无创脑氧监测在神经重症监护中的应用

点击蓝字 关注我们

大脑被包裹在头骨内，与其他身体部位相比，诊断和监测脑部生理状态更加困难。特别是在缺血性和创伤性损伤后受到损害。

在神经重症监护病房中，患者通常会经历全身和颅内生理的病理生理变化，这些变化需要及时干预。

大脑血流自动调节：血压和脑灌注

脑血流（CBF）调节机制：

脑血管通过改变血管直径来调节CBF，以确保脑组织的充分灌注。这种调节由血管平滑肌细胞控制，这些细胞位于脑表面和脑内的动脉上。

重要概念：

脑灌注压（CPP）：CPP是驱动CBF的主要压力梯度，可以通过以下公式粗略估算：CPP = 平均动脉压（MAP） - 颅内压（ICP）。

血管壁张力：更复杂的模型需要考虑血管壁张力对CPP的影响，实际CPP（aCPP）的计算公式为aCPP = MAP - 关键闭合压（CrCP），其中CrCP是动脉血压不能克服ICP和小动脉活动性张力时CBF停止的压力。

自动调节机制：当自动调节机制完好时，CPP的增加（由MAP的增加或ICP的降低引起）会通过血管收缩来对抗，从而增加脑血管阻力（CVR）以维持一致的CBF。

自动调节状态的测量：

组织氧合指数（rSO2）：rSO2是MAP与NIRS衍生的氧合测量值之间的相关性，表示为百分比。

脑氧饱和度指数（COx）：COx是MAP与NIRS衍生的区域脑氧饱和度（rSO2）之间的相关性。负相关表明自动调节完好。

压力反应指数（PRx）：PRx是MAP与ICP之间的相关性，用作脑血流自动调节的替代估计。PRx的值范围在-1到+1之间，值越接近+1，表示自动调节状态越差。PRx可以通过计算连续、重叠的时间窗口来提供自动调节状态的近实时估计。

NIRS在自动调节测量中的应用：NIRS可以提供非侵入性的床旁脑血流自动调节测量。NIRS衍生的指标包括：

NIRS在MAPopt识别中的应用：NIRS可以用于识别最佳MAP（MAPopt），即自动调节状态最佳的血压。MAPopt的识别方法包括：

连续测量NIRS的氧合指数（如COx或rSO2）以及MAP或CPP，当COx达到最小值时对应的血压即为MAPopt。

研究表明，实际观察到的MAP与MAPopt之间的绝对差异越大，死亡风险越高。

脑血管反应性：CO2调节的血管变化

CO2对血管的影响：脑血管的化学感受器会对CO2的分压（pCO2）增加做出反应，诱导血管扩张。这个过程可能与pCO2引发的血管内皮释放血管活性因子（如一氧化氮、内皮素-1和内皮衍生超极化因子）有关，这些反应可独立于pH的变化。

高通气的影响：高通气会导致pCO2下降，从而引起脑血管收缩，并伴随脑血量的减少，进而降低ICP。

脑血管反应性的损伤：脑损伤后，脑血管反应性常受到影响，表现为对高碳酸血症刺激的扩张反应不均匀，健康的血管扩张能力更强，从而导致区域性CBF增加。

研究方法BOLD-fMRI：血氧水平依赖功能磁共振成像（BOLD-fMRI）曾用于研究脑血管反应性，但MRI是资源密集型工具，成本高且需要支持人员。

TCD与NIRS的比较：NIRS显示出比TCD更高的时间分辨率，且具有较低的成本和便携性，因此在脑血管反应性评估中具有优势。

神经血管耦合：神经活动引发的血管控制

神经血管耦合的定义：当神经活动增加时，脑血管会扩张以应对局部能量或代谢需求的增加。这一过程依赖于神经元活动依赖的化学信号释放，如前列腺素、一氧化氮和腺苷，这些信号调节和分配CBF到神经活动最高的区域。

反向神经血管耦合：在急性脑损伤（ABI）中，神经血管耦合可能表现为反常现象，即代谢需求增加导致的血管收缩，这会剥夺代谢活跃的脑组织的氧气和葡萄糖供应，从而加剧神经毒性。

应用领域：fNIRS（功能性NIRS）可以检测神经血管耦合的变化，尤其是在创伤性脑损伤（TBI）患者中，它可以揭示神经血管耦合的反常现象，并为未来的治疗提供依据。

我司自主研发的NEG-光电同步脑功能成像系统可以实现神经血管耦合分析

技术背景：NIRS基于红外光吸收原理，通过测量不同波长光的吸收来计算脑组织氧饱和度（rScO2），可提供无创、连续和实时的监测。

技术优势：

无创性：不需穿刺或植入设备，降低感染风险。

连续监测：实时反映脑氧状态，适合重症监护。

独立于脉动血流：低灌注状态下仍能有效监测。

心脏骤停后的脑损伤(Sudden Cardiac Arrest)：

背景：心脏骤停（SCA）后幸存者的预后主要取决于缺氧缺血性脑损伤的程度。在心脏骤停的急性期和后续的ICU治疗过程中，NIRS作为脑氧饱和度（rSO2）的监测工具，展示出重要的应用前景。

