在新生儿脑损伤发生过程中，脑氧饱和度的改变先于脑电图、神经功能及组织形态的改变，脑氧饱和度监测是早期预测指标。近红外光谱(NIRS)分析技术具有无创、持续、床旁监测、安全可行的特点，是脑氧饱和度监测的重要工具。采用NIRS可测定新生儿脑血流容积、脑血流流量的正常值，可用于胎儿-新生儿过渡期不良分娩和复苏效果的监测和缺氧缺血性脑损伤程度与预后的判断，以及早产儿颅内出血的预测等，值得在新生儿临床应用。
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在临床工作中，脑组织氧饱和度的监测十分重要[1]，这体现在：(1)脑质量占体质量的2%，静息脑血量占心排出量的15%，耗氧量占全身的20%(新生儿占50%)，因此，脑组织有极高的代谢率；(2)脑组织又处于极低的代谢代偿储备，一旦脑组织发生无氧无糖6 min，将出现不可逆损伤，因此脑组织对缺氧高度敏感；(3)临床脑损伤致死的患者中，90%以上出现脑缺氧缺血，一旦缺氧缺血后果非常严重。在脑损伤发生过程中，脑氧饱和度的改变又先于脑电图、神经功能和组织形态改变，因此，脑氧饱和度监测又是早期预测指标。
传统的监测组织氧的方法有创和无创2种，前者包括通过漂浮导管来检测全身组织的氧摄取和通过颈静脉球来监测颈静脉内氧摄取的情况，后者包括脉搏血氧仪结合间断的动脉血气分析或经皮监测氧和二氧化碳分压来监测组织氧供的情况。此外，通过心电图、血压和外周微循环临床监护也可评估全身循环，间接反映组织氧供。尽管这些方法已用于危重患者的评估，但脑损伤仍常发生。这提示传统的方法不能有效地防止脑损伤的发生，人们一直在寻找能够评估脑灌注和氧合代谢的新方法，特别是适合胎儿和新生儿的方法[2,3]。
近红外光谱(near infrared spectroscopy，NIRS)分析技术可无创监测氧合代谢和血流动力学，可作为胎儿和新生儿脑功能监护的方法[4,5]。NIRS用于新生儿的临床研究始于1985年，由于具有非损伤性的实时床旁监测及不干扰护理和治疗等特点，其受到新生儿医师的重视，特别是近15年来由于技术和设备的不断改进，相关的研究报道逐渐增多。NIRS光学成像作为非放射的、非侵入性的床旁成像技术，能够进行功能检测和连续监测，特别适合于危重的新生儿，具有广阔的应用前景。NIRS监测的基本原理为：波长700～900 nm范围的近红外光对人体组织有良好的穿透性，能穿透头皮、颅骨及脑组织达数厘米，其在颅内衰减的程度就转变为有价值的信息。血红蛋白是近红外光在颅内衰减的主要色基，当体内氧化状态发生变化时，它的吸收光谱就会改变，从而导致穿透生物体的光强度发生变化，据此再与不同氧饱和度下制成的标准曲线进行比较，即可测知血红蛋白的氧合状态，组织中处于不同氧化还原状态的脱氧血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白(HbO2)是近红外光主要的吸收体，且二者的吸收光谱有显著差异，因此，可用光学将二者区分开来，以测定出组织中△Hb和△HbO2的变化值，以评估脑组织氧合代谢、局部脑组织氧饱和度和脑血流动力学的变化。因为脑氧饱和度仪所测定的血红蛋白并不单指动脉血或静脉血的血红蛋白，而是局部组织的血红蛋白，所以其饱和度其实是脑组织局部氧饱和度(rSO2)或脑组织氧合指数(TOI)。大脑组织中动静脉交错，静脉约占75%，动脉约占20%，毛细血管约占5%。因此，rSO2实质是局部大脑血红蛋白的混合氧饱和度，主要代表静脉血部分，反映脑氧供给与消耗的平衡。由于光子必须能够穿透外层组织才能进入待测组织，可利用多个检测器，采用国际领先的空间分辨光谱(SRS)算法消除外层组织(头皮、颅骨、脑脊液)对测定结果的影响[6]。
