【技术推广】深度分辨的非侵入式脑血氧监测仪
技术背景与痛点
在医学监护领域，准确持续地监测脑组织氧输送和消耗状态是保障术后恢复和危重症管理的关键。当前，近红外光谱（NIRS）监测技术作为一种非侵入式光学成像技术虽然能够通过探测光强的改变以及血红蛋白对不同光波长的吸收特性实时推算生物组织中血氧浓度变化，但存在受颅外浅层组织信号干扰严重、只能监测脑氧相对变化等问题，难以提供准确可靠的脑血氧数值。
在此背景下，新加坡国立大学苏州研究院生物医疗与健康科技创新平台高级研究员陈南光及其团队开发出一种时域近红外光谱（TD-NIRS）技术，通过融合光学工程与临床医学需求，突破了传统脑血氧监测的局限，有望为危重症及术后患者提供无创、可靠、深度分辨的脑组织氧合代谢评估方案。
技术介绍
TD-NIRS脑血氧监测仪是一种无创装置，利用医用安全的双波长近红外光（680nm与850nm），通过贴在患者前额的可抛弃型光纤发射器透过头皮和颅骨进入大脑，对病人脑组织血流动力以及氧合变化的生理参数进行实时监测。在成年人中，近红外光虽然不能透过整个头部，但TD-NIRS系统将光源和传感器置于脑部同侧，以2.5～4cm的光极距离以及皮秒级时间分辨率探测光子在组织中的吸收与散射传播信息，从而利用逆向重构算法量化大脑表层皮质下具有深度相关的血氧参数及其变化，包括氧合血红蛋白（HbO）、脱氧血红蛋白（HbR）以及局部脑组织氧饱和度（StO₂）。
技术优势
TD-NIRS系统具备以下核心优势：
1.高精度测量与干扰补偿：采用两种近红外波长及皮秒级时间分辨探测光程扩散信号（TPSF），同时补偿光波散射损失，并修正由体液、组织和皮肤色素沉着等背景光吸收造成的干扰，探测组织吸收系数灵敏度为0.008 cm-1，散射系数灵敏度为1 cm-1，从而实现高精度测量脑组织中氧合与脱氧血红蛋白浓度。
2.深度分辨与信号分离：创新性地提出信号滤波算法，能够从TPSF信号中分离浅层和深层组织光信号，有效消除脑外组织和皮层组织的干扰，实现深度分辨的脑血氧监测。
3.敏感度与可靠性提升：针对传统NIRS设备的不足，TD-NIRS系统可以7.5 Hz采样率采集时域TPSF信号并实时转换为StO₂的变化趋势与绝对值，显著提高测量的敏感度和可靠性，有助于分析个体或局部脑区的差异性，确定缺血缺氧的临界值，从而提前识别或预测术后不良反应。
应用前景
TD-NIRS技术能够实时评估脑损伤或干预后的组织灌注变化，辅助医生判断患者对复苏、肌力支持、呼吸机支持和输血等干预措施的反应。此外，采用TD-NIRS系统持续监测脑血氧指标，有助于优化治疗靶点，并深入解析缺氧缺血性脑损伤患者的个体化病理生理表型特征，从而早期识别高风险患者、预防继发性损伤，最终改善临床预后。
