Name: 使用近红外光谱测量血液透析患者的组织氧合 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-10-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 36 s
Description: 了解如何使用近红外光谱技术实时监测血液透析患者的组织氧合状态。该方法无创且可靠，可检测透析过程中的器官缺氧变化，有助于识别并发症并改善患者护理质量。

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我们感谢Jichi医科大学Saitama医疗中心肾病科的透析工作人员及科室成员。同时感谢Editage（www.editage.com）在英文语言编辑方面提供的帮助。

所有参与者均签署了书面知情同意书。本研究已获得日本顺天堂大学埼玉医疗中心机构审查委员会批准（RIN 15–104）。
1. rSO2 监测设备
<ol>
	<li>准备一台近红外光谱（NIRS）设备，用于测量组织氧合。该设备具有四个通道，可同时对最多四个器官进行测量。</li>
	<li>为NIRS监测准备测量传感器，通过在两个波长下发射近红外光来评估各器官的rSO2值。</li>
</ol>
2. 安装测量传感器
<ol>
	<li>每次血液透析前，让每位患者仰卧休息至少5分钟。</li>
	<li>将测量传感器分别贴附于前额、右侧季肋区和下肢，以评估脑部、肝脏和下肢肌肉的rSO2。</li>
	<li>脑组织氧合监测
	<ol>
		<li>将测量传感器贴附于优势半球的前额部位。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>肝脏氧合监测
	<ol>
		<li>准备超声设备，测量患者肝脏表面至体表的深度，确认该深度在20–30 mm范围内。随后，将测量传感器贴附于右侧季肋区。 
		注意：该设备所测得的rSO2值对应于体表下20–30 mm深度的组织。在某些情况下，由于皮下脂肪较厚，肝脏位置可能深于体表30 mm以上。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>肌肉氧合监测
	<ol>
		<li>将测量传感器贴附于右侧或双侧下肢。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>传感器连接与设备启动
	<ol>
		<li>将各传感器连接至设备导线，然后开启设备，开始氧合监测。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 穿刺透析瘘管并开始监测
<ol>
	<li>穿刺透析通路
	<ol>
		<li>穿刺患者的透析通路以开始血液透析（HD）治疗。此时，使用透析机配备的数字血压计测量血压，并用注射器采集血样。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>开始监测
	<ol>
		<li>开始HD治疗后，启动对三个器官组织氧合的监测：脑、肝和小腿肌肉。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>HD期间rSO2的监测
	<ol>
		<li>观察各器官rSO2值的变化，并定期测量血压，同时进行HD治疗期间的常规监测，包括心率、静脉压和血容量。确认传感器与导联的贴附部位及其连接状态。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Nishiyama, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regional+cerebral+oxygen+saturation+monitoring+for+predicting+interventional+outcomes+in+patients+following+out-of-hospital+cardiac+arrest+of+presumed+cardiac+cause%3A+A+prospective%2C+observational%2C+multicentre+study%5BTitle%5D)+AND+%22Resuscitation%22%5BJournal%5D)">Regional cerebral oxygen saturation monitoring for predicting interventional outcomes in patients following out-of-hospital cardiac arrest of presumed cardiac cause: A prospective, observational, multicentre study.</a> Resuscitation. 96, 135-141 (2015).</li>
<li>Kobayashi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Factors+associated+with+a+low+initial+cerebral+oxygen+saturation+value+in+patients+undergoing+cardiac+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Artificial+Organs%22%5BJournal%5D)">Factors associated with a low initial cerebral oxygen saturation value in patients undergoing cardiac surgery.</a> Journal of Artificial Organs. 20 (2), 110-116 (2017).</li>
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<li>MacEwen, C., Sutherland, S., Daly, J., Pugh, C., Tarassenko, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relationship+between+Hypotension+and+Cerebral+Ischemia+during+Hemodialysis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Socociety+of+Nephrology%22%5BJournal%5D)">Relationship between Hypotension and Cerebral Ischemia during Hemodialysis.</a> Journal of the American Socociety of Nephrology. 28 (8), 2511-2520 (2017).</li>
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<li>Ookawara, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differences+in+tissue+oxygenation+and+changes+in+total+hemoglobin+signal+strength+in+the+brain%2C+liver%2C+and+lower-limb+muscle+during+hemodialysis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Artificial+Organs%22%5BJournal%5D)">Differences in tissue oxygenation and changes in total hemoglobin signal strength in the brain, liver, and lower-limb muscle during hemodialysis.</a> Journal of Artificial Organs. 21 (1), 86-93 (2018).</li>
<li>Malik, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+ischemia+worsens+during+hemodialysis+in+end-stage+renal+disease+patients%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Vascular+Access%22%5BJournal%5D)">Tissue ischemia worsens during hemodialysis in end-stage renal disease patients.</a> The Journal of Vascular Access. 18 (1), 47-51 (2017).</li>
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<li>Kovarova, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low+Cerebral+Oxygenation+Is+Associated+with+Cognitive+Impairment+in+Chronic+Hemodialysis+Patients%5BTitle%5D)+AND+%22Nephron%22%5BJournal%5D)">Low Cerebral Oxygenation Is Associated with Cognitive Impairment in Chronic Hemodialysis Patients.</a> Nephron. 139 (2), 113-119 (2018).</li>
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<li>Cordtz, J., Olde, B., Solem, K., Ladefoged, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Central+venous+oxygen+saturation+and+thoracic+admittance+during+dialysis%3A+new+approaches+to+hemodynamic+monitoring%5BTitle%5D)+AND+%22Hemodialysis+International%22%5BJournal%5D)">Central venous oxygen saturation and thoracic admittance during dialysis: new approaches to hemodynamic monitoring.</a> Hemodialysis International. 12 (3), 369-377 (2008).</li>