部分NRIS仪器可监测rSO2或TOI，也可以根据公式计算：rSO2＝
×100%。rSO2或TOI为NIRS测定的绝对值，反映组织氧饱和度的变化，不同患者、同一患者不同的监测时间可进行比较，是客观反映脑氧合代谢变化的指标，临床应用价值较大。该指标反映了检测范围内的脑组织内微动脉(占15%～20%)、微静脉(占60%～80%)和毛细血管(占5%)的混合氧饱和度，采用加权平均的计算方式获得，因此主要反映静脉血氧饱和度。该指标的测定值与颈静脉氧饱和度具有很好的相关性，与脉搏血氧计测定的外周毛细血管氧饱和度也具有较好的相关性。目前研究报道的新生儿rSO2或TOI正常值为60%～80%，且出生3 d内相对稳定。早产儿脑发育不成熟，脑血流影响因素较多，早产儿rSO2的正常参考范围受胎龄、出生后日龄影响较大。
△HbO2和△Hb代表氧的供需和利用状态的变化，组织氧供应障碍或利用增加均导致△HbO2降低，反之增加。细胞色素a和细胞色素a3复合体(Cytaa3)为线粒体呼吸链的终端氧化酶，线粒体功能正常情况下，以氧化型的形式存在，线粒体功能障碍时，还原型增加，因此△Cytaa3的变化在细胞水平上反映能量代谢的变化。但只有在严重氧合代谢异常的情况下，△Cytaa3的变化才较明显。△HbO2、△Hb和△Cytaa3这3个参数测定的均是相对值，相对于监测起点的这些参数的变化，不同患者间很难进行比较，即使同一患者，重新开始监测后与前次监测的数据也不具有可比性。这些参数的临床价值在于可快速反映脑氧合代谢的变化，连续监测具有较大的临床价值，或评价临床干预措施对脑氧合代谢的影响也具有较大的价值。
利用HbO2作为血管内示踪剂，根据傅立叶定理，可以计算脑血流容积(CBV)，公式如下：CBV＝
，k1为一常数，△HbO2代表HbO2的变化，△Hb代表Hb的变化。H代表动脉血红蛋白浓度，△SaO2代表动脉血氧饱和度的变化。应用NIRS也可以测定脑血流(CBF)，公式如下：CBF＝
，k2为常数，由血红蛋白的相对分子质量和组织密度决定。NIRS测定的新生儿脑血流动力学指标是可靠的。NIRS测定的CBF与133Xe清除技术、彩色微球定量测定的CBF具有较好的可比性。NIRS测定的CBV和CBF与颈静脉闭塞描记图方法测定值、放射微球标记红细胞和标记白蛋白测定的CBV具有较好的一致性。这2个指标的获得需要短暂改变氧饱和度5%以上或短暂阻断颈静脉回流，因此不适用于危重新生儿的监测。△tHb代表组织中总血流量的变化，即△CBV，可间接反映CBF的变化。由于受组织氧饱和度和组织氧利用的影响，病理状态下△tHb并不能完全反映CBF的变化。△HbD(△HbO2-△Hb)更能反映病理情况下脑灌注情况的改变，即CBF的变化。
迄今为止，相关研究报道新生儿临床的适应证包括[2]：(1)早产儿，特别是胎龄小于32周，出生后应尽早监测脑氧饱和度，超早产儿出生72 h内连续监测；(2)窒息新生儿应尽早监测，监测到正常后24 h停止；(3)新生儿缺氧缺血性脑病(HIE)患儿进行低温治疗时，应该监测到复温结束，甚至出生后连续监测96 h；(4)手术治疗患儿再在术前、术中、术后24 h进行连续监测；(5)对于存在血流动力学紊乱的患儿，如严重感染、先天性心脏病、动脉导管未闭、低血压等需要连续监测；(6)可能存在脑损伤的患儿，如脑发育畸形、遗传代谢、低血糖、惊厥等；(7)贫血患儿需要输血治疗；(8)所有有创通气的患儿；(9)高胆红素血症需要患儿治疗的患儿；(10)临床有创操作或干预设施前后的患儿；(11)在产房内进行复苏的患儿，通过脑氧饱和度的监测可指导复苏。一般至少需要监测3 h。
