脑功能障碍是重症患者常见的多器官功能障碍的一个关键类型，同时也是造成患者死亡的常见原因。面对如同黑盒子一样的大脑，重症神经功能监测是了解颅内病理生理变化的重要手段，但迄今为止的脑功能监测手段大部分需要进行侵入性手术，而且还存在对大脑的缺氧状态反应不够灵敏，难以有效识别处于重症相关脑功能不全风险的患者等缺陷。
鉴于此，如何利用创新手段精准无创地对脑血氧变化进行监测成为亟待解决的临床课题和迫切需求。在这一领域，孵化于中科院自动化所的中科搏锐发出了响亮的「中国好声音」，该公司利用近红外光谱（NIRS）技术，以独创的结构和算法设计实现了无创脑氧监护临床转化的多项首创。为了解更多详情，丁香园不久前对公司创始人兼 CEO 张鑫博士进行了交流。
潜心临床转化
我们的脑组织收到致密颅骨的保护。这对于我们柔软的脑组织起到很好的保护作用，但对于无创脑血氧检测来说就是竖起来一道屏障。而近红外光恰好可以穿透颅骨，这无异是开了一个「窗」。因此该特性令研究者可以利用近红外光进行无创脑组织血氧饱和度监测。
张鑫博士介绍说，早在 1977 年，美国杜克大学研究者 F.F.Jobsis 就在 Science 杂志上发表论文，介绍了利用 NIRS 法对动物头部进行血氧监测的结果，他发现近红外光（700～1300nm）能够不同程度地穿透颅骨、软组织和脑组织。在 Jobsis 的启发下，美国科学家 McCormick 及日本学者田村守首和 YoKo Hoshi 相继取得了重要发现，从而为 NIRS 的应用奠定了基础。
不过，在 NIRS 技术应用于无创脑血氧监测的可行性得到理论证明之后，将其进一步向临床转化却遇到了不小的障碍。比如缺乏验证理论的科学工具，无法描述光的走向及吸收比率，因而也就无法确定光的最佳波长与能量值。所幸的是，随着计算科学的发展，蒙特卡洛仿真等工具可以很好地用于突破这一障碍。
张鑫博士告诉丁香园，中科院自动化所脑网络组研究中心对人体头部组织结构与脑网络组图谱进行了二十余年深入研究，中科搏锐研发团队在此基础上，建立起对患者脑部微弱血氧信号的无创化采集方法。同时借助人工智能和大数据核心算法，开展了大量近红外光谱技术的蒙特卡洛仿真实验，验证了在 1000 万个光子入射到颅内后的形走轨迹及其概率分布，最终确定了选用的光波段与能量。
无创脑血氧监护仪能否真正帮助到医生与患者，其关键在测量结果是否准确。张鑫博士表示，这不但需要优秀的检测算法，还应排除头皮、颅骨、脑脊液等浅层组织对血氧信号的干扰等。
为此中科搏锐团队对头皮、颅骨、脑脊液、灰质、白质等头部及大脑主要结构的吸收特性和散射特性进行了标定。此举不仅可以了解入射至颅内的近红外光被哪些组织吸收，而且还能得到组织内含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收比例，从而得到脑部血氧饱和度的准确数据。
加速临床应用
脑是全身耗氧最大且缺氧耐受性最差的器官，围手术期脑组织灌注不足所导致的脑组织局部脑氧饱和度下降与患者术后发生各种神经系统并发症如术后谵妄、神经认知恢复延迟、脑卒中等密切相关。
以脑卒中为例，在当下的中国，每 12 秒就有一人发生脑卒中，每 21 秒就有一人死于脑卒中。脑卒中已经成为我国国民第一位的致死病因。即使在医院就诊和各类手术相关的围术期、重症监护期，脑卒中发病率依旧高达 5% 至 15% 不等。