<li>Kamijo, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+monitoring+of+blood+pressure+by+analyzing+the+blood+flow+sound+of+arteriovenous+fistula+in+hemodialysis+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+and+Experimental+Nephrology%22%5BJournal%5D)">Continuous monitoring of blood pressure by analyzing the blood flow sound of arteriovenous fistula in hemodialysis patients.</a> Clinical and Experimental Nephrology. 22 (3), 677-683 (2018).</li>
<li>Ito, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Factors+affecting+cerebral+oxygenation+in+hemodialysis+patients%3A+cerebral+oxygenation+associates+with+pH%2C+hemodialysis+duration%2C+serum+albumin+concentration%2C+and+diabetes+mellitus%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Factors affecting cerebral oxygenation in hemodialysis patients: cerebral oxygenation associates with pH, hemodialysis duration, serum albumin concentration, and diabetes mellitus.</a> PLoS One. 10 (2), 0117474(2015).</li>
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<li>Cho, A. R., Kwon, J. Y., Kim, C., Hong, J. M., Kang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+sensor+location+on+regional+cerebral+oxygen+saturation+measured+by+INVOS+5100+in+on-pump+cardiac+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Anesthesia%22%5BJournal%5D)">Effect of sensor location on regional cerebral oxygen saturation measured by INVOS 5100 in on-pump cardiac surgery.</a> Journal of Anesthesia. 31 (2), 178-184 (2017).</li>
<li>Ito, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deterioration+of+cerebral+oxygenation+by+aortic+arch+calcification+progression+in+patients+undergoing+hemodialysis%3A+A+cross-sectional+study%5BTitle%5D)+AND+%22BioMed+Research+International%22%5BJournal%5D)">Deterioration of cerebral oxygenation by aortic arch calcification progression in patients undergoing hemodialysis: A cross-sectional study.</a> BioMed Research International. , 2852514(2017).</li>
<li>Ito, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood+transfusion+during+haemodialysis+improves+systemic+tissue+oxygenation%3A+A+case+report%5BTitle%5D)+AND+%22Nefrologia%22%5BJournal%5D)">Blood transfusion during haemodialysis improves systemic tissue oxygenation: A case report.</a> Nefrologia. 37 (4), 435-437 (2017).</li>
<li>Ito, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvement+of+bilateral+lower-limb+muscle+oxygenation+by+low-density+lipoprotein+apheresis+in+a+patient+with+peripheral+artery+disease+undergoing+hemodialysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nefrologia%22%5BJournal%5D)">Improvement of bilateral lower-limb muscle oxygenation by low-density lipoprotein apheresis in a patient with peripheral artery disease undergoing hemodialysis.</a> Nefrologia. 39 (1), 90-92 (2019).</li>
<li>Kitano, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+tissue+oxygenation+in+response+to+sudden+intradialytic+hypotension%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Artificial+Organs%22%5BJournal%5D)">Changes in tissue oxygenation in response to sudden intradialytic hypotension.</a> Journal of Artificial Organs. 23 (2), 187-190 (2020).</li>
<li>Lemmers, P. M. A., Toet, M. C., van Bel, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+patent+ductus+arteriosus+and+subsequent+therapy+with+indomethacin+on+cerebral+oxygenation+in+preterm+infants%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatrics%22%5BJournal%5D)">Impact of patent ductus arteriosus and subsequent therapy with indomethacin on cerebral oxygenation in preterm infants.</a> Pediatrics. 121, 142-147 (2008).</li>
<li>Ito, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sleep+apnea+syndrome+caused+lowering+of+cerebral+oxygenation+in+a+hemodialysis+patient%3A+a+case+report+and+literature+review%5BTitle%5D)+AND+%22Renal+Replacement+Therapy%22%5BJournal%5D)">Sleep apnea syndrome caused lowering of cerebral oxygenation in a hemodialysis patient: a case report and literature review.</a> Renal Replacement Therapy. 4, 54(2018).</li>
<li>Minato, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+monitoring+of+changes+in+cerebral+oxygenation+during+hemodialysis+in+a+patient+with+acute+congestive+heart+failure%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Artificial+Organs%22%5BJournal%5D)">Continuous monitoring of changes in cerebral oxygenation during hemodialysis in a patient with acute congestive heart failure.</a> Journal of Artificial Organs. , (2019).</li>
</ol>