CBV和CBF正常值由脑组织测得，采用NIRS测得正常新生儿CBV值每100 g脑组织为1.9～3.2 mL，平均值每100 g脑组织为2.2 mL，早产儿出生后前3 d的CBV值每100 g脑组织为1～3 mL。采用NIRS测得正常新生儿CBF每100 g脑组织为5～33 mL/min。超低出生体质量儿和高危足月新生儿CBF显著增加，分别每100 g脑组织为66.1 mL/min和62.1 mL/min。由于新生儿脑血管自主调节功能不成熟，CBV可呈周期性波动，足月儿日间安静睡眠期周期性波动频率为每分钟3～6个周期，26～29周早产儿在出生后36 h周期性波动频率为每分钟2.0～4.7个周期[7,9]。
脐带结扎、胎盘功能终止、胎儿-新生儿过渡启动是胎儿顺利实现从宫外生活的生理过程，是人生经历的第一个最困难的阶段，全身各脏器功能将产生剧烈变化。分娩启动，发生宫缩时伴有胎儿心率晚期减速或胎心变异，可出现胎儿脑血流减少和脑氧合代谢降低。分娩后，由于呼吸循环功能发生较大改变，胎儿-新生儿脑血流动力学和氧合代谢也会发生较大变化。分娩期间，应用特制的易弯曲的探针，在胎膜破裂后伸入扩张的子宫颈口连续监测分娩期脑氧合代谢的变化。出生前5 min，脑氧饱和度和脑灌注均有上升，脑血容量水平趋于平稳。因此，持续监测新生儿出生后不同时间脑氧合和血流的变化，可评判不良分娩与胎儿宫内窘迫的关系。有研究显示，对于胎龄<32周的早产儿复苏时加上脑氧监测的方案，即将脑氧作为复苏效果判断的一个重要指标，可改善复苏的预后[10]。因此，可将NIRS作为胎儿向新生儿过渡时期不良分娩和复苏效果的监测工具[10,11,12]。
研究显示，脑rSO2下降与吸入氧浓度的变化几乎同时发生，较脑电图改变早，可早期监测脑组织是否缺氧[13]。当rSO2<40%时即可发生明显的脑损伤，当rSO2<(30%～35%)时即可发生不可逆的脑损伤。临床上，无或轻度窒息的患儿脑血容量及氧合状况较稳定，而重度窒息尤其是并HIE的脑血容量及脑rSO2明显下降。有研究显示，分娩时，分别以胎头剥露时脑组织rSO2<40%、出生后5 min脑组织rSO2<53%为界点，评判HIE的敏感度及特异度分别为66%和88%及67%和86%[13]。研究发现，出生12～24 h脑rSO2>80%与2岁时的不良神经结局密切相关[14]；通过对HIE患儿在低温治疗的24 h、36 h、48 h和84 h监测脑rSO2的变化中发现，预后不良组的rSO2值显著高于预后良好组，因此，低温治疗过程中脑氧变化趋势可以判断预后[15,16]。这些患儿的脑摄氧分数明显降低，说明脑组织损伤后对氧的利用下降，导致脑组织局部对氧的消耗减少有关[13,14,15,16,17]。通过随访67例早产儿发现，出生2～3周脑rSO2变化的监测有助于2～3岁的神经结局判断，其中出生1 d脑rSO2过低(P25～50)和过高(P75～100)均与神经预后不良的结局密切相关[18]。因此，NIRS可早期监测HIE的脑氧合代谢状态和脑血流变化，为严重度和预后评估提供有价值的资料。
