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方法文章

床旁经颅彩色多普勒超声检测大脑中动脉

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DOI：

10.3791/67288

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2024年8月9日

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neurology, University of Southern California, Keck school of Medicine, 2Department of Neurology, University of Arizona, College of Medicine, 3Department of Anesthesiology, Duke University School of Medicine

本文内容

摘要

经颅超声是监测多种神经系统疾病患者的重要工具。尽管在会诊研究中通常以标准化方案使用，但在利用床旁超声（PoCUS）的许多方案中，脑部检查常被忽视。本研究提出了一种床旁超声图像采集方案。

摘要

在多种临床问题的评估与管理中，床旁即时超声（PoC）正成为一种新兴的床边工具。经颅彩色多普勒超声（TCCD）在多种情况下具有重要价值，例如用于意识丧失或神经系统检查结果不明确的患者，因其有助于明确特定颅内病变的存在。尽管经颅超声的诊断价值已被公认，但其在重症医学中的应用仍存在差异。这种差异部分源于各医疗机构培训不一致，其根本原因在于缺乏标准化的教育与培训体系。此外，在许多重症监护方案中，例如RUSH（休克与低血压的快速超声评估）和FAST（创伤的聚焦超声评估）检查，脑部常常被忽视。为弥补这些不足，本文提出了一项针对成人PoC TCCD图像采集的操作流程，详细说明了其适应证、局限性、探头选择、放置位置、图像采集顺序及图像优化方法。此外，本文还探讨了PoC TCCD在三种疾病筛查中的应用：脑血管痉挛、颅内压升高以及脑循环停止的进展。

引言

1982年，Aaslid等人首次描述了经颅多普勒（transcranial Doppler, TCD）超声技术，该方法可用于评估颅内血流及其流速1。随后，发展出了经颅彩色编码双功能超声（transcranial color-coded duplex ultrasound, TCCD），可实现脑内血管系统的彩色编码可视化。这使得TCCD能够在一定程度上克服TCD的一个局限性：对声束角度的依赖性。具体而言，由于多普勒频移效应，当超声束与血管轴之间的夹角处于0–30度时，血流速度的测量最为准确2。虽然TCD在流速测量中通常假设夹角接近于零，但TCCD能够直观显示声束入射角度，从而实现角度校正后的速度测量3。

经颅彩色多普勒超声（TCCD）包含多种多普勒测量参数，包括但不限于：搏动指数（PI）、平均血流速度（MFV）以及时间校正速度（TAV）4。利用这些测量参数，TCCD 可用于多种重要疾病的无创筛查，例如脑血管痉挛、颅内压增高（ICP）以及脑循环停止，每种情况均具有独特的血流动力学和超声影像特征5。

首先，在蛛网膜下腔出血（动脉瘤性或创伤性）后发生脑血管痉挛的情况下，经颅彩色多普勒超声（TCCD）可实时显示颅内血流情况，从而检测到脑动脉的狭窄或收缩。通过测量平均血流速度（MFV，定义为舒张末期流速 + 1/3（收缩峰值流速 + 舒张末期流速）6），临床医生可在症状出现前长达2.5天量化血管痉挛的严重程度7。同时，通过测量搏动指数（PI，定义为（收缩峰值流速 - 舒张末期流速）/ 平均流速），可发现其数值升高（>1.2）7。升高的PI值提示脑血管阻力增加，反映出远端血管痉挛所致的远端灌注受损7或颅内 压升高。联合使用TCCD、PI和MFV有助于早期发现和持续监测血管痉挛，从而实现及时干预，预防缺血性损伤并改善患者预后。

其次，在颅内压（ICP）升高的情况下，可通过搏动指数（PI）和平均血流速度（MFV）评估脑血管动力学。PI和MFV反映脑血流量及血管阻力的变化，这两者均会受到ICP升高的影响。由于脑血管顺应性受损，ICP升高可能导致PI值升高；而MFV降低则提示继发于颅内压升高的脑灌注减少4。监测这些参数可帮助临床医生评估ICP升高的严重程度，指导治疗决策，并评价旨在降低ICP的干预措施的疗效。

第三，在发生脑循环停止的情况下，搏动指数（PI）和平均血流速度（MFV）的评估对于确认脑血流的终止具有关键作用。利用经颅彩色多普勒超声（TCCD）和血流动力学参数快速识别脑循环停止，对于启动时间敏感性干预措施至关重要，例如采取高级神经重症监护措施，以便在及时发现的情况下恢复脑灌注。

