经颅多普勒超声检查

出处：按学科分类—医药、卫生 中医古籍出版社《神经内科手册》第110页（7531字）

一、概述及原理

超声波用于颅脑疾病的诊断首先是Leksell于1955年报告，利用超声脉冲回声技术测得大脑中线，脑室等的回声。根据其回声变化对颅内占位病变和脑积水等进行诊断，1959年Satomure采用多普勒超声测量颅外动脉的血流速度，1982年Aaslid将低发射频率与脉冲技术相结合使超声波得以经颅骨进入颅内，直接获得了脑底血管的多普勒信号，此技术是无创性的客观测定脑血管系统的血流动力学变化的资料称经颅多普勒超声，(nonivasiive transcranial doppler ultrasund)，简称TCD，TCD技术是利用超声反射的频移信号组成的灰阶频谱来提供脑血管系统的血流动力学资料，它为脑血管病的诊断，科研提供了一个无创性的，客观的工具，TCD技术的出现标志着无创性诊断和研究脑血管疾病方面取得了重大的进展，80年代以来TCD技术在国外的脑血管疾病的临床和科研上获得发展，临床应用的范围不断扩大，在临床诊断上用于诊断颅内血管狭窄和闭塞、脑血管痉挛，识别和诊断脑血管畸形，诊断颅内动脉瘤，探测颅内压增高，进行脑卒中分类，证实脑死亡，评价微循环侧枝循环功能，脑血管外科手术前、后血流动力学的评价，选择脑血管外科手术时机，为脑血管造影术筛选病人及选择造影时机，对手术中的脑血管进行监护，重症病人及脑血管危象病人的长期监护，进行中风预测等。

TCD诊断仪的原理是利用超声波的特殊物理特性即压电效应的晶体，当晶体受到外界压力或拉力时，晶体的两个表面将分别出现正负电荷即将机械能转变为电能，反之当晶体受到变交电场作用时，晶体将出现机械性压缩和膨胀即电能转变为机械能，在TCD诊断仪中就是利用压电晶体的这种物理性质作为超声波的发生器和接受器。由于超声波的波长较短并具有较强的方向性而形成超声束，超声束进入人体后，在距离探头较近的一段区域内形成一条宽度与探头直径相似的超声束，这一区域称为近场，在近场的远处声束逐渐加宽这一区域称远场。为了减少声束的扩散，常选用较低的频率和聚焦的方法。

超声的另一特性是当超声波在传播过程中遇到两种不同的传播介质时，在介质的分界面将产生反射，其反射波的强度取决于两种介质声阻的差别，除传播介质的声阻差以外，反射的强度还受入射角的影响，因此在超声影像学检查时，要求声束与组织界面尽可能地垂直，而在经颅多普勒检查时则要求声束与血流方向尽可能地平行，超声波在传播过程中，如果遇到几何尺度等于或小于超声波波长的反射物体时，部分超声波将改变方向绕过这一物体，并继续向前传播，这种现象叫衍射，剩余能量的声波将以这一物体为中心向空间各个方向发生散射，产生散射现象的物体称为散身体。经颅多普勒所检测的目标是脑血管中流动的血细胞，血细胞的直径明显小于超声波的波长，所以血细胞作为散射体向各个方向散射超声波，这时探头所接受到的反射波，仅仅是来自红细胞的反向散射部分，这称特殊的超声反射，它不同于发生在组织界面的一般反射，经颅多普勒所显示的信号就是来自血细胞反射的微弱信号，血液中以红细胞数量占优势，所以大部分反向散射信号来自红细胞，其次来自白细胞和血小板。

