经颅多普勒超声检测技术

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(一) 多普勒超声检测血流速度的基本原理

经颅多谱勒是利用超声多普勒效应来检测颅内脑底主要动脉的血流动力学及血流生理参数的一项无创性检查方法。1982 年挪威学者Aaslid 在世界上率先报道了经颅多谱勒超声技术，他将低发射频率(2 M Hz) 与脉冲多普勒技术相合， 使超声声束得以穿过颅骨较薄的部位(特定的声窗)，直接获得在规定距离及规定取样容积内的脑底血管多普勒频移信号。

近年来，经颅多谱勒采用经微机进行多普勒频谱快速富里叶(Fourier)转换分析，显示并计算了如收缩期峰速度、舒张期末速度、平均速度、收缩峰与舒张期末血流速度比值(S/D)、搏动指数(PI)、阻力指数(RI) 等一系列的生理参数指标，能帮助临床对各种脑血管病进行正确的分析。

1842 年，奥地利学者克约斯琴?约翰?多普勒描述了一种物理学效应。他在观察来自星球的光色变化时，发现当星球与地球相向运动时，光色向光谱的紫色端移位，表明光波的频率升高;而当星球与地球背向运动时，光色向光谱的红色端移位，表明光波的频率降低。这种物理学现象被命名为多普勒效应。

多普勒超声诊断仪是利用多普勒效应对血流进行探测的仪器。探头作为超声波的发射器和接收器，这样的结构检测出来的频率变化，则是由于反射物(血细胞) 位移所引起的。在测定血流速度时，超声波在组织中的传播速度和发射频率是固定不变的。这样， 所检测出的血流速度V 和真实的血流速度|V|之间存在一个非常简单的关系：V =|V|cosθ

式中的θ是超声束与血流方向之间的夹角。从式中不难看出，超声束与血流方向之间的夹角越小，其结果越接近真实血流速度。在进行脑血管检测时，我们无法估计超声束与血管走向之间的夹角。但由于脑底血管与超声窗口的解剖位置相对恒定，这样就有了一个便于测量真实血流速度的解剖学基础，即超声窗口对超声束入射部位的限制决定了只能以小角度检测颅内血管的血流速度。

因此，可以略去这一角度形成的误差，即认为超声束与血管走向之间的夹角为零。

(二) 检测方法

1、颅外段血管检测

颅外段血管检测包括颈总动脉、颈外动脉、颈内动脉颅外段。行颅外段动脉全面检对正确识别颅内血流动力学改变有重要意义。在颈总动脉分叉处和颈内动脉最易发生狭窄或闭塞，如果病变进程较为缓慢则可在颅内建立侧枝循环，充分了解这一点才可以避免将侧枝循环效应判断为颅内血管狭窄的错误。

病人去枕仰卧位，头偏向对侧，将4 M Hz 探头置于胸锁乳突肌外侧，从近端到远端移动探头对颈总动脉进行完整的观察，检测时应注意使超声与血管走行方向保持在45°角的位置。角度过大或过小都会影响计算出来的血流速度。

一般在甲状软骨水平分出颈外动脉，向前上方对其进行追踪检测和记录。从颈总动脉分叉处向后上方外侧追踪观察颈内动脉直至不能检测为止。正常情况下， 对颈总动脉，颈外动脉的检测不存在识别上的困难。颈总动脉，颈外动脉和颈内动脉的频谱形态有明显区别，前两者都具有很强的搏动性。

2、颅内段血管检测

确定声窗是经颅多谱勒检测成功的第一步。声窗即是超声波能够穿透颅骨而没有严重衰减的通道。目前已经确定并能应用于临床的主要有三个“窗”， 即颞窗、眶窗和枕窗。一个良好的颅内血管多普勒信号的获得，在确定了声窗之后，更有赖于操作者熟练的技术，使探头在最佳的位置和角度，才能得到足够的多普勒超声信号。

(1) 颞窗：颞窗是在颧弓上方、眼眶外缘和耳之间的范围内。此区内又可分为前、中、后窗。由于超声穿透颞窗取决该部位颅骨的厚度，因而在不同年龄、性别的人之间有着不同程度的差异。在青壮年通常有较大的范围可以获得理想信号，在老年由于骨质增厚，颞窗往往缩小甚至缺如，这在老年女性受检者中表现尤甚。