研究显示，早产儿复苏后5 min经皮血氧饱和度<80%与早产儿脑室内出血和预后不良有关[18]。进一步研究发现，出生8～10 min脑rSO2过低可以预测发生早产脑室内出血的可能[19]。正常情况下，脑血流自主调节功能的稳定性是影响脑血流灌注的重要机制，胎龄、窒息缺氧、机械通气、噪声及输液速度、液体渗透压等因素可通过影响脑血流自主调节功能的稳定性，进而导致自主调节功能受损，出现早产儿脑损伤的发生。研究显示，与32周以上的早产儿相比，32周以下的早产儿脑血管发育不成熟，脑血流自主调节功能差，胎龄越小、出生体质量越低，脑血流自主调节功能越差，更易发生脑损伤[20,21,22,23]。研究显示，出生12 h后，若脑rSO2与脑平均灌注压(MBAP)的相关系数>0.5，说明脑血流自主调节功能受损，脑血流灌注易出现脑血管破裂，导致颅内出血的发生，若脑rSO2与MBAP的相关系数≤0.5，提示脑血流自主调节功能正常[24]。因此，通过NIRS监测早产儿脑自主调节功能的变化对早产儿脑损伤的早期预测具有重要价值。
在新生儿临床过程中，许多临床事件，如感染、酸碱平衡紊乱、呼吸暂停、低血压等，或干预措施如咖啡因、肺泡表面活性物质、氨茶碱等药物使用及扩容输液、静脉营养、气管插管、呼吸治疗、换血治疗、护理操作、低温停循环心脏手术等均可能导致脑血流的改变，进而影响脑氧的变化，这些改变可能导致脑损伤的发生[25,26,27,28]。NIRS作为一种动态无创有效的监测手段可以实时显示脑血流和脑氧合代谢的变化，为临床选择合理的干预措施，减少不必要的过多干预提供临床证据。
对不同程度的动脉导管未闭(PDA)患儿的脑氧饱和度水平监测发现，需要进行手术治疗的PDA患儿的脑氧饱和度显著低于正常新生儿和仅需给药的PDA患儿，因此，长时间未进行处理的PDA导致脑氧饱和度下降可能影响患儿的脑发育，并造成脑损伤[29]。其他类型的先天性心脏病(CHD)同样也可出现脑氧饱和度水平降低，导致HIE的发生[30]；通过对3个月以内进行体外膜肺(ECMO)的患儿进行脑氧监测发现，脑损伤率为20%[31]。采用NIRS监测早产儿氧负荷与发生严重视网膜病(ROP)关系的研究发现，脑组织摄氧分数较血氧饱和度的监测可更有价值地指导防止早产儿ROP的发生[32]。
综上所述，通过NIRS监测脑氧饱和度的变化可尽早发现脑组织的氧代谢状况，降低神经系统损伤的发生风险，进而以缩短住院时间，降低医疗成本；对于手术患儿可在术后分析患者缺氧时段和程度，进而指导和论证临床治疗方案。但是，NIRS监测技术也存在缺陷，如监测深度有限，只能监测大脑前叶的局部血氧饱和度，无局部血氧饱和度的绝对标准，监测指标单一，颅外循环可能会影响氧合监测，由于商业设备间具体算法不同，很难比较不同设备脑氧饱和度值，尚缺乏具体的NIRS监测脑缺氧缺血的临界值，当前设备只能监测脑氧饱和度的相对变化等。近年来发展起来的功能性近红外脑成像系统，作为一种良好的检测手段，能够捕捉大脑各个区域受到外界刺激后产生的变化，侦测到的信号经过加工后被绘制为大脑活跃区域的图像，给研究人类大脑表层区域提供了一个时间和空间上的高分辨率。由于采用频域技术，即以高频率调整光源，并从检测到的信号中测量3大参数：直流振幅、交流振幅和相位延迟。直流振幅和交流振幅的测量可以预测缓慢的血液动力信号，而相位延迟可以预测快速的神经活动信号。因此，与传统的NIRS技术相比，具有更高、更较精确的时间和空间分辨率[33]。
作者声明不存在利益冲突