多普勒超声检测血流速度的原理是在TCD诊断仪中，使用同一个换能器(探头)作为超声波的发射器和接收器，这种结构检测出来的频率变化是由于反射物(血细胞)位置移动所引起的，TCD诊断仪可自动将多普勒的频移植换算成为血流速度(其单位是cm／s)其原理是根据多普勒效应。多普勒效应是1842年奥地利学者多普勒首先描述的一种物理效应，后人为纪念他，将这一效应称为多普勒效应。他在观察来自星球的光色变化时，发现当星球与地球同向运动时，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，这种物理现象被命名为多普勒效应。如当火车鸣笛由远向近驶来时，尽管笛声本身的音调即频率保持不变，但人们听到的笛声却逐渐变得尖锐，即频率升高，反之，当火车鸣笛由近向远驶去时，人们听到的笛声逐渐变得低钝，即频率降低，这种由于波源和接收器之间相对运动而引起的接收到的频率与发射频率之间的差值称为多普勒频移，TCD诊断仪可自动将多普勒频移值换算成血流速度。

经颅多普勒诊断仪备有两种探头二脉冲多普勒(PW)和连续波多普勒(CW)探头。前者用于颅内血管的检测，后者用于颈部血管和外周血管的检测，所谓脉冲多普勒是按一定规律间歇地发射和接收超声波的工作方式，开始时探头作为声源发射出一组超声波，之后即作为接收器接受反射回来的超声波，如此周而复始地工作。

二、检测方法

(一)超声探头的选择

选择2兆赫的脉冲多普勒探头(2MHzPW)探测颅内血管，选用4兆赫连续多普勒(4MHzCW)探测颈段血管。

(二)探测部位

通常在颅骨较薄，对声波衰减较小的颞部，枕大孔、眼眶等部位测量，故又称颞窗、枕窗、眶窗。

颞窗：受检者取仰卧位，经它测量大脑中动脉(MCA)，前动脉(ACA)，后动脉(PCA)。

枕窗：受检者取坐位，低头，将探头置于枕大孔处，经枕窗可测基底动脉(BA)，椎动脉(VA)及小脑后下动脉(PINC)。

眶窗：受检者取仰卧位，两眼闭合，将探头置于眶上裂，视神经孔的部位，经眶窗可测眼动脉(OA)，颈内动脉(ICA)。

各条动脉的测量方法：

大脑中动脉(MCA)：探头置于颞窗，采样深度为4．5～5．5cm，血流方向朝向探头。如屏幕上显示正相多普勒频谱信号，监听器中听到较响亮的有节律的嗡嗡血管博动声即可认定为MCA。

大脑前动脉(ACA)：从颞窗只能探到前交通支，探测时先找到MCA的信号后将深度逐渐加深，大约在6～7cm，一旦出现方向背向探头呈现负相频谱图时可认定是ACA。

大脑后动脉(PAC)：从颞窗探测，采样深度6～7cm，首先找到MCA后，将探测深度加深，探头方向稍向左倾斜，一旦出现方向朝向探头的正相多普勒频谱时可认定是PCA。

基底动脉(BA)：受检者取坐位，低头，探头置于枕骨大孔，采样深度为8～10cm，血流方向背离探头，频谱图为负向波。

椎动脉(VA)：从枕大孔探测，采样深度4～6cm，血流方向背离探头，频谱图波为负相波。

小脑后下动脉(PICA)：从枕大孔探测，采样深度6～7cm，由于此动脉行迹一部分沿延髓其血流方向朝向探头，一部分则背向探头，故其多普勒信号呈双相。

(三)结果分析及正常值

多普勒超声分析的指标通常有血流速度、脉冲指数，多普勒超声频谱形态图以及监听器中血流形成的音响特征等几个方面进行综合分析，正常成人TCD的各项指标：

1．血流速度

TCD的血流速度是指超声频谱外层曲线值即以血管中心的最大血流速度作为代表值，可分为：

收缩峰值血流速度(Vp)：指收缩期最高血流速度。

舒张期末血流速度(Vd)：指心动周期末的最高血流速度。

平均血流速度(Vm)：为一次或几次心动周期的频谱外层曲线平均值。

平均血流速度包含了最多的生理意义，因为它受心率、心肌收缩力、外周血管阻力和主动脉顺应性的影响。如果只用一个参数反映血流速度时，一般推荐用平均血流速度，但是平均血流速度不能反映全部情况，在某些病理情况下，收缩峰值血流速度或舒张期末血流速度变化更明显，所以也应进行计算和分析。