在颞窗检测时，受检者取仰卧位，头置正位， 在检测局部涂以足够的导声耦合剂，以适度的压力保持探头和皮肤良好接触，又不至把耦合剂挤压出去并引起病人的不适感。采用频率为2 M Hz 的聚焦发射探头，深度一般先定在55 ～60cm 之间，在此深度最易获得多普勒信号。

当发现多普勒信号后， 再轻微移动或倾斜探头， 选择最佳探头位置，以得到最强、最清晰的多普勒频移信号。经颞窗可以检测大脑前动脉、前交通动脉、大脑中动脉、颈内动脉终末段、后交通动脉、大脑后动脉和基底动脉分叉处。

(2) 眶窗：受检者仰卧，头置正位，双目闭合， 使用2 M Hz 探头，放在眼睑上，不需用力压，只要保持探头与皮肤接触即可。多普勒能量降到5 ％ 并尽可能缩短在眼部的检测时间。经眶窗检测的重点为颈内动脉虹吸段和眼动脉。

(3) 枕窗：受检者低头屈颈，使头颅和环椎之间的空隙开大。探头放在颈后正中线枕骨粗隆下1.5 ～2cm 处，声束指向眉弓， 使其经枕骨大孔入颅。此窗口可以检测到椎动脉颅内段、小脑后下动脉和基底动脉。

(三) 正常脑血管多普勒频谱及各血流参数

典型的正常经颅多普勒频谱图形是由一系列连续而有规律、与心动周期一致的脉搏波动图组成。其形成近似于一个直角三角形，每个频率占据一个心动周期。频率外层曲线由上升支和下降支组成，上升支与零基线的夹角称α角，收缩期出现两峰， 即S1 峰、S2 峰，舒张早期形成第三峰， 即D 峰。从收缩期开始到最高血流速度的时间称峰时(图44)。

在频谱上某一瞬间从零基线到最高血流速度之间的速度分布范围称为频宽。高能量信号集中在周边，色彩较深， 低能量信号分布在频谱的下边， 色彩较淡。由此形成窗口，称“频窗”。频窗的形成主要是由于血流在血管内的“层流” 所引起， 血液层流状态被改变，频窗也消失。值得注意的是有时会出现频窗消失的假象，如声束与血管的角度不恰当，超声反射能量过强等。因此在检测时，要力求找到最佳透射角，选择合适的超声发射功率。

颈内动脉与颈外动脉频谱形态有显著区别，颈内动脉血流与颅内动脉的血流特征相同，阻力相对较低，下降支比较平缓，颈外动脉为高阻力型，有外周血管的特征，收缩峰高尖，下降支陡峭，舒张期切迹明显。

经颅多普勒频谱参数包括血流速度、搏动指数、收缩峰与舒张期末血流速度比值、阻力指数。血流速度测定是经颅多普勒频谱分析的主要参数，其中包括收缩峰血流速度(V S)，平均血流速度(V m )，舒张期末血流速度(Vd)。搏动指数(PI)，收缩峰与舒张期末血流速度比值(S/D)， 这两个参数是反映血管顺应性和血管弹性的指标， 阻力指数(RI) 是反应脑血管的舒缩状态即阻力状况的指标。计算公式如下：

PI =收缩峰血流速度-舒张期末血流速度/平均血流速度

S/D =收缩峰血流速度/舒张期末血流速度

RI =收缩峰血流速度-舒张期末血流速度/收缩峰血流速度

二、脑血管疾病的TCD诊断

(一) 脑动静脉畸形(Cerebral arteriovenous malformation A V M )

脑A V M 为先天性脑血管发育异常， 其主要病理生理是畸形血管盗血， 大量脑动脉血经动―――静脉短路流失，引起脑血流动力学改变。利用经颅多普勒技术，不仅可以检测畸形血管部位的异常血流，同时可以检测到所有参与供血的动脉及对侧或同侧半球存在的盗血现象。

1、脑AV M 的TCD 表现

(1) 血流速度的改变

在正常的动静脉之间，存在毛细血管网， 可以形成正常的血管阻力。动静脉畸形时，动脉与静脉间因瘘道的存在，血管阻力下降，造成血流量的增加，血循环时间明显加快，表现出高血流速度，低阻力的多普勒血流特征，血流速度可高于正常的两至三倍之多，舒张期相对升高显著，因而收缩与舒张期流速比值(S/D ) 明显减低。供血动脉低阻力特征以搏动指数(PI) 降低反应出来，且PI 随血流速度的增高而明显下降。

