基于近红外光谱的智能新生儿血流灌注评估系统：一种无创监测血流动力学的新方法

《IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine》：Intelligent Neonatal Blood Perfusion Assessment System Based on Near-Infrared Spectroscopy

本研究针对新生儿重症监护室中高危婴儿血流动力学不稳定的临床难题，开发了一种基于近红外光谱（NIRS）技术的智能血流灌注评估系统。该系统通过监测加压和释压过程中血红蛋白浓度和组织氧饱和度（StO2）的动态变化，定义了7个血流灌注指数，并采用径向基函数神经网络（RBFNN）分类器，成功区分了不同血流灌注状态的新生儿群体（准确率达91.43%）。这项研究为早期发现新生儿休克提供了客观量化工具，具有重要的临床转化价值。

　　

在新生儿重症监护室（NICU）中，高危婴儿常常面临血流动力学不稳定的严峻挑战。由于新生儿心血管系统尚未发育成熟，微循环障碍可能导致组织灌注不足，进而进展为休克等严重后果。然而，休克的早期症状如乏力、尿量减少、呼吸暂停增加等往往不易被察觉，临床判断多依赖医师的主观经验。目前常用的毛细血管再充盈时间（CRT）检测方法存在主观性强、难以量化等问题，而激光多普勒血流仪（LDF）等设备虽能评估局部血流信息，却无法直接评估组织灌注状态。这种临床监测手段的缺失，使得新生儿血流灌注的精准评估成为亟待突破的技术瓶颈。

针对这一难题，台湾高雄医学大学医院儿科团队在《IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine》发表了一项创新研究，开发了一套基于近红外光谱（NIRS）技术的智能新生儿血流灌注评估系统。该系统通过无线传感探头监测足底组织在加压-释压过程中的血红蛋白参数变化，结合机器学习算法，实现了对新生儿血流灌注状态的客观评估。

研究团队采用的多项关键技术方法包括：基于改良比尔-朗伯定律（MBLL）的近红外光谱分析技术，使用700nm和910nm双波长光源计算氧合血红蛋白（Δ[HbO₂]）和脱氧血红蛋白（Δ[Hb]）浓度变化；自定义的7个血流灌注指数量化体系；以及径向基函数神经网络（RBFNN）分类算法。实验纳入了102名新生儿（ postnatal age 2.3±1.4天），根据胎龄（GA）和平均血压分为四组进行比较研究。

A. 不同组别的新生儿血流灌注指数

通过分析总血红蛋白浓度（Δ[HbT]）和组织氧饱和度（Δ[StO₂]）的动态变化，研究发现胎龄因素对HbT的Index I-III值影响显著。足月儿组（Group I、II）的HbT基础值显著高于早产儿组（Group III、IV），例如Group I的Index I值（0.6795±0.0278）显著高于Group III（0.6546±0.0275，p=0.0014）和Group IV（0.6454±0.0456，p=0.0115）。这一现象提示早产儿组织内血管密度较低，小血管比例较高，导致基础血容量相对不足。

值得注意的是，反映加压后血流恢复速率的Index VI值在足月儿组（Group I: 0.8399±0.3756）显著低于早产儿组（Group III: 1.1222±0.6491，p=0.0459），表明足月儿血管系统在压力刺激下表现出更好的稳定性。在氧合参数方面，Group I的Index VII值（9.2185±12.0192）显著高于早产儿组，说明早产儿在重复加压后血氧饱和度恢复较慢，可能与心输出量较低导致的新鲜血液供应不足有关。

B. 血流灌注评估系统的性能验证

研究选取在Group I和Group IV间存在显著差异的HbT Index I-III、Index VI以及StO₂ Index VII作为RBFNN分类器的输入特征。当隐藏层神经元数设为64、阈值设为0.5时，系统在训练集上表现出最佳分类性能（PPV=91.43%，灵敏度=91.43%，准确率=91.43%）。在独立测试集上，分类性能保持良好（准确率=83.33%）。

RBFNN输出值呈现出明显的梯度变化：Group IV（0.7687±0.1969）显著高于Group I（0.2997±0.2426，p=0.0000），而需要临床干预的新生儿平均输出值达0.8349。这一结果表明该系统能够有效识别血流灌注状态的高危个体。

该研究的创新之处在于将动态压力刺激与近红外光谱监测相结合，通过量化组织血红蛋白参数对机械刺激的响应特征，实现了对微循环功能的间接评估。与激光多普勒灌注成像（LDPI）、侧流暗场（SDF）成像等技术相比，该系统具有便携、实时、无创等优势，且无需造影剂，特别适合NICU环境下的持续监测。

研究结论表明，基于近红外光谱的智能评估系统能够有效区分不同血流灌注状态的新生儿，特别是胎龄因素对血流参数的影响比血压因素更为显著。该系统为新生儿血流动力学监测提供了新的技术手段，有望在未来临床实践中辅助医师早期识别循环功能障碍，为及时干预提供客观依据。随着后续研究的深入，这种无创监测模式或将成为新生儿重症监护的重要补充工具，为降低新生儿休克发生率带来新的希望。