经颅多普勒超声检测技术
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经颅多普勒超声检测技术何建明
（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。
图44 正常经颅多普勒频谱示意图
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（图5 －1 －45），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。
图45 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。
（二） 颈动脉海绵窦瘘（Carotid cavernous fistulas CCF）
颈动脉海绵窦瘘是由于颈内动脉海绵窦段及其分支损伤后与海绵窦之间形成异常通道所致。患者可出现患侧搏动性眼球突出，触诊可看到眼球有震颤，听诊可闻及连续性杂音，并出现眼球运动障碍和视力减退等。TC D 检测的意义在于明确患者血流动力学改变，颅内侧枝循环代偿情况及引流静脉途径，也可作为评价血管内治疗效果及随访的无创性检查手
段。
1．颈动脉海绵窦瘘的TCD 表现
（1） 患侧颈内动脉瘘口近端高流速，低阻力
图46 TCD 显示颈动脉海绵窦瘘ICA 血流频谱
A 栓塞前TCD 示瘘口以下ICA 频谱 B 栓塞后TCD 示ICA 血流频谱
经眶窗检测， 患侧颈内动脉流速明显增高，PI 值降低， 若瘘口位置较低，在眶窗有时只能探出流速较低或正常的血流信号，而在颞窗将探头稍斜向后下常常可探及一异常高流低阻的血流信号，为瘘口处或瘘口以下的颈内动脉。用4 M Hz 探头在颈部检测，可发现颈
内动脉流速明显增高，PI 值降低（图46）。
（2） 瘘口远端血流速度降低
患侧大脑中动脉、大脑前动脉血流速度低于健侧，患侧大脑后动脉、健侧大脑前动脉流
速正常或代偿性增高。
（3） 眼上静脉异常
图47 颈动脉海绵窦瘘经眼上静脉引流
A 栓塞前TCD 所示眼上静脉血流频谱 B 栓塞后异常眼上静脉频谱消失，TCD 示正常眼动脉频谱 C 彩色多普勒血流显像示异常眼上静脉 D 栓塞后正常眼动脉 E DSA 示海
绵窦及增粗的眼上静脉 F 栓塞后DSA 结果
由于患侧颈内动脉血流分流到海绵窦内，窦内压力过高，血流流入与海绵窦相通的各静脉中，受动脉血流的影响，眼上静脉代偿性扩张，管壁增厚，呈动脉化改变。多普勒表现为眼上静脉流速增高，血流反向， 搏动性增强（图5 －1 －47）。当颈动脉海绵窦瘘较严重，海绵窦内压力过高时，动脉血可经海绵前、后间窦流向对侧海绵窦。TC D 检出双侧动脉化、
血流反向的眼上静脉频谱。
（4） 频谱形态及声频异常
患侧颈内动脉虹吸段频谱紊乱，波峰融合，边缘不清，同侧大脑中动脉，大脑前动脉频
谱正常，有时可出现紊乱的频谱波形，声频粗糙似机器隆隆样回声。
（5） 盗血现象
瘘口较大，流速过高可产生虹吸作用，出现明显的盗血现象，表现为对侧颈内动脉血流通过对侧大脑前动脉，同侧大脑前动脉A1 段流向瘘口，同侧大脑后动脉通过后交通动脉向瘘口倒灌，此时双侧大脑前动脉，患侧大脑后动脉血流速度增高，患侧大脑前及颈内动脉终末端血流方向逆转，恰与正常情况下的双向血流调转方向，因而很容易将二者混淆。压迫颈总动脉可鉴别：正常时压迫颈总动脉，大脑前动脉血流方向倒转，颈内动脉终末端流速明显