无利益冲突。

近红外光谱（NIRS）监测主要用于评估脑组织氧饱和度（rSO2），尤其适用于需要体外循环的心血管或脑血管手术。在包括血液透析（HD）治疗在内的体外循环过程中，某些器官可能出现相对性缺血7,17,18；然而，组织氧合水平是否确实降低仍不明确。血液透析过程中出现的肌肉痉挛或腹痛，可能是由于器官灌注不足导致透析中低血压的先兆症状之一。然而，在血液透析治疗中，目前尚无用于实时评估组织氧合状态的方法。因此，我们关注利用上述方案中的监测设备来评估器官的氧合状况。该方案对血液透析患者无创，且有助于实时确认组织氧合状态的变化。
如图1所示，伴有糖尿病（DM）的血液透析（HD）患者脑组织氧饱和度（rSO2）低于无糖尿病的患者。此外，血管钙化程度越高，脑组织氧合水平越低19</s...

近红外光谱技术（NIRS）已被用于评估区域氧饱和度（rSO2），该指标可反映组织氧合状态，尤其在多种临床场景下用于评估脑部氧合1,2,3，并已近期应用于接受血液透析（HD）的患者4,5,6,7,8,9,10,11。据报道，脑部rSO2与接受血液透析的患者或非透析慢性肾脏病（CKD）患者的认知功能相关11,12。然而，迄今为止，NIRS监测在CKD患者中的应用仍较为有限。
由于近红外光谱（NIRS）监测具有实时性和无创性，我们评估了其作为血液透析（HD）患者监测设备的实用性。尽管NIRS主要用于测量脑组织氧饱和度（rSO2），我们还考察了HD过程中其他器官的rSO2值。具体而言，将rSO2测量传感器分别置于前额、右季肋区和小腿部位，以评估脑、肝及下肢肌肉的rSO2。结果表明，NIRS监测可为阐明HD期间器官氧合变化或影响慢性肾病（CKD）患者组织氧合的因素提供一种新方法。
迄今为止，在临床实践中，血液透析（HD）期间已采用持续监测方法，包括血容量监测、中心静脉血氧饱和度、胸腔导纳以及电子听诊器引导的血压（BP）估算13,14,15；然而，这些方法在低血压预测方面或设备的广泛应用上仍存在局限性。相比之下，本文介绍的新型无创方法可实时提供个体器官在透析过程中的氧动态信息。因此，该监测方法可能有助于在透析中低血压的早期阶段检测到短暂的器官缺血，并可能促进血液透析的安全实施。本文描述了一项用于测量接受血液透析患者组织氧合（以rSO2表示）的实验方案。

