對于需要透析治療的腎衰竭患者來說，以適當的速度在合理時間內排出體液至關重要。通常患者體內需要排出的體液量只能靠醫務人員猜測判斷，同時還需要在透析過程中謹慎觀察患者的血壓以防急劇下降。

目前，在美國約有50萬腎衰竭患者，但尚未有簡單可靠的方法來測量這些患者的水合狀態。麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology，簡稱MIT）和麻省總醫院（Massachusetts General Hospital，簡稱MGH）的研究人員開發出一種新型便攜式傳感器，利用核磁共振（NMR）弛豫測量技術準確測量患者的水合狀態。

MIT材料科學與工程學院大衛·科赫（David H. Koch）工程教授Michael Cima表示，該傳感器設備不僅適用于需要透析治療的患者，還適用于充血性心力衰竭患者，以及有脫水危險的運動員和老年人。

Cima是該項研究的資深作者，也是MIT科赫綜合癌癥研究所（Koch Institute for Integrative Cancer Research）的研究員，他說：“對于多數不同的病患群體，醫務人員都需要知道他們的水合狀態。這項研究讓我們可以直接測量每個患者與正常水合狀態的接近程度。”

這款便攜式設備基于與磁共振成像（MRI）相同的技術，但因其無需成像，故能以低成本的方式在更短時間內獲取測量結果。

Lina Colucci曾是MIT健康科學與技術學院的研究生，是該項研究的主要作者。該論文發表在7月24日出版的《科學轉化醫學》（Science Translational Medicine）雜志上。其他作者包括：MIT研究生Matthew Li、MGH腎臟病學家Kristin Corapi、Andrew Allegretti以及Herbert Lin、 MGH研究員Xavier Vela Parada、MGH醫學主任Dennis Ausiello、哈佛醫學院（Harvard Medical School，簡稱HMS）放射醫學系助理教授Matthew Rosen。

水合狀態

Cima在十年前就意識到迫切需要一種準確、無創的方法來測量患者的水合狀態，并開始研究相關項目。目前，常規的測量方法都是侵入式或依靠醫務人員主觀猜測的，以及其他一些不可靠的測量方法。最常見的是醫生通過患者的身體體征評估其血容量是否超負荷，如按壓皮膚、檢查頸靜脈的大小以及腳踝是否水腫。

MIT的研究小組決定嘗試基于NMR的不同方法。Cima此前成立了一家名為T2 Biosystems的公司，該公司通過分析患者的血液樣本，利用小型NMR設備診斷細菌感染。這使Cima聯想到可以通過這些設備來測量人體的含水量，于是幾年前，研究人員在MIT-MGH戰略合作伙伴的資助下，進行了一項監測水合狀態的小型臨床試驗，他們研究比對了健康受試者與定期透析的晚期腎病患者的相關數據。

透析的主要目的之一是排除體液以使患者達到其“干重”，即人體含水量被優化后的重量。然而，確定患者的干重極具挑戰性。醫務人員目前只能通過身體體征以及在透析過程中的反復試驗來估算患者的干重。

MIT與MGH研究團隊表明，通過測量氫原子的T2弛豫時間，定量NMR可以提供更精確的測量結果。T2信號同時測量氫原子（或水分子）的存在環境與數量。

Colucci表示：“與測量水合狀態的其他方式相比，磁共振的優點在于磁共振信號完全來自氫原子，而人體內大多數的氫原子都存在于水分子中。”

研究人員使用他們的設備測量患者在接受透析前后的體液量。結果表明，該技術僅通過一次測量就能將健康受試者與透析治療患者區分開來。此外，該測量結果能正確顯示透析治療患者在其透析過程中接近正常水合狀態的程度。

此外，基于NMR的測量方法能在傳統的臨床癥狀（如皮下積液）出現之前就監測出患者體內是否存在多余的體液。該傳感器可以讓醫生確定患者何時達到真實干重，在每次透析過程中都能獲得個體化的測量結果。

提供更好的監測

研究人員正計劃對透析治療患者進行附加的臨床試驗。在美國，每年花費在透析上的治療費用超過400億美元，這項技術的應用將有望大幅降低該項治療費用，并同時讓約500萬充血性心力衰竭患者受益。

“充血性心力衰竭患者的水潴留問題非常值得關注，”Cima說道，“我們的傳感器可以直接測量它們與正常水合狀態的接近程度。這一點十分重要，因為早期發現液體積聚已被證實可以降低此類患者住院治療的概率。此前沒有量化體內低水平液體積聚的方法，我們的技術將能讓患者在家中進行監測，以作為護理團隊獲得早期預警的一種途徑。”

MGH腎臟病學家和醫學助理教授Sahir Kalim評價稱MIT的這個監測方法“非常新穎”。

Kalim沒有參與這項研究，他說：“臨床設備的開發能夠準確地告知醫生，在透析過程中，患者在理想情況下應排出多少體液量，這可能成為透析治療領域多年來最重要的發展之一。Colucci及其同事做出的這項充滿前景的創新，有朝一日將極有可能產生這樣的影響力。”

在對健康受試者的試驗中，研究人員還偶然發現他們可以監測到受試者是否脫水。這使得該設備能用于監測老年人是否存在脫水危險，他們的干渴感會隨著年齡的增長而減弱，導致其變得容易脫水。同樣，參加馬拉松或其他耐力賽的運動員也可通過該設備監測其是否有脫水的危險。研究人員正計劃開展這方面的臨床試驗，以測試這項技術監測脫水癥狀的臨床效果。

該研究由MGH-MIT戰略合作伙伴Grand Challenge、美國空軍醫療服務與士兵納米技術研究所（Air Force Medical Services/Institute of Soldier Nanotechnologies）、美國國家科學基金會研究生研究獎學金計劃（National Science Foundation Graduate Research Fellowships Program）、美國國家生物醫學影響與生物工程研究所（National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering）以及由美國國家癌癥研究所（National Cancer Institute，簡稱NCI）和哈佛大學（Harvard University）捐款成立的科赫研究所支持中心【Koch Institute Support（core）】共同資助。