近紅外光譜技術在神經外科患者腦氧和血流動力學監測中的應用研究進展

前言

腦組織耗氧量巨大，成人腦的重量只占體重的2%，但安靜狀態下其血流量約占心輸出量的15%，耗氧量約占全身耗氧量20%，據相關文獻報道，缺血缺氧在腦損傷致死的人群中的比例高達90%。在臨床工作中，為了實現腦保護，急需能夠實時準確監測腦組織血運和氧合狀況的技術。

近紅外光譜技術(NIRS)是近年來發展迅速的一種檢測技術。它可以測量局部組織氧飽和度（rSO₂），以評估腦組織氧合狀況。本文就其監測的原理以及在神經外科腦氧和血流動力學監測中的研究進展進行綜述。

近紅外光譜技術應用的基本原理

近紅外光譜技術是一種連續實時的光學檢測方法。近紅外光波長在700～1000nm之間，對人體組織（如頭皮、顱骨等）有良好的穿透性而較少被散射。近紅外光在顱內的主要吸收體是氧合血紅蛋白(HbO₂)和還原血紅蛋白(Hb)，二者具有不同的吸收譜，因此我們可以用光學方法將二者加以區分。

當近紅外光入射進人體組織后，組織中的兩種血紅蛋白便會對其產生吸收作用。我們測量從組織中出射的光強，根據修正Beer-Lambert定律，便可得到局部組織血氧飽和度。腦組織中存在大量的微細血管，其中動脈血量約占20%，毛細血管血量約占5%，其余約75%皆為靜脈血量。因此，rSO₂其實是局部腦組織中動、靜脈血氧飽和度的加權平均，更接近于靜脈血氧飽和度，可以反映腦氧供給與消耗的動態平衡狀況。

由于該檢測技術不依賴于動脈的搏動，所以在低血壓、深低溫、脈搏微弱甚至心臟停止跳動的情況下，我們都可以正常測量腦氧參數。

臨床應用

Zweifel等發現rSO₂升高與血管痙攣緩解、臨床癥狀改善相一致，通過動脈成像觀察到動脈痙攣與同側的rSO₂下降顯著相關，而且痙攣程度增加(尤其是血管直徑減少75%以上時)，則同側rSO₂大幅降低，表明NIRS可以同步檢測到繼發于血管痙攣的腦氧降低，具有很好的靈敏性。McCormick等讓7名自愿受試者吸入低氧濃度混合氣體（FiO₂=7%）造成短暫性缺氧,同時嚴密監測EEG、SaO₂、SpO₂、rSO₂各項指標變化，結果發現腦血氧飽和度的下降與吸入氧濃度的改變幾乎同時發生，且rSO₂下降比EEG產生變化提早約2分鐘，證明NIRS能在其它監測參數尚在正常范圍時便能更早地檢測出腦缺氧，更具靈敏性。Taussky等通過對1287例患者（包括蛛網膜下腔出血、缺血性腦卒中、腦出血）同時使用NIRS和CT灌注成像技術，分別檢測患者腦氧飽和度和局部腦血流量，二者具有良好相關性，表明NIRS可作為一種有效的、非侵入的、可在重癥監護病房床旁實時監測的腦氧監測手段。

頸動脈內膜剝脫術（CEA）可以解除單側頸動脈系統的短暫性腦缺血，消除引起短暫性腦缺血發生的動脈粥樣硬化斑塊和潰瘍。在行頸動脈內膜剝脫術時，經常需要夾閉單側頸動脈，術中夾閉頸動脈時確保腦區的血供非常重要,盡管顱底動脈Willis環可以提供側支循環供氧，仍需對側支循環的血流是否充足進行連續的評價和監測。相比于其他腦氧監測手段，NIRS可以更簡便、無創傷、連續地實施rSO₂監測，能有效地預防CEA相關的圍手術期腦血管意外甚至死亡，是CEA術中預測腦缺血缺氧的有效手段。研究發現CEA患者圍手術期rSO₂、認知功能及體感誘發電位變化對比rSO₂與體感誘發電位在CEA術中的監測意義，發現圍手術期患者并未發生認知功能障礙，且腦區血流灌注再通時，rSO₂要比體感誘發電位變化更明顯，非常有利于圍術期觀察腦區的血供再通狀況，是CEA圍術期簡單有效的監測手段。一般認為，rSO₂下降相對值>12%提示腦缺血，警示臨床醫師做出相應的藥理和生理干預。

目前，手術聯合放化療仍然是治療膠質瘤和腦膜瘤等主要腦部腫瘤的最有效治療方式，而腦腫瘤手術中腦功能區的識別是手術成敗的關鍵。腦功能區激活時氧合血紅蛋白濃度快速升高，同時脫氧血紅蛋白濃度緩慢低幅下降，監測兩種氧合狀態血紅蛋白變化即可獲知腦功能活動區域，這一原理被稱為血氧水平依賴法（BOLD）方法。目前，除核磁共振功能成像技術外，NIRS技術同樣可以利用該原理實現無創實時的腦功能區監測。FujiwaraN等使用NIRS及功能核磁技術同時監測腦腫瘤患者瘤周皮層時發現，受腫瘤病灶影響，瘤周腦功能區激活時血紅蛋白濃度變化模式異常，單用功能核磁技術不能準確發現腦功能區，造成假陰性錯誤。

總結

博聯眾科腦組織氧飽和度監測儀MOC200，擁有完整主參數及相關子參數指標，采用先進的NIRS技術，可從實時變化趨勢、相對變化量、AUC（去飽和度狀態下深度及時間）三個維度，連續、實時、無創監測患者腦組織氧供與氧耗之間的平衡狀態，及時發現并干預rSO₂異常情況，減少患者腦氧異常導致的腦損傷，減少住院時間，提高患者預后。