血流速度的单位是千赫兹(KHz)，TCD测到的回声信号是频移值，根据多普勒公式可以计算出速度的改变所引起的频率改变值，频率的改变，即多普勒频移值的大小反映了血流速度的情况，过去的文献以KHz为血流速度的单位，现在统一规定用“cm／s”。

根据实际检测和统计结果，血流速度最快的是大脑中动脉(MCA)，最快为105cm／s，平均69±9cm／s，其次是大脑前动脉(ACA)，最高速度为79cm／s，平均39±17cm／s，再其次是大脑后动脉(PCA)和基底动脉(BA)Aashid报告最快的是MCA＞ACA＞ICA＞BA，PCA、VA、OA中血流速度最慢的是PICA，两半球的血流速度大致相同，一般左侧比右侧快1～3cm／s，如果左右平均流速差超过20cm／s时则为病理性改变。

2．正常多普勒超声频谱图

正常人的频谱图似一直角形的三相波，一般有两个峰。第一峰最高，系由心腑收缩而形成的垂直上升，外形陡峭的峰称为收缩峰。第二个是血管舒张时形成的波，故称舒张波，其频谱图像从高到低，波形清楚，波峰清晰，波形外缘完整。

(四)异常多普勒超声

1．血流速度异常

颅内病变尤其是脑血管病时常引起颅内血液动力学改变，而导致血流速度发生改变，由于病变的性质和时期不同，血流速度可以快，也可以减慢，其变化的规律大致如下：

(1)全脑血管血流速度加快或减慢高于或低于正常值的2．5SD为异常。多见于颅外原因，如重度贫血时血流速度加快，低血压、休克、重度心衰，血液粘度增高综合征，颅内压增高时，全脑血管的流速多减慢。

(2)一支或数支血流速度明显高于正常时多见于脑血管痉挛，动静脉畸形的供应血管，颈内动脉海绵窦瘘。

(3)左右两侧相同血管的流速有明显差异，文献报告差15～20cm／s为异常，但应注意排除检测技术上的误差。

(4)血流速度的排列顺序异常如大脑前动脉的流速大于中动脉也属异常。

(5)血流方向和途径改变属异常，如大脑前动脉血流方向逆转(朝向探头)，常见于同侧颈内动脉严重狭窄或闭塞，眼动脉血流方向逆转也提示颈动脉严重狭窄或闭塞，椎动脉血流方向逆转提示有锁骨下盗血存在。

2．频谱形态异常

常见的异常形态有如下几种。

(1)频谱呈圆顶型：收缩峰的峰尖延后与舒张峰融合形成圆顶型频谱图，多见于动脉硬化。

(2)平坦型：在动脉血压明显增高或颅内压增高时，舒张期血流速度明显减低，甚至消失。

(3)振荡血流：又称来去血流，即在收缩期开始时顺向血流，而在收缩后期或舒张期出现反向血流，可见于脑死亡和某些特殊病理情况。

(4)湍流：粘性的血流流速增加到一定程度时，正常的流层受到破坏，各层质点相互混杂，流线极不规则，频谱信号弥散，杂乱地分布在整个频窗内而分不清其收缩峰和舒张峰。

(5)涡流型：多普勒频谱表现为对称地分布在基线上下，凸状的低频率高强度多普勒信号，一般局限于收缩期，多见于脑血管局部狭窄，血液从口径较小的血管进入口径较大的血管时，流束扩大，这种流束的变化受到流体惯性的阻碍，在流束和管壁之间形成涡流。

