作为一种常见的医疗检查手段，血液检测在大量疾病的检测与治疗中都扮演着重要角色。而无论是检测血液中的何种成份，“抽血”几乎都是最基本的“第一步”。

抽血行为看似简单，但除了刺破血管引发的疼痛与不适外，如果操作不当，还可能造成患者血管损伤，增加感染风险以及血液浪费等一系列问题，特别是对于某些因身体原因不适合抽血的病人，此类问题将更加明显和棘手。

那么，有没有一种方式可以做到“验血”不“抽血”呢？近日，天津大学精密仪器与光电子工程学院教授田震团队、副教授李娇团队合作取得的一项科研成果或许能给出答案。

研究中，团队人员开发出一种新型太赫兹光声系统。借助该系统可以实现在不做任何血液采集的前提下，对活体小鼠血液中钠离子水平进行实时测量。相关人体实验也初步验证了其系统走向临床应用的潜力与可行性。

目前，相关研究成果已在国际光学领域顶级刊物《光学》发表。

不“刺”血管，“看”到血液

在人体血液中，钠离子的含量并不算高，其作用却十分重要。

“钠离子是维持人体正常生理功能的关键电解质，其含量异常（过高或过低）均可能通过影响渗透压、细胞功能及器官代谢，引发神经系统、心血管系统、肾脏等多器官的疾病，严重时可危及生命。”李娇告诉《中国科学报》。

然而，由于每个人的体质不同，钠离子在人体内的吸收速率并不相同。

以低血钠症为例，李娇说，该病患者需要通过补钠维持体内的钠平衡，但在同样速率、同样计量之下，有些人的体内钠水平会快速上涨，甚至导致患上神经脱髓鞘等疾病，造成神经系统受损；但同时，有些人的钠水平却上涨很慢，以至延误治疗。

“因此，对人体血液中钠水平的实时监控就显得十分重要了。”李娇说。

对此，传统方式是对病人进行频繁的抽血检测。然而，对于一些肾病患者、危重病人或老年病人来说，这种方式除了费时费力外，也容易引发感染等后续问题，而且这些病人血液中的钠含量本就不足，频繁抽血更会加剧这种不足。

这种情况下，如果可以实现无针刺前提下的实时监测，无疑会对病人的治疗起到重要作用。但什么东西可以在不刺破血管的情况下，“看”到血液的情况？

李娇团队想到的是太赫兹波。

替代方案

据介绍，太赫兹波是一种位于微波与中红外波段之间的电磁波，其具有低能量、组织无害性、弱散射性等优势，并能敏感捕捉生物结构功能变化，是一种理想的生物医学检测工具。

不过，太赫兹波监测也有自己问题——它太容易被水吸收了，而血液的主要成份恰恰就是水。这使得太赫兹波即便穿透皮肤和血管进入血液，大部分能量也会被血液中的水分子所吸收，能与钠离子作用并反射回接受装置的能量过低，很难起到检测作用。

这几乎是一个无法解决的问题。也正因如此，相关的监测并没有在医疗实践中大规模应用。对此，科研团队一时间也没有想到好的解决办法。

不过在摸索中，他们想到了一个“替代办法”。

“既然无法解决太赫兹信号被水吸收的问题，那我们是不是可以不再接受太赫兹信号，而接受别的信号呢？”田震说。

他口中的“别的信号”就是超声信号。

田震告诉《中国科学报》，目前的科技手段很难阻止水分子对太赫兹信号的吸收和干扰，却可以做到让水分子在这一过程中不发出超声波信号，从而使太赫兹波在作用于钠离子时，后者发出的超声信号变得更加清晰。

“这就如同用探照灯照大海上的一艘小船，小船固然可以反射灯光的，但大海能反射的灯光要更强烈，导致人们看不到小船。”田震说，但如果将大海用黑布屏蔽掉，即便小船反射的灯光再小，也能被看到。

更重要的是，相较于接收太赫兹信号的设备，人类对超声探测仪的研发历史要长得多，目前相关设备的灵敏度也要高得多，足以接收到血液中钠离子发出的微弱超声波信号。

“通过引入光声技术，我们首次实现了太赫兹波在体离子检测中的应用，这是临床转化的重要突破。”田震说。

需求决定供给

虽然涉及很多“高科技”，但李娇依然觉得他们所研发的太赫兹光声系统是一项很“接地气”的项目，正如她所说，“科学研究最终是要转化为现实的，而这项研究最终转化成的‘现实’，可能与我们每个人的健康都息息相关”。

这项研究还需要多久才能应用到普通百姓身上？

李娇表示，目前相关样机距离临床试用并没有太远的距离，但如果要做大真正意义上的大规模应用，还需要上游技术的支撑。

“目前阻碍这项技术大规模应用的最大障碍，在于太赫兹源技术的突破。说得再直白些，现有能够发射太赫兹射线的设备存在造价过高、发射强度不够等问题。如果这些问题能够解决，‘无针诊断’的普及化将被极大加速。”她说。

在这方面，李娇是很是乐观的。

“需求决定供给。之前太赫兹源技术之所以发展不够快，一个很重要的原因是尚未找到足够巨大的应用场景，一旦产生足够的需求，甚至形成一定的市场空间，相关技术的突破是很值得期待的。”她说。

这种“市场”的形成并非遥不可及。

据田震介绍，人体血液中含有种类多样的元素离子，比如钠离子、钾离子等，此外还包括各种糖类、胰岛素，甚至一些大的白蛋白。这些物质都在太赫兹波段上有非常丰富的吸收谱。这意味着只要有足够的技术支撑，对这些物质的检测都可以实现“无针化”。

“要知道，相较于钠离子异常所引发的疾病，与血液钾离子、各种糖类有关的疾病，其涉及人群的规模和数量要大得多，这就意味着相关技术还有着非常广阔的探索以及应用空间。”田震说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1364/OPTICA.559182