<table><tbody><tr><td>DBB-100NX</td><td>Nikkiso</td><td>DBB-100NX</td><td>透析机</td></tr><tr><td>INVOS 5100c</td><td>Covidien Japan</td><td>INVOSTM 5100c</td><td>组织氧合监测设备</td></tr><tr><td>SOMASENSER</td><td>Covidien Japan</td><td>CV-SAFB-SM/INTL</td><td>NIRS 传感器</td></tr></tbody></table>

使用近红外光谱法测量接受血液透析患者组织氧合水平

Measurement of Tissue Oxygenation Using Near-Infrared Spectroscopy in Patients Undergoing Hemodialysis

近红外光谱技术（NIRS）最近被用作测量区域血氧饱和度（rSO₂）的一种工具2），一种组织氧合的标志物，在心血管手术、脑外科、新生儿监护及院前急救等临床场景中的应用。近红外光谱监测设备具有实时、无创的特点，主要用于手术期间或重症监护期间对危重患者脑氧合状态的评估。迄今为止，近红外光谱监测在慢性肾脏病（CKD）患者（包括接受血液透析（HD）的患者）中的应用仍较为有限；因此，我们研究了rSO₂2 HD 期间某些器官的数值变化。我们监测了 rSO2 使用在两个波长下发射近红外光的NIRS设备测量值。将HD患者置于仰卧位，测量rSO2 将测量传感器分别贴在前额、右季肋区和小腿部位，以评估rSO₂2 分别在脑部、肝脏和小腿肌肉中。近红外光谱监测（NIRS）可能为阐明血液透析期间器官氧合的变化或影响慢性肾病（CKD）患者组织氧合的因素提供一种新方法。本文描述了一种通过rSO₂来测量组织氧合的实验方案。2 如在亨廷顿病患者中所应用的。

HD 前的脑组织氧饱和度（rSO2）值低于健康受试者，且合并糖尿病（DM）的 HD 患者的脑 rSO2 低于无 DM 的 HD 患者（图 1）16。此外，尽管在 HD 期间血压（BP）未下降，组织氧合仍持续存在，但我们偶然观察到因透析中低血压导致的脑和肝 rSO2 变化（图 2）。由于实现了连续监测，组织氧合的变化比间歇测量的血压更早被发现。数据以均值 ± 标准误表示。采用非配对样本的方差分析对三组进行比较。
<img alt="脑部rSO2图表；HD患者与健康受试者对比；统计分析，显示P值。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61721/61721fig01.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" da...

我们介绍了一种利用近红外光谱监测仪测量血液透析（HD）患者区域血氧饱和度（rSO2）的实验方案。rSO2值是组织氧合状态的指标。这种无创、实时的监测方法可用于确认HD过程中器官氧合状态的变化。

近红外光谱技术（NIRS）最近被用作测量区域氧饱和度（rSO2）——一种组织氧合的指标——的工具，在……

利用该方法，我们可以了解血液透析过程中器官的氧动态变化。在本方案建立之前，我们无法确认各器官区域氧含量的变化。这种简单的技术能够无创、实时地评估区域血氧饱和度。对于透析患者，这种监测可能发现透析期间高血压或血液透析过程中脑缺血干。该神经系统监测已在多个领域得到应用，包括心血管和脑血管外科、新生儿科、重症监护以及院前急救。我们希望未来这种监测能在其他领域得到应用。例如，认知功能障碍的诊断。首先准备近红外光谱仪（NIRS）设备，用于测量组织氧合情况。该设备具有四个通道，可同时对最多四个器官进行测量。此外，准备近红外光谱（NIRS）监测用的测量传感器，通过在两个波长下发射近红外光来评估各器官的局部氧饱和度。在血液透析前，让患者仰卧位休息至少五分钟。然后将测量传感器分别贴附于前额、右侧季肋区和小腿部位，以评估脑部、肝脏和小腿肌肉的局部氧饱和度。进行脑区氧饱和度测量时，将传感器贴附于优势半球的前额部位。进行肝脏测量时，测量患者肝脏自体表的深度，并确认该深度在20至30毫米范围内。随后，将测量传感器贴附于右侧季肋区。为了监测肌肉氧合情况，将测量传感器连接至右侧或双侧小腿。将每个传感器连接到设备的导线上。然后打开设备，开始测量氧合水平。穿刺患者的透析瘘管以开始血液透析治疗。使用透析机配备的数字血压计测量血压，并用注射器采集血样。开始治疗后，启动对三个器官组织氧合状态的监测。除了在血液透析期间进行的常规监测外，还应观察各器官区域氧饱和度值的变化，并定期测量血压。确认传感器与导线之间的连接部位及连接状态。血液透析患者在透析前的脑部氧饱和度值低于健康受试者。糖尿病血液透析患者的饱和度值低于非糖尿病血液透析患者。尽管在血液透析期间血压未下降，组织氧合仍持续存在，但观察到透析中低血压引起的脑部和肝脏区域氧饱和度的变化。在实施该方案时，重要的是要综合考虑测量传感器的定位，并应用传感器的注册。该新系统本身并非一种新技术，但将此监测系统应用于血液透析则属于一项新的应用，对于评估血液透析过程中器官氧合状态的变化具有重要价值。