(2) 血流频谱特征

因供血动脉流速增加，收缩、舒张流速比值明显减低，致频谱出现收缩期与舒张期频移差值减少，即频谱明显增宽，越接近畸形血管团，流速越高，血流紊乱，血管扩张、迂曲，频谱越失去正常“频窗” 特征， 表现出边界毛刺样， 频窗充填，不同频率的紊乱的血流信号，层次不清，涡流，低频信号增强，高频信号减弱，或双向血流频谱。

(3) 血流音频特征

正常多普勒血流音频柔和清晰，动静脉畸形时，血流速度及流量增加，畸形血管团血流方向不同，音频信号差别较大。检测时可监听到血流声频信号洪大、粗糙、杂乱，如同机器“隆隆样” 血管杂音， 亦可伴尖锐的乐性杂音声频。

脑AV M 供血动脉血流频谱高流速、低阻力特征

(4) 颅内盗血

由于畸形血管团中阻力降低和血流速度增加使供血动脉中的压力下降，供应正常脑组织的血流被脑A V M 盗血，出现“盗血综合征”。TC D 检测可以发现异常交通动脉开放， 如大脑前动脉(A C A )、大脑后动脉(PC A ) 等血流方向逆转，血流速度增加等。

2、脑AV M 血管内栓塞疗效的TCD 评价

脑A V M 的主要病理变化是颅内血流动力学发生改变。由于畸形盗血而出现供血动脉高流速、低阻力及交通动脉开放。当畸形血管团被栓塞，其内部阻力的增加，必然引起供血动脉内压力上升和血流速度不同程度的降低，供应畸形病变的血流在颅内重新分配。因此，栓塞治疗后原供血动脉血流速度的改变是评价疗效的重要指标。

我们通过对170 例脑A V M 的TC D 观察，发现栓塞完全的供血动脉其舒张期末流速(Vd) 降低率大于收缩期峰值流速(Vd) 降低率，说明Vd 的变化更能敏感地反映供血动脉远端阻力的改变;单支供血的A V M 栓塞疗效远比多支供血的A V M 效果满意，多支供血的A V M 情况较复杂，表现为被栓塞的供血动脉其平均流速及PI 值恢复或接近正常， 未栓塞的供血动脉血流速度增减不等， 增高愈显著的供血动脉其PI 值降低愈明显。

表明栓塞的供血动脉停止对畸形的供血， 未栓塞的供血动脉对畸形的供血增加，认为与栓塞后颅内血流再分配有关。

3、诊断与鉴别诊断

脑A V M 的TC D 诊断：

①供血动脉表现高流速，低阻力，PI 降低或明显降低，收缩/舒张比值下降;

②血流频谱表现为收缩期频移与舒张期频移差值减少， 即频谱明显增宽，舒张期弥散，收缩峰不清晰，或频谱紊乱，不规则，边界毛糙不整;

③血流声频洪大，粗糙，如机器“隆隆样” 血管杂音或尖锐的乐性杂音声频;④颅内盗血征象。

根据脑A V M 血流动力学变化特点， 结合临床病史， 有助于鉴别脑血管痉挛与血管狭窄。

脑血管痉挛与蛛网膜下腔出血密切相关，多普勒血流速度为均匀性升高，收缩峰锐利，收缩与舒张期流速对称性升高，PI 在正常范围。

动脉狭窄多见于各种原因的动脉粥样硬化， 非特异性颅内动脉炎， 动脉血栓形成等。多普勒血流速度升高的特点为节段性流速增加， 且狭窄远端的流速可减低或正常，频谱湍流，频窗充填，能量较弱，收缩期频谱表现为“窄带型”。

根据脑A V M 血流特征性改变，TC D 可以做出明断， 但对于动脉远端小型(直2cm ) 畸形者供血动脉血流速度和搏动指数无明显改变，TC D 诊断较为困难。因此，TC D 检查无明显异常改变者也不能排除脑A V M 的存在，必要时需进行脑血管造影确诊。

4、临床评价

脑A V M 的诊断一般要依靠脑血管造影和CT 扫描，但均不能获得颅内血流动力学信息，TC D 能实时、动态观察畸形供血动脉高流低阻的血流特征，了解引流静脉及颅内盗血情况，提供血流动力学参数，同时根据血流动力学参数的变化，对血管内栓塞治疗效果进行客观地评估。因而，TC D 可作为是脑A V M 诊断、疗效评估及随访的一种无创性检查手段。

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