降低或消失，颈动脉海绵窦瘘时压迫颈总动脉可见双向血流均增高。
（6） 侧枝循环检测方法
颈动脉海绵窦瘘血管内栓塞治疗的目的在于阻塞瘘口，尽可能保持颈内动脉通畅。当瘘口太小或栓塞困难时，需行患侧颈内动脉闭塞。因而了解患者Willis 环代偿能力极为重要。TC D 能实时、准确地检测前、后交通动脉代偿情况，为必要时行一侧颈内动脉闭塞提供参考依据。检查方法： 经颞窗检出瘘口侧大脑前动脉（A1） 血流信号后， 压迫同侧颈总动脉，大脑前动脉血流迅速降低并出现逆转，表明血流自对侧大脑前动脉经前交通动脉而致，前交通动脉代偿好。若仅有流速降低，无逆向血流或流速极低，表明前交通动脉无代偿能力或代偿欠佳。检出大脑后动脉，压迫同侧颈总动脉，大脑后动脉流速明显增高，表明后交通动脉代偿好，若大脑后动脉血流无改变或轻微增高，表明后交通动脉无代偿能力或代偿欠佳。
2．CCF 静脉引流方式的TCD 检测
型的异常频谱，常与动脉狭窄的涡流频谱有相近之处，在鉴别时应予考虑。依据以上分析，TC D 检测获得特征性动脉瘤样频谱， 对诊断颅内动脉瘤是有临床意义的，对小型的动脉瘤
可提供有价值的线索。
（四） 硬脑膜动静脉瘘（Duralarteriovenousfistula ，D A VF）
硬脑膜动静脉瘘是指动静脉直接交通在硬脑膜及其附属物大脑镰和小脑幕的一类血管性疾病，颅内没有原发血管畸形，也称为硬脑膜动静脉畸形。临床表现复杂多样，以颅内杂音，头痛，蛛网膜下腔出血等居多。本病诊断靠选择性全脑血管造影，一定要行颈外动脉造影。TC D 作为辅助检查手段，可以实时观察颅内血流动力学改变，供血动脉血流状态，颅
内盗血及引流静脉等，并提供各血管血流动力学参数。
1．硬脑膜动静脉瘘的TCD 表现
硬脑膜动静脉瘘的供血动脉较丰富，且往往是双侧对称性供血，主要供血动脉有颈外动脉的枕动脉、脑膜中动脉、咽升动脉、耳后动脉、椎动脉的脑膜后支，颈内动脉的脑幕动脉与供应脑实质的血管。因受骨性组织的限制，TC D 只能在颈部、枕后、耳后及耳廓前缘分别检测到颈外动脉起始处、枕动脉、耳后动脉、颞浅动脉。当硬脑膜动静脉瘘为海绵窦型时，在颈部检测瘘口以下颈内动脉流速增高或轻度增高，经眶窗可检测到异常的眼上静脉，血流反向，频谱动脉化，流速轻度增高，与颈动脉海绵窦瘘相似，但特征性不如其典型， 且常
常是双侧对称。病变较轻者， 颅内动脉检测常无明显异常表现。
硬脑膜动静脉瘘的TC D 表现主要为供血动脉流速高， 搏动指数降低。由于动静脉间直接交通，缺乏血管阻力， 使供血动脉表现出高流速， 低阻力特征， 这是TC D 识别供血动脉的重要依据。由于瘘口处产生湍流，使供血动脉的频谱与音频信号异常，而出现血流频谱紊乱，监听时可闻及明显的杂音。硬脑膜动静脉瘘与脑A V M 的TC D 表现均为供血动脉高流低阻特征，常常难以鉴别。主要鉴别点： ① 脑A V M 颅内动脉血流异常表现供血动脉高流低阻，颈外动脉正常，硬脑膜动静脉瘘常有颈外动脉及分支高流低阻，颈内动脉正常或异常；②脑A V M 表现患侧供血动脉异常，硬脑膜动静脉瘘往往是双侧对称性表现。
2．临床评价
TC D 可作为硬脑膜动静脉瘘的辅助检查手段，为临床提供颅内血流动力学参数，判断供血来自颈内或颈外动脉系， 对海绵窦型可作出诊断。血管内栓塞治疗后采用TC D行术前术后比较分析，评估疗效，对某些硬脑膜动静脉瘘尤其是与脑A V M 难以鉴别的需进行数
