无线脑血氧头带

无创脑血氧监护仪

近年来，中国科学院自动化研究所大力推进科技成果产业化。这些成果不仅能够填补临床应用空白，而且能够建立产品行业标准，进而形成有国际影响力的技术与产品。

■本报记者 沈春蕾

脑卒中是我国国民第一位死亡病因。据《中国脑卒中防治报告2018》指出，我国每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，又称中风、脑梗、脑血管意外，是由于脑部血管突然破裂或因血管阻塞导致血液不能流入大脑而引起脑组织损伤的一种急性脑血管疾病。“术中的脑缺血发生的比例达到13.6%，这和监测手段关系非常大。”中科搏锐（北京）科技有限公司（以下简称中科搏锐）创始人张鑫告诉《中国科学报》。

中科搏锐的创始团队来自中国科学院自动化研究所（以下简称自动化所）。在日前举办的第82届中国国际医疗器械（秋季）博览会上，中科搏锐展示了团队自主研发的无创脑血氧监护仪和无线脑血氧头带两款产品。张鑫介绍道：“这两款产品可实时监测出脑血氧值。其中，无线脑血氧头带是国内外首创产品。”

为什么要监测脑血氧

人们常常会出现头晕、脑胀、精力不足等症状，这些大多是脑部缺氧的表现。人脑虽然只占体重的2%，但耗氧量达全身耗氧量的25%，一分钟内流经脑的血液约750毫升。

张鑫对脑血氧监测的重要性有切身体会。“由于爱人生产时间较长，我的孩子出生的时候浑身上下煞白，存在典型缺氧症状。”张鑫回忆说，当时孩子被送到ICU进行观察、治疗，所幸并无大碍，但这却在张鑫心底萌生一个想法，能不能对早产儿进行有效的无线脑血氧检测？

“早产儿因呼吸中枢发育不成熟，呼吸常不规则，可能出现频繁的呼吸暂停，甚至呼吸衰竭。”张鑫解释道，利用近红外无创脑血氧饱和度监测技术，实时观察并掌握早产儿脑血氧情况变化，能更好地指导临床医生，使脑缺氧患儿在尚未出现临床症状之前，及时通过临床干预，减少脑缺氧所引起的严重并发症。

2010年，张鑫加入自动化所脑网络组研究中心。该中心一直致力于脑科学基础研究、影像基因组学、脑疾病、脑检测设备研发4个方向，累计国家级项目支持上亿元，承担了国家重大基础科学研究、国家重大科学仪器设备开发等重大项目。

在该中心主任蒋田仔的指导下，张鑫带领团队开展脑部检测与成像设备的开发，尤其在脑血氧监测方面，进行脑血氧实时监测技术的研发。张鑫说：“我们希望通过无创实时脑血氧监测技术为医护人员提供科学指导，从而降低术中或术后患者发生脑中风的概率，缩短患者在重症监护室以及在普通病房的住院时间。”

自主创新的优势所在

张鑫告诉《中国科学报》，传统临床上检测脑血氧饱和度多通过在颈动脉和颈静脉埋置导管，不定期采集颅内血样，然后将血样放置于血气分析仪内进行检测，从而得到脑组织血氧饱和度。

“与传统脑血氧检测方式相比，中科搏锐自主研发、生产的无创脑血氧监护仪可实时、连续监测脑血氧饱和度、组织氧饱和度及指脉氧饱和度。”张鑫说，我们采用近红外光谱技术，结合人类脑部结构与功能组织特性设计了头部多层模型，并优化了结构设计和算法设计。

通过发射无损伤性的低能量近红外光，由光敏器件探测光源的不同折射和散射光，再将传感器接收的光信号转换成电信号，经嵌入式系统处理，最终实时显示出脑血氧值，搭配无线脑血氧头带使用，可适应重症监护、母婴、围术期等全场景无创监测。

2017年初，在国家相关政策引导下，在自动化所和脑网络组研究中心的支持和帮助下，中科搏锐成立。中科搏锐依托脑网络组研究中心近20年对于脑部结构和功能研究的成果，以脑为中心，坚持自主研发，致力于脑部诊疗设备研发、生产和销售。

“目前，我们自主研发的无创脑血氧监护设备，可替代传统的有创、非实时的颈静脉球穿刺检测方法。”张鑫介绍，“这套设备不仅打破国外垄断，而且搭载自主研发的更精确的颅脑特征算法及国内外首创无线检测技术，实现脑血氧水平的无创、实时、无线、精确的持续监测。”

张鑫还向《中国科学报》透露，中科搏锐推出的无创脑血氧检测产品已获批为北京市市场监督管理局“创新医疗器械产品”，可享受注册过程的优先审评审批。

诊疗设备将服务大众

张鑫告诉记者，在临床应用上，中科搏锐自主研发的无创脑血氧监护仪可应用于麻醉科、重症监护室（ICU）、神经内外科、新生儿科、心脏外科等科室；无线脑氧头带应用范围则能延伸到高压氧科、康复科等，同时也可以进行高原、低氧或瞬时血液循环急变等特殊环境或任务下的脑血氧监测。

除了应用于临床服务之外，无创脑血氧监护产品还可以服务于军人、飞行员等特殊职业人员。“比如战斗机飞行员，在常规训练过程中需要进行抗载荷训练，由于所承受的重力加速度瞬间大幅增加，导致颅内缺氧，严重时会引起昏迷，有机毁人亡的可能。”张鑫介绍道，“我们研发的设备能快速、实时地监测到脑部血氧的变化，对其日常飞行训练有积极且重要的作用。”

另外，随着急救和重症医疗技术的发展，颅脑损伤患者的存活率明显提高，一部分患者从重度昏迷转归为慢性意识障碍。“我国每年新增慢性意识障碍患者超过10万例，年累计医疗开支达300亿～500亿元，这是一个非常庞大的人群，同时又有非常巨大的医疗费用负担。”

作为中国意识障碍联盟成员单位，同时也是中国神经科学学会意识与意识障碍分会理事单位，中科搏锐在逐步认识到脑部功能活动和视觉注意能够对意识水平进行客观、量化的评价，并与相关领域专家多次讨论后，更进一步明确了该产品的研发方向，即通过脑生理指标加上视觉注意检测，实现意识水平的客观量化评价，帮助医生制定更准确的临床干预方案。

“提供科学的治疗意见一直是脑科学的研发方向之一。”自动化所脑网络组中心主任蒋田仔介绍，脑网络组图谱具有更加精细的脑区划分，并对每个脑区的亚区进行了功能解码，有望为复杂的脑部研究和治疗提供“精准导航”。

近年来，自动化所大力推进科技成果产业化，党委副书记战超表示，这些成果不仅能够填补临床应用空白，而且能够建立产品行业标准，进而形成有国际影响力的技术与产品。未来，自动化所将进一步推动科技成果产业化步伐，让更多科技产品“走下书架，走上货架”。