3．脉动指数异常

脉动指数(PI)是评价动脉顺应性和弹性的指标，与动脉和脑血管阻力有关，正常值为0．65～1．10，平均0．87，超过1以上为异常。

其它类同的指标还有收缩峰流速与舒张期末流速比(S／D)，正常值2．3±0．41，意义与PI相同。

脑血管阻力指数(RI)反映脑血管阻力状态计算公式，RI=(收缩峰速度－舒张期末速度)÷收缩峰速度正常值：0．54±0．06。

4．血流回声异常

在用监听音响时，可听到血理性的多普勒超声的回声，如脑血管痉挛或狭窄部位听到哨鸣样的血管杂音，动静脉畸形，海绵窦血管瘘或脑肿瘤血流供应支的血管则听到雷鸣样的血管杂音。

三、TCD的临床应用

(一)颅内血管狭窄和闭塞的诊断

脑血管闭塞时，闭塞段血流信号消失，其近心端流速降低，闭塞动脉的主要分支血流可加速而出现湍流杂音，如MCA闭塞时，TCD信号消失，而同侧的ACA和PCA流速加快，频谱图像增宽等异常变化。

(二)动静脉畸形

由于劝静脉畸形间有瘘道存在，血管阻力下降，造成血流量的增加，血流速度高出正常的2～3倍，舒张期流速增加明显因此S／D比值明显降低，频谱基底增宽有涡流频谱图出现，监听时听到宏大、粗糙、紊乱如雷鸣样的血流声响。

(三)颈内动脉海绵窦的诊断

1．患侧颈内动脉血流速度增高。

2．PI明显降低。

3．频谱形态紊乱，波峰融合，边缘不清。

4．监听时听到隆隆样的多普勒回声。

5．有盗血现象表现为同侧ACA血流方向逆转，同侧眼动脉流速增加。

(四)蛛网膜下腔出血

出血后产生的严重并发症、脑血管痉挛及再出血引起病情恶化，早期发现出血后的脑血管痉挛的发生及时采取有效的治疗方法，TCD为其提供方便的检测，其变化的特点是：

1．血流速度急剧升高。

2．频谱图呈高尖型。收缩期的频窗消失，代之以涡流及湍流相混叠的频谱图像。

3．监听到哨鸣样的声响。

(五)颈动脉病变的诊断

颈内动脉狭窄，闭塞时血流速度高于正常数倍，若管腔狭窄高于80%，流速将降低，血流量明显下降，血管信号明显减弱，同侧颈内动脉虹吸部水平以上半球的血流明显减低，对侧半球代偿性加快、ACA、PCA开放出现患侧ACA多普勒超声方向逆转，颈内外动脉间侧支循环开放，眼动脉血流方向逆转。

(六)颅内外血管合术的监测

TCD不仅用于术前诊断，同时还可用于手术中监测即时发现手术引起的各种并发症。

(七)脑外伤脑损伤的评价

通过TCD估价脑供血情况。

(八)锁骨下动脉盗血的诊断

锁骨下动脉盗血是椎基底动脉血流异常的常见病之一，本病可由多种病因引起锁骨下动脉起始端狭窄或闭塞而致脑缺血，临床常见头晕，肢体无力，感觉异常，TCD应检测椎－基底动脉，双侧锁骨下动脉，双上肢动脉血流其主要变化是患侧BA血流方向逆转，同侧伴有椎动脉狭窄病变时，可表现为收缩期高尖窄带样的“脉冲”波形，舒张期流速减低，甚至出现在基线下方，健侧椎动脉流速较正常代偿性升高，基底动脉流速正常或略低下，严重时可出现部分血流逆转，表现为双向多普勒频谱。

双侧锁骨下动脉可探到血流信号微弱，听到粗糙的血流声频若严重狭窄接近闭塞时则仅能探及微弱的血流信号或无血流信号，仅探到高宽的锁骨下静脉血流频谱。

双上肢动脉表现为患侧桡动脉流速明显减低，声频低钝，血管阻力下降，收缩峰圆钝。

多普勒超声还可用于重症病人的监护及脑血管病高危人群中风的预测。