创伤性颅脑损伤(traumatic brain injury, TBI)是外力直接作用于头颅所致的严重颅脑损伤,为神经外科常见急危重症,具有极高的致残率与病死率[1-2]。TBI发病后常继发脑水肿、颅内压升高等一系列病理生理改变,导致脑灌注不足、脑组织缺血缺氧,是加剧神经功能损伤、影响患者远期预后的核心因素。
临床理想的脑氧监测手段需兼顾无创、精准、可床旁实施、能够实时连续监测登特点。近红外光谱技术(near-infrared spectroscopy, NIRS)凭借无创便捷、经济高效、可持续动态监测的优势,已广泛应用于颅脑损伤重症监护领域,可早期识别隐匿性脑缺氧,为临床治疗策略调整及预后评估提供重要参考依据。本文就NIRS脑氧监测技术的基本原理、TBI损伤机制及该技术在颅内血肿筛查、重型颅脑损伤中的临床研究进展等进行综述。
NIRS 脑氧监测技术的基本原理NIRS是一种无创连续监测脑组织氧合水平和血流动力学的监测方法,其利用近红外光(波长700~1000 nm)可穿透人体组织的特性,以及组织中氧合血红蛋白(HbO₂)、血红蛋白(Hb)对近红外光不同的吸收和衰减特性,以及组织中氧合血红蛋白(HbO₂)、血红蛋白(Hb) 对近红外光不同的吸收和衰减特性,测得脑组织内HbO₂ 和Hb之间的比值,再使用改进的朗伯-比尔定律(Beer-Lambert Law) 来量化HbO₂和Hb的浓度变化,从而计算出区域脑氧饱和度(regional cerebral oxygen saturation,rScO₂)[3]。
rScO2监测的是大脑局部区域组织的血红蛋白,并不是单独的动脉或者静脉,因此脑血氧饱和度的监测是局部大脑血红蛋白的混合饱和度,其反映的是脑组织氧耗和氧供之间的平衡。rScO2正常值为55%~75%(吸空气时),由于其绝对数值在人群中变化较大,所以相对变化更有临床意义,可以反映大脑氧供需平衡的变化趋势。
另外,NIRS脑氧监测技术在评估脑代谢、指导治疗方面价值显著,可拓展与其他监测设备联合使用,如:无线头戴式脑氧饱和度监测仪与事件相关电位(ERP)的联合应用代表了神经功能监测的重要发展方向。NIRS通过近红外光谱技术实时反映脑组织氧代谢状态,而ERP则能精确捕捉认知加工过程中的脑电活动时序特征。二者的整合可形成“氧代谢-电生理”双模态监测体系。
TBI的损伤机制:原发伤 vs 继发伤理解TBI 的关键在于区分“不可逆的瞬间”和“可干预的过程”。
原发性损伤(Primary Injury):发生在撞击瞬间。包括头皮裂伤、颅骨骨折、脑挫裂伤以及弥漫性轴索损伤(DAI)。这属于机械性破坏,目前的医疗手段无法逆转。
继发性损伤 (Secondary Injury):发生在伤后数分钟到数天。由原发伤引发的级联反应,包括脑水肿、颅内高压、缺血缺氧、炎症风暴和兴奋性毒性。所有 TBI 的治疗目标都是为了阻断这一过程[4]。
NIRS脑氧监测技术在TBI中的临床应用
(1)创伤性颅内出血和继发性出血监测
NIRS对TBI引起的颅内血肿的监测始于20世纪90年代初,并作为筛查颅内血肿存在与否的工具。由于颅内血肿会造成局部脑组织氧合及血流灌注异常,导致双侧大脑半球rScO₂出现明显差值,临床可依托这一特征辅助定位病灶位置,预判局部血肿形成风险。