字减影脑血管造影。
（五） 烟雾病（Moyamoya disease）
烟雾病是由于先天性或获得性各种脑底动脉狭窄或闭塞引起颅底动脉异常血管网形成导致的脑血管病理改变，主要改变为颈内动脉虹吸部，终末段，大脑中动脉及大脑前动脉的起始部狭窄或闭塞，早期尤以颈内动脉终末段狭窄多见，病变多累及双侧，颅底动脉环形成大量新生的异常血管网。脑血管造影是确诊的重要手段，但它是一项有创的检查方法，通常烟雾病患者早期无典型临床表现，一般不易首选脑血管造影。TC D 可对颅底血管血流动力
学变化直接检测， 作为对烟雾病病人的筛选及随访观察手段是可行的。
1．烟雾病的TCD 表现
烟雾病的病理发展变化复杂， 临床症状多样，故TC D 也有多种表现形式。依照血管
狭窄或闭塞程度不同，可有不同的TC D 表现。
一侧颈内动脉虹吸段流速增高， 同侧M C A 、A C A 流速降低，信号较弱，对侧同名血管流速正常或增高，颈动脉压迫试验， 患侧M C A 流速降低，提示一侧IC A 狭窄。有时一侧M C A 、A C A 流速降低，频谱低脉动性，为波浪型，压迫试验， 流速无明显反应，健侧IC A 、双侧PC A 流速增高，表明血流来自健侧及后循环代偿，提示该侧IC A 闭塞。 双侧大脑中动脉，大脑前动脉血流信号消失，取而代之的是流速、方向、走形不同于正常的血流信号，双侧PC A 、椎动脉、流速异常增高， 压迫试验双侧血流速度无改变，有时可检出颈外动脉流速增高， 提示双IC A 闭塞，代偿血流来自后循环及颈外动脉。 不论是狭窄或闭塞，当有异常血管网形成时，TC D 均可检出血流方向不同，流速高低不等，频谱及声频异常，且失去正常脑底动脉解剖位置的杂乱的血流信号，且常常是双侧的异
常血流表现，这是烟雾病于检查者最直观、最典型的TC D 表现。
2．烟雾病的TCD 诊断
（1） 多发性脑血管异常血流速度增高或降低，湍流或低脉动性频谱，异常的血管走向
及血流方向。
（2） 一侧或双侧颈内动脉、大脑中动脉、大脑前动脉狭窄或闭塞M C A 或A C A 信号
消失或流速明显降低，压迫CC A ，其流速无明显改变。
（3） 侧枝循环建立，PC A 、B A 、V A 及颈外动脉流速增高。
（4） 结合临床，对不明原因的青壮年病人反复发生脑供血障碍都应怀疑本病的存在。
3．临床评价
TC D 实时客观地反应烟雾病颅底动脉血流动力学改变，尤其对早期血管狭窄的检测更优于其他影像学检查，因其无创，易于被病人接受，更适于烟雾病患者病程进展的跟踪观察。
因而TC D 检查可作为烟雾病患者早期诊断、定期随访的首选方式。
总之，TC D 作为一种无创的脑血管病检查手段，它摒弃了传统脑血流图的不准确性和脑血管造影的有创性，亦为CT 、M RI 等现代影像技术提供了脑血管血流动力学参数，成为影像诊断的重要佐证， 也是脑血管病血流动力学研究不可缺少的设备之一。然而TC D 检测尚有局限性：①少数声窗条件不良者，不能检查；②受声窗条件限制，难以评价主干远端及分支病变；③无二维声像图，带有一定的盲目性；④对操作者技术条件要求高。尽管T
C D 尚不能替代栓塞治疗前的脑血管造影， 但因其具有无创、简捷、重复性好等优点，能实时显示颅内血流动力学参数，有利于病情随诊和筛选患者，因而对脑血管病诊断、疗效评
估有重要价值。