总之，经颅彩色多普勒超声（TCCD）提供了一种无创的床旁工具，可用于筛查脑血管痉挛、颅内压升高以及脑循环停止。通过实时显示和量化脑血流动力学状态，TCCD 使临床医生能够诊断、监测和管理这些危重神经系统疾病，有望改善患者预后，降低发病率和死亡率。然而，尽管经颅超声的诊断价值已被公认，TCCD 在危重症医学中的床旁应用仍存在差异，部分原因在于不同医院对该技术的培训尚不一致，缺乏标准化的培训与教育体系。

为弥补这些不足，本文提出了一种可在临床诊疗现场（point-of-care, PoC）应用的成人经颅彩色多普勒（TCCD）图像采集方案。通常，PoC超声由患者的主要治疗医师直接实施并解读8，这与会诊型超声不同——后者虽由主要治疗医师申请，但由独立的专业团队执行。会诊型经颅多普勒（TCD）或TCCD通常需对Willis环的多条脑动脉进行多普勒检测，而本PoC方案则选择性地聚焦于大脑中动脉（MCA）的检测，原因如下：（1）MCA通常是使用TCCD技术最易检测到的Willis环分支；（2）MCA承担了颈内动脉约70%的血流，因此对MCA的分析可有效反映整体脑血流状况9。

本即时检验经颅彩色多普勒（PoC TCCD）操作规程包括换能器的选择与放置、序列采集以及图像优化。此外，还将讨论如何利用PoC TCCD作为筛查以下三种情况的手段：脑血管痉挛、颅内压升高以及脑循环停止的进展。

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方案

本操作遵循机构人体实验伦理委员会的标准以及《赫尔辛基宣言》。超声检查被视为低风险操作，因此通常不需要患者签署书面知情同意书。本研究纳入了在适当临床环境下存在神经系统变化疑虑的患者。在超声照射部位有开放性头部伤口、手术切口或手术敷料的患者被排除在外。本研究中使用的耗材和设备列于材料表中。

1. 换能器的选择

  1. 为经颅多普勒超声（TCCD）检查选择相控阵探头（1-5 MHz）。该探头 footprint 最小，适用于经颞窗的超声检查。
    注：术语 "相控阵探头" 常用于指线性相控阵扇形弧形探头6,10。此术语可能存在歧义，因为所有现代超声换能器均利用相位控制来引导超声波束。为简洁起见，本综述将使用 "相控阵探头" 代替 "线性相控阵扇形弧形探头。

2. 仪器设置

  1. 将机器设置为经颅预设模式。大多数现代设备均提供此预设模式。此设置会将屏幕右侧显示相应的指示标志。
    注意：如果设备无经颅预设模式，可使用心脏预设模式。此预设模式的指示标志将位于屏幕左侧。
    1. 初始模式设为B模式（二维灰阶成像11），并将深度设为13–16 cm。
      注意：此深度可显示一条高回声凸形线，代表同侧颞骨，通常位于约1–2 cm深度处；而对侧颞骨则表现为深度14–16 cm处的凹面高回声结构。
    2. 为获得最佳扫描人体工学效果，应调整机器位置，使超声屏幕与超声探头处于同一直线上。

3. 患者体位

  1. 将患者置于仰卧位，床头抬高30度。

4. 扫描技术

  1. 将凝胶涂抹于探头上。
  2. 将探头置于颞窗部位（图1），与地面平行，且标记方向朝向患者前方。
    注：颞窗区域位于颧弓上方，耳屏前方6。

5. 经颅视图

  1. 使用滑动手法扫查邻近脑组织，直至识别出相关的颅内结构。这些结构可作为识别PoCUS TCCD所需解剖标志的起点。
  2. 识别同侧颞骨，其通常出现在约1 cm处11。
  3. 识别对侧颞骨，其通常位于约14–16 cm处11。
    注：同侧颞窗表现为凹面状或线性高回声结构，对侧颞窗则呈现更明显的凹面形态11。
  4. 识别第三脑室，其表现为两条高回声线之间夹有一条薄的低回声结构，后者代表脑脊液。
    注：该结构通常在6–8 cm深度处可见11。持续使用滑动或扫查手法，直至识别出上述结构12。此步骤并非本方案的必需环节；若无法清晰识别，可继续进行下一步。