研究发现：早期使用NIRS的研究表明，在诱导心室颤动的人体实验中，rSO2下降20%或低于50%-60%与脑缺血性损伤有关。

急救复苏期间：在成人和儿童中，复苏期间测量的较高rSO2值与自主循环恢复（ROSC）的较高发生率有关。

复苏后的ICU护理：在心脏骤停后的ICU阶段，NIRS可用于评估脑自动调节状态与神经学预后的关联，并帮助识别最佳MAP（MAPopt）。研究表明，MAPopt通常高于复苏后护理指南中推荐的目标。

临床应用：在儿童中，MAP低于MAPopt的血压偏差负担与较高的死亡风险相关。

体外生命支持 (Extracorporeal Life Support)：

背景：体外生命支持（ECLS）包括心肺旁路术（CPB）和体外膜氧合（ECMO），用于高危心脏手术和ICU中严重心肺功能衰竭的长期支持。这些情况下，急性脑损伤（ABI）常见，可能由血栓形成引起的缺血性中风或全身抗凝导致的颅内出血所致。

NIRS在CPB中的应用：

脑氧饱和度监测：NIRS脑氧饱和度监测已经成为开放性心脏手术中的标准做法。通过优化rSO2的算法，可以逆转手术期间的脑缺氧事件。

研究发现：一项研究显示，在成人中，使用rSO2优化策略与术后记忆功能的改善相关，但控制组与干预组在脑缺氧负担上没有显著差异。

NIRS在ECMO中的应用：

脑损伤检测：在接受ECMO的患者中，rSO2的下降与ABI（包括急性缺血性中风和颅内出血）的发生和不良预后相关。

非创伤性蛛网膜下腔出血（Non-Traumatic SAH）：

背景：非创伤性SAH通常由脑动脉瘤自发破裂引起。初次出血事件导致的原发性脑损伤后，患者可能在数天到数周内发展出延迟性脑缺血（DCI）。NIRS在检测SAH患者的DCI和脑血管痉挛方面表现出色。

NIRS与TCD的比较：

早期研究：早期使用TD-NIRS的研究发现，在动脉瘤破裂后的患者中，rSO2和HbO的急性下降与血管痉挛密切相关。

近期研究：使用CW-NIRS的研究显示，rSO2较基线下降超过14.7%对DCI的检测具有85.7%的敏感性和特异性，表现优于传统的TCD监测。

大脑自动调节的预测能力：

自动调节损伤的早期检测：DCI通常由脑自动调节的损伤所触发，NIRS或TCD可以在DCI临床症状出现前数天检测到这种损伤。

MAPopt的临床应用：NIRS和ICP（PRx）连续自动调节测量可以用于计算最佳MAP（MAPopt）。研究发现，与个体化MAPopt目标偏离的血压负担与更差的预后相关。

急性缺血性中风 (Acute Ischemic Stroke)：

背景：急性缺血性中风是由于脑动脉阻塞引起的，其治疗重点是尽早恢复血流和优化脑灌注，以防止梗死扩展和减少出血性并发症。NIRS作为早期血管再通治疗中的监测工具，显示出潜在的临床应用价值。

血管再通治疗中的应用：

再通过程中的监测：观察性研究显示，在接受血管内治疗的患者中，NIRS监测到的双侧rSO2下降与气管插管期间的临床事件密切相关，再通后的rSO2显著上升则与再通的成功相关。

预后评估：研究还发现，在手术结束时，rSO2的半球间差异与患者的死亡率相关。

术后MAPopt的识别：

MAPopt的作用：在血管再通后的恢复期，由于脑自动调节受损，围绕梗死核心的易损脑组织（即缺血半暗带）容易因低灌注进一步缺血损伤，或因再灌注过度而出血。NIRS可以通过自动调节测量帮助识别MAPopt，研究显示高于上限自动调节范围（ULA）的时间负担与更差的预后相关。

创伤性脑损伤 (Traumatic Brain Injury, TBI)：

背景：TBI是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因。尽管CT成像是最常用的诊断工具，但在低资源和战地环境中，CT成像并不总是可行。

NIRS在颅内血肿检测中的应用：

NIRS原理：由于NIRS在血肿区的吸收增加，NIRS可以用于检测局灶性血管损伤。CW-NIRS可以通过对比对侧半球或邻近的“健康”组织，确定血红蛋白浓度的相对变化。

NIRS与ICP监测的整合：

CPP优化：TBI患者中常见广泛的微血管损伤，可能通过优化CPP来限制继发性损伤。研究显示，使用NIRS与侵入性ICP监测（PRx）测量自动调节状态的相关性良好，提示NIRS可以用于非侵入性个体化脑血流动力学优化。

长期脑血管反应性的影响：

CO2反应性：TBI引起的长期微血管损伤可能导致脑血管对CO2反应性的改变。研究表明，慢性TBI患者的脑血管反应性在全局和局部（特别是额叶区域）均显著降低。

(1)一般中、重型急性脑血管病 

(2)重型急性颅脑损伤和脊髓损伤

(3)中枢神经系统细菌性感染，癫痫持续状态

(4)重症ECMO患者、呼吸支持患者

(5)有重症相关脑功能不全

(6)重症相关认知异常如意识改变，昏迷或半昏迷患者

(7)心、脑血管术后重症监护患者

(8)老龄患者、心衰患者