张鑫博士表示，针对这一现实情况，尽快将无创脑血氧监护仪推向临床已经迫在眉睫。2017 年 8 月，北京药品监督管理局发布 2017 年第八期市创新医疗器械产品公示，中科搏锐（北京）科技有限公司申请的「无创脑血氧监护仪」创新产品通过审查，享受注册过程中的绿色通道，这为产品加速临床应用平添助力。
目前，中科搏锐已经研发成功无创、多通道、实时监测的便携式无创脑氧监护仪以及穿戴式无线脑氧头带。其中无创脑血氧监护仪可同时采集 6 个血氧通道，提供 3 个部位的血氧信息，是目前通道数领先、包含全面血氧信息的设备。基于这些设备，公司还推出全场景无创脑血氧监测解决方案，使脑血氧的监测场景不受空间和时间的局限，真正做到开创性的全场景无创、实时监测。
张鑫博士向丁香园透露，这两款脑血氧监测产品已在北京协和医院、首都医科大学宣武医院及首都医科大学附属北京天坛医院等，针对不同临床场景完成了对比试验。并在北京市药品监督管理局指导下，通过国内最严格临床试验成为国内首个采用该方案开展脑血氧饱和度临床评价的产品。从试验结果来看，无创脑血氧监护仪与有创检测的误差小于 2%，完全可以满足临床需求。
值得一提的是，就在前不久，无创脑血氧监护仪取得北京市药监局颁发的Ⅱ类医疗器械注册证。他表示，这意味着中国医患将在短期内，即可在临床上体验到这款无创脑血氧监护设备提供的无创、便携、精确、实时、连续的脑血氧监测服务。
致力临床推广
无创脑血氧监测作为脑及局部组织氧供和氧耗状态的早期预警以及复苏指标，从而能指导临床优化脑及局部组织的氧供/氧耗平衡。无创脑血氧监测是重要的危重症器官化治疗的导向性监测方法，是以颅脑及局部组织灌注为导向的血流动力学管理方法，是灌注障碍早期发现/评估治疗的一项可靠指标，并最终有效预警局部组织的灌注情况。它在重症患者脏器功能实时监测方面的作用已经得到越来越多医生的认可。不过，相较这些优点，无创脑血氧监测的临床渗透率却并不高。
张鑫博士解释道，这一落差的确存在，其背后的原因相对复杂。首先，这与我国神经科学起步较晚，2010 年之后才得到了全面重视，这导致基础研究的学者和临床医生对脑部信号监测的关注度存在不足；其次，由于基础研究的不足和认识的不到位，使得脑部检查技术存在明显的薄弱之处，这也阻碍了无创脑血氧监测的应用；最后，虽然 NIRS 技术早在上世纪 70 年代就已提出，但真正走向临床是最近的事情，因此在临床全面铺开也需要一个过程。
近年来，脑血氧监测的重视程度得到显著加强。在基础领域，2018 年中国脑计划正式布局，其内容既包括探索认知功能的神经基础、脑疾病诊断与干预方法的应用研究，也包括利用脑科学来启发计算方法与设备的开发。在临床领域，国家卫健委于 2019 年组织制定的《麻醉科医疗服务能力建设指南（试行）》明确要求将脑氧饱和度监测仪作为必备检测设备。相信在这些合力的作用下，必将释放无创脑血氧监测技术的更多价值。
在与丁香园交流的最后，张鑫博士特别提到，未来一段时间里，中科搏锐除了在产品研发上进一步加大力度外，一方面将通过线上线下的多种方式积极帮助相关科室的医生更多了解无创脑血氧监测的优势，另一方面则是与临床专家开展密切沟通，促成无创脑血氧监测临床应用的规范、共识和指南的出台，令这项技术更好地为医患服务。
据悉，中科搏锐已获得来自中科创星的天使投资，以及明势资本的 Pre-A 轮融资。近期正在启动新一轮融资，资金主要应用在生产场地建设、产品推广、产品迭代及研发、产品再生产等方面。