6. 大脑中动脉（MCA）的彩色多普勒检测

  1. 从上一节步骤中获得的视图开始。
  2. 首先减小深度，使远场为 10 cm。
  3. 在超声屏幕右上半部分的左侧，找到较大的彩色血流取样框。
    注意：此时大脑中动脉（MCA）应显示为一条线性结构，血流方向朝向超声探头。红色表示血流朝向探头方向。
  4. 启动脉冲波多普勒（Pulse Wave Doppler），并将取样门置于 MCA 的红色血流信号中央。
  5. 获取频谱多普勒波形。
    注意：正常的 MCA 血流速度表现为陡峭的收缩期上升支，随后在舒张期逐渐减速13。
    1. 描记一个心动周期的轮廓，以测量速度时间积分。
      注意：在经颅超声模式下，完成描记后系统将自动生成多个相关数值。
    2. 确保屏幕上显示平均血流速度（MFV）、时间平均速度（TAV）、时间调整峰值速度（TAP）或时间平均最大速度（TAMAX）。若未显示，可通过公式 (PSV + (EDV × 2))/3 进行计算2。
      注意：若平均血流速度超过 120 cm/s，可能提示血管痉挛风险增加。理想情况下，声束入射角应保持在 0–30 度之间，否则测得的速度值将被低估14。平均血流速度（MFV）、时间调整峰值速度（TAP）、时间平均最大速度（TAMAX）和时间平均速度（TAV）在本文中可互换使用。
    3. 确保屏幕上显示搏动指数（Pulsatility Index, PI）。若未显示，可使用公式 (PSV - EDV)/MFV 进行计算15。
      注意：可通过以下公式将 PI 转换为颅内压（ICP）的估计值：ICP = (10.93 × PI) - 1.28。若 PI 进展至 > 2，可能提示颅内压升高16。由于 PI 是一个相对比值，因此对偏轴入射具有较强的抗干扰能力，所有测量值的变化对其影响一致，故 PI 值得以保持稳定17。

7. 术后步骤

  1. 检查所获取的图像和多普勒频谱，以确保其符合诊断质量标准。
  2. 确保所有图像和多普勒数据均已正确保存并标注，以便后续参考和分析。
  3. 如有需要，告知患者任何后续步骤或额外检查事项。

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结果

本节将描述如何分析和解读上述方案所获得的数据及其临床应用价值。图1 显示了经颅彩色多普勒超声（TCCD）在头部的检查位置：即经颞窗。图2 展示了该经颞窗区域，其中使用脉冲波多普勒（PWD）检测同侧大脑中动脉（MCA）。将PWD取样容积置于45–65 mm深度18，应可获得可用于计算平均血流速度（MFV）和搏动指数（PI）的速度频谱。在本例中，多普勒数据显示MFV正常（<80 cm/s），PI亦正常（<1.2）19。相反，若MFV超过120 cm/s，则属异常，此数值提示在存在颅内病变且有血管痉挛风险的患者中（例如蛛网膜下腔出血），可能出现了血管痉挛。

例如，图3 显示了一名蛛网膜下腔出血患者在右侧大脑中动脉动脉瘤栓塞术后第8天出现急性神经系统改变时所获得的即时检测经颅彩色多普勒超声（PoC TCCD...

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讨论

在评估急性器官功能障碍患者时，床旁超声（PoC 超声）正日益发挥重要作用，如 RUSH 和 FAST 检查所示。然而，在评估脑功能时，迄今为止，对于希望开展床旁经颅彩色多普勒超声（PoC TCCD）的临床医生而言，相关已发表的指导建议仍十分有限。

为了开发本概念验证方案，我们选择采用经颅彩色多普勒超声（TCCD）而非传统的经颅多普勒超声（TCD）成像。与传统的TCD相比，TCCD结合了B型成像和彩色多普勒技术，能够进行角度校正，从而更准确地测量血流速度22。此外，本文提出的方案对现有的TCCD操作流程进行了简化，聚焦于单一超声声窗：经颞窗。这是因为经颞窗在超声检查中比经眶窗和经枕骨大孔窗等其他声窗更容易获取12。此外，经颞窗为评估大脑中动脉（MCA）的脑血流速度（CBFV）提供了最理想的声束入射位置。MCA是前循环中最大的动脉，接收约70%的颈内动脉血流4。

尽管床旁经颅彩色多普勒（P...

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
低频超声探头（C35xp）SonoSite (FujiFilm)P19617
SonoSite X-porte 超声设备SonoSite (FujiFilm)P19220
超声耦合凝胶AquaSonicPLI 01-08

参考文献

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