱导的血小板减少症等风险。因此，研究如何减少ECMO氧合器中的血栓形成，并开发更有效的抗血栓策略，具有重要的临床意义。
在此背景下，Jenny S. H. Wang及其团队开展了一项研究，旨在开发一种可视化和定量分析ECMO氧合器中血栓形成的方法。通过这种方法，研究人员可以更深入地理解血栓在氧合器中的分布模式，并为评估新型生物材料或药物抗血栓策略提供科学依据。
论文来源
该研究由来自Oregon Health & Science University、Johns Hopkins University等多个机构的学者共同完成，研究团队包括Jenny S. H. Wang、Amelia A. Rodolf、Caleb H. Moon等多名研究人员。论文于2025年发表在Cellular and Molecular Bioengineering期刊上，题为《Development of a Method for Visualizing and Quantifying Thrombus Formation in Extracorporeal Membrane Oxygenators》。
研究流程
1. 患者招募与氧合器收集
研究首先招募了18岁及以上接受ECMO治疗的患者，收集了他们的使用过的氧合器。研究排除了预计ECMO使用时间少于24小时的患者，以及患有血友病或先天性凝血因子XII缺乏症的患者。最终，研究纳入了17名患者的18个氧合器（13个方形氧合器和5个圆形氧合器）。氧合器在从患者体内取出后，立即用生理盐水冲洗，以防止血栓在氧合器中进一步形成。
2. 氧合器处理与固定
收集的氧合器被固定在4%多聚甲醛溶液中，以保持其结构完整性。随后，研究人员使用不锈钢带锯切割氧合器的外壳，并移除内部的金属弹簧等组件，以防止在后续成像过程中产生伪影。对于圆形氧合器，研究人员将其沿垂直轴切割成两半，以适应显微CT（microCT）系统的成像需求。
3. 显微CT成像与图像重建
氧合器在成像前被浸泡在卢戈氏溶液（Lugol solution）中，以增强血栓的对比度。研究人员使用Siemens Inveon microCT系统对氧合器进行成像，获得了1024张图像的三维堆栈。图像的分辨率为98.731微米，成像参数为80 kV电压和114 µA电流。
4. 血栓定量分析
使用Dragonfly软件对microCT图像进行重建和分割。研究人员通过密度映射（density mapping）量化了氧合器中不同区域的血栓体积。对于方形氧合器，研究人员将其分为五个结构不同的层，并在每层中随机选择三个切片进行血栓面积的计算。对于圆形氧合器，由于其结构均匀，研究人员仅进行了三维量化分析。
5. 扫描电子显微镜（SEM）与组织学染色
为了进一步分析血栓的组成，研究人员从氧合器中提取了血栓样本，并使用SEM和H&E染色进行观察。SEM图像显示了血栓中的红细胞、血小板和纤维蛋白的分布情况，而H&E染色则用于定性分析血栓的组成。
主要结果
1. 血栓的空间分布
研究结果显示，方形氧合器的第二层（血液流动方向的第二层）血栓面积最大，表明该区域更易形成血栓。圆形氧合器中，血栓主要集中在血液流入的区域，并随着离心力向外部扩散。
2. 血栓的三维量化
通过三维密度映射，研究人员计算了氧合器中血栓的体积百分比。结果显示，随着ECMO使用时间的延长，氧合器中的血栓体积显著增加。未使用的氧合器中未检测到血栓。
3. 血栓的组成分析
SEM和H&E染色结果显示，方形氧合器的第一层血栓主要由红细胞组成，而第二层则富含纤维蛋白。圆形氧合器中的血栓则显示出红细胞和纤维蛋白的紧密混合。
研究结论
该研究成功开发了一种可视化和定量分析ECMO氧合器中血栓形成的方法。通过这种方法，研究人员能够精确量化血栓在氧合器中的分布和体积，为评估新型抗血栓策略提供了重要工具。此外，研究还揭示了氧合器结构对血栓形成的影响，为未来改进氧合器设计提供了科学依据。
研究亮点
- 方法创新：该研究首次将microCT技术应用于ECMO氧合器的血栓分析，提供了一种高分辨率的三维血栓可视化方法。
- 临床意义：通过量化血栓形成，该方法可以帮助临床医生更好地评估ECMO治疗中的血栓风险，并为优化抗凝治疗方案提供依据。
- 科学价值：研究揭示了氧合器结构对血栓形成的影响，为未来开发更安全的ECMO设备提供了重要参考。
其他有价值的信息
该研究还发现，ECMO治疗初期的血栓形成速度较快，且血栓的组成在不同区域存在显著差异。这些发现为进一步研究血栓形成的机制提供了新的方向。
总结
Jenny S. H. Wang及其团队的研究为ECMO氧合器中血栓形成的可视化和定量分析提供了重要工具。该方法不仅具有重要的临床应用价值，还为未来改进ECMO设备设计提供了科学依据。通过进一步研究，该方法有望在减少ECMO相关血栓并发症方面发挥重要作用。