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Research

科研

JoVE Journal

Medicine

医学

使用近红外光谱测量血液透析患者的组织氧合

开发了一种双模成像系统，用于无接触评估皮肤组织氧合和血管功能。...

双模态成像技术用于皮肤组织氧合与血管功能检测

我们将频域近红外光谱法测量的脑血红蛋白氧合水平与扩散相关光谱法测量的脑血流指数相结合，以估算氧代谢指数。我们检验了该指标作为床旁筛查工具在评估新生儿大脑健康与发育方面的有效性。...

婴儿大脑代谢与血流动力学的无创光学测量

在人体中模拟缺氧通常通过吸入低氧气体混合物来实现。本研究则利用屏气潜水者在人体中模拟动态缺氧。此外，还采用近红外光谱法（NIRS）和外周血氧饱和度（SpO2）等无创工具评估了去饱和和再饱和动力学过程中的生理变化。...

一种模拟人类临床相关低氧状态的模型

本文介绍了一种简单、无创的方法，通过近红外光谱技术，在一次临床或实验室就诊过程中评估反应性充血、神经血管耦合以及骨骼肌氧化能力。...

骨骼肌神经血管耦合、氧化能力及微血管功能的“一站式”近红外光谱检测

本方案将近红外光谱技术整合到传统的 cardiopulmonary exercise testing（ cardiopulmonary exercise...

心力衰竭患者 cardiopulmonary exercise testing 中脑组织饱和度监测的整合

本方案旨在协助临床医生测量婴儿和儿童不同身体部位的局部组织氧合情况。该方法可用于组织氧合可能受损的情况，特别是在体外循环期间、使用非搏动性心室辅助装置时，以及危重新生儿、婴儿和儿童的救治过程中。...

如何在危重新生儿、婴儿和儿童中实施近红外光谱监测

我们介绍了一种基于近红外扩散光学的多模态设备，用于无创、连续测量微血管的绝对血流指数和血氧饱和度。随后，通过血管阻断试验评估氧消耗的代谢率和反应性充血。...

用于重症监护的混合近红外漫射光学光谱无创监测微血管血氧及反应性充血

本文介绍一种利用近红外光谱技术无创评估下肢反应性充血的方法。该方案可对血管及微血管反应性进行标准化评估，可用于判断是否存在血管功能障碍，以及评估治疗干预措施的有效性。...

通过反应性充血期间的近红外光谱法评估下肢血管功能

本方案结合近红外光谱技术（NIRS），用于评估心肺运动测试期间前额叶皮层、呼吸肌（m.Intercostales）和运动肌（m.Vastus...

使用近红外光谱可穿戴设备识别运动过程中的中枢与外周限制

我们详细介绍了一种用于斑块生物学二维血管内分子成像的新型近红外荧光（NIRF）导管 体内NIRF 导管可通过检测对斑块具有高亲和力的可激活型和靶向型近红外荧光染料的存在，从而实现对炎症等关键生物过程的可视化。该导管采用符合临床标准的工程设计和功耗要求，旨在应用于人类冠状动脉。以下研究描述了一种多模态成像策略，该策略利用一种新型的 体内...

体内 近红外荧光（NIRF）血管内分子成像技术对炎症斑块的检测：一种多模态动脉粥样硬化成像方法

了解如何使用近红外光谱技术实时监测血液透析患者的组织氧合状态。该方法无创且可靠，可检测透析过程中的器官缺氧变化，有助于识别并发症并改善患者护理质量。

使用近红外光谱法测量接受血液透析患者组织氧合水平

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