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A espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS) é um método não invasivo utilizado na avaliação da oxigenação regional cerebral e/ou renal. Trata-se de uma importante ferramenta de manejo clínico. O presente estudo descreve casos clínicos de recém-nascidos internados na Unidade de Terapia Intensiva Neonatal de um hospital universitário brasileiro monitorados com NIRS. A aplicabilidade da NIRS, assim como seu uso como método de monitoramento contínuo para recém-nascidos com alto risco de lesão cerebral, são avaliados. Este estudo fez parte do Trabalho de Conclusão da Residência Médica em Neonatologia. Caso 1: Persistência do canal arterial - indicação guiada por NIRS para tratamento medicamentoso. Caso 2: Choque séptico - NIRS foi útil na identificação da necessidade de inotrópicos. Caso 3: Anemia da prematuridade - NIRS revelou aumento da oxigenação cerebral após transfusões com concentrado de hemácias. Caso 4: Encefalopatia hipóxico-isquêmica - NIRS identificou sinais de prognóstico neurológico reservado. A NIRS é um método de monitoramento contínuo da perfusão cerebral e renal de fácil e boa aplicabilidade e ausência de complicações. Os casos refletem a importância e o potencial da NIRS na prática clínica e no diagnóstico de recém-nascidos, além de possibilitar avaliações prognósticas. A NIRS é um método de boa aplicabilidade sem complicações de curto prazo. A observação dos valores de oxigenação cerebral pode ajudar a evitar patologias associadas ao desenvolvimento de sequelas neurológicas.