多项临床研究证实,NIRS对硬膜外血肿、硬膜下血肿及浅层的脑内出血都具有良好的检测敏感度和特异度[5]。其中,Robertson等是评估NIRS用于颅内血肿检测的最大研究,纳入了来自5个创伤中心的431例TBI患者,通过头颅CT扫描确定96 例患者有颅内血肿,而NIRS检测出颅内血肿患者的灵敏度为68.7%,特异度为90.7%。NIRS持续监测中有59例患者发生继发性血肿,其中93%的血肿侧NIRS监测为阳性。
和传统的CT扫描、颅内压检测等方法相比,利用NIRS进行颅内血肿检测的优势突出:(1)NIRS可以持续监测;(2)使用NIRS进行早期诊断可以早期治疗并减少因血肿延迟引起的继发性脑损伤;(3)对于患有TBI的孕产妇、儿童等,NIRS可以减少多次CT检查带来的辐射风险。
(2)重型颅脑损伤患者(sTBI)监测
重型颅脑损伤患者(severe traumatic brain injury, sTBI)的预后与原发性损伤、继发性损伤密切相关,其中脑组织缺血缺氧的影响尤为显著,因此早期、及时监测患者神经功能对改善预后至关重要。一项临床研究通过NIRS对sTBI患者的去骨瓣减压术实施神经功能监测,以rScO2的数值变化来体现术中减压效果,客观反映了NIRS 对sTBI患者去骨瓣减压术中监测的临床应用价值。
临床研究结果显示,sTBI患者患侧rScO₂值越高则预后效果越佳 ,并随着时间推移患侧 rScO₂值先下降后上升并逐渐趋于正常 ,提示 NIRS 可有效监测rScO₂变化趋势,在评估sTBI患者预后过程中具有较高的应用价值 ,为临床无创脑监测技术提供了新的手段[6]。
三种脑氧合监测方法在TBI的应用对比现阶段临床常用脑氧合评估手段有颈静脉球血氧饱和度(SjvO2)、脑组织氧分压(PbtO2)和近红外光谱(NIRS)脑氧饱和度监测,其中SjvO2和PbtO2为有创监测技术,NIRS为无创监测技术[7]。
PbtO2主要受动脉氧分压和脑血流量的影响,监测的范围仅局限在7.1~15.0mm的氧合状态;而NIRS主要受局部区域静脉、动脉氧分压的影响,可监测3~5cm范围的局部脑氧合变化;SjvO₂监测覆盖范围更广,但几乎提供了半球侧氧合状态的有创监测。
临床研究证实,NIRS、PbtO2及SjvO₂的数值越低,预示着TBI患者更高的死亡率和更差的预后,因此,基于脑氧合监测参数异常的干预可能会对sTBI患者的预后产生积极影响。当患者遭受sTBI后,即使ICP和CPP正常,也会出现多次脑缺氧,说明持续监测脑氧合的重要性[8]。然而并不是所有的TBI患者都能使用PbtO2进行监测,当患者出现凝血功能异常、颅内感染等有创监测禁忌证时,NIRS脑氧监测可能是一个非常有效的工具,而且其还具有潜在费用少、无创、持续监测、并发症少及便捷迅速等优点。
总结与展望:综上所述,相较于SjvO₂、PbtO₂等传统有创脑氧监测技术,NIRS脑氧监测技术具备实时、无创、床旁可及、连续动态监测等独特优势,可有效筛查TBI患者颅内血肿、动态追踪重型颅脑损伤患者的脑氧合变化,尽早识别隐匿性脑缺血、缺氧损伤。同时该技术能够辅助临床医护人员精准评估患者脑组织氧代谢水平,指导临床及时实施个体化干预,降低继发性脑损伤及手术相关风险,对TBI患者的病情动态评估、个体化诊疗及远期预后评价均具备重要的临床应用价值。
未来随着临床应用的不断推广与深入,依托设备技术迭代优化及多参数联合监测模式的完善,NIRS脑氧监测技术的检测精准度与临床适用性将进一步提升,有望成为TBI重症监护领域重要的无创监测手段之一。
参考文献:
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