近红外光谱技术在新生儿脑组织氧合监测中的应用进展

近红外光谱技术在新生儿脑组织氧合监

测中的应用进展

2.出生缺陷与相关妇儿疾病教育部重点实验室610041

摘要

目前国外脑组织氧饱和度监测中广泛应用了近红外光谱技术（NIRS）。该手术可持续测量区域组织氧饱和度的同时，还是一项无创技术。但目前国内对近红外光谱技术在新生儿脑组织氧合监测中的应用研究较少，仅在国内部分三甲医院得到了应用。基于此，本文通过对国内外相关研究文献进行综述，首先讨论了NIRS设备监测rSO2的原理；接下来讨论了NIRS设备监测在新生儿脑组织氧合中的应用，其中包括在先天性心脏病患儿以及缺氧缺血性脑病（HIE）患儿中的应用；再接着讨论了NIRS设备监测rSO2的局限性；最后讨论了NIRS监测rSO2的未来发展潜力。期望以此丰富目前国内关于NIRS的理论研究，为该基础进一步的实践推广做出薄弱贡献。

关键词：脑组织氧饱和度；近红外光谱技术；新生儿

前言

机体进行进行代谢提供能量的前提条件就是充分的组织氧合状态。作为重要的生命指标，血气分析和经皮氧饱和度监测仅可单纯的分析血液中的氧分压和肢端的小动脉血氧饱和度，而不能分析出器官组织含氧量[1]。近红外光谱测定技术（NIRS）采用可吸收光线对氧合血红蛋白（HbO2）与还原血红蛋白（Hb）的吸收谱之间存在显著差异进行血液的氧合状态测量，以此评估血流及氧合代谢变化，该方法具有直接性、客观性、无创性及可持续性等特征[2]。研究显示：经NIRS 测量的脑组织氧饱和度（rSO2）比SpO2更能客观评价新生儿脑组织氧合情况。但目前国内对此NIRS的推广较少，仅在一些顶尖的三甲医院中的重症监护室有所

应用。基于此，本文首先讨论了NIRS设备监测rSO2的原理、应用、局限性以及未来发展潜力。通过本文的研究，不但可以进一步为相关理论研究做出贡献的同时，为该技术的进一步实践推广做出贡献。

1NIRS设备监测rSO2的原理

近年来，近红外光谱学作为一种监测脑灌注的方法重新引起了人们的兴趣。虽然这项技术已经使用了40年，但其原理主要应用于外周脉搏血氧测定。近红外光谱(NIRS)也是一种新兴的基于发色团对红外光吸收的无创监测方法。波长为600-1300纳米(nm)的红外线能穿透人体组织几厘米深。在人的大脑中，这种光被发色团氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和氧化细胞色素a3所减弱。并排配置定位近红外光源和光电探测器，以检测通过头皮、头骨和脑组织的抛物线路径衰减和反射的光。并且他们具有不同的吸收特性，通过检测近红外光在组织中的衰减情况得到被检测局部组织中的氧合血红蛋白（HbO2）、还原血红蛋白（rHb）及总血红蛋白（tHb)的含量，进而计算出脑组织氧饱和度（rSO2）。当组织的氧合代谢发生变化时，相应的吸收光谱也会发生变化，经微机处理将吸收光强度的变化转化成rHbO2、rHb、tHb的变化。通过监测上述参数随时间的变化量，即可通过计算得到rSO2变化的值。

2 NIRS设备监测在新生儿脑组织氧合中的应用

2.1在先天性心脏病患儿中的应用

临床上通常用NIRS设备来监测先天性心脏病患儿的预后；其方法是采用NIRS监测脑组织氧合指数（TOI）。患儿仰卧位，自主呼吸，大脑中位，乙醇溶液擦拭前额部消毒去脂，将双探头传感器紧贴于前额两侧眉骨上方1-2 cm，避开脑中线，防止矢状窦和额窦的影响。弹力绷带遮光固定探头，连续监测5 min，取脑组织血氧饱和度（SpO2）平均值。姜静、侯慧艳研究将先天性心脏病患儿分为了法洛四联症（TOF组）以及室间隔缺损（VSD组），通过NIRS监测得到TOI 的值，结果显示TOF患儿的TOI小于50%，虽然临床上未表现脑卒中、痉挛等神经系统的表现，但是根据目前共识，可能已经存在神经功能损伤。AmJSurg的研究表明，用NIRS监测脑氧并不能直接反应VSD患儿的预后，因为VSD属于心内

左向右分流型心脏病，会造成患儿体循环灌注不良，还会波及脑部灌注，从而使TOI降低，不能直接反映此类患儿的预后情况。综上所述，在用NIRS监测脑氧反

映先心患儿的预后中，TOF比VSD患儿更有临床参考意义。近红外光谱（NIRS）

传感器的位置为了监测连续混合静脉饱和度（SctO2），将两个新生儿NIRS传感

器分别放置在新生儿额头两侧，额叶上方。

2.2在HIE患儿中的应用

在临床上NIRS通常用于监测HIE患儿的脑灌注变化。新生儿缺氧缺血性脑

病（HIE）的脑灌注测定可为新生儿缺氧缺血性脑病（HIE）的评估和治疗提供有

价值的信息。虽然动脉自旋标记灌注（ASL）磁共振成像（MRI）提供了无创和直

接测量局部脑血流量（CBF）值，但在后勤上很难获得。所以NIRS是一种新的替

代方法，因为它允许在病室床旁进行无创和连续脑血流动力学和氧合的监测。Hansen的研究方法是使用ASL-MRI和低温期间进行的NIRS来评估这些新生儿的

脑灌注。对每位患者进行1-2次MRI扫描，测量局部脑血流（CBF）值，并与每

次MRI前后NIRS记录的混合静脉饱和度（SctO2）值进行比较。共获得7例新生

儿的12个伴随记录。重度HIE窒息新生儿SctO2与CBF呈显著正相关（r=0.88，

p=0.0085）。

3 NIRS设备监测rSO2的局限性

近红外光谱技术监测脑组织氧饱和度已广泛应用于包括新生儿在内的各阶段

患者。但对于婴儿期、幼儿期、学龄前期、学龄期、青春期用NIRS设备监测

rSO2的研究较少，无明确数据范围。需要更多的研究来建立NIRS监测能力，以

改善患者的预后。近红外光谱（NIRS）被广泛应用于记录人脑组织中激活相关的

血氧变化。然而，随着流量的增加，近红外信号的变化不仅受到血红蛋白和氧血

红蛋白浓度的影响，而且还受到各种大脑成分光散射变化的影响。其中，流动依

赖性红细胞（RBC）聚集是导致这种光散射改变的一个重要原因，这一现象以前

在近红外信号的理论分析中是没有考虑过的。这也是用NIRS设备监测rSO2的第

二大局限性，我们对于近红外光谱的具体干扰因素其实是不了解的。到目前为止，