TranscranialDoppleraftertraumaticbraininjury:istherearole?
经颅多普勒在颅脑外伤诊疗中的地位？
原作者：PierreBouzat,MauroOddo,andJean-Franc?oisPayen
CurrOpinCritCare,20:–
编译：CCUSG翻译小组：王晓猛高岱全杨梅梁艳李喜元闫寒
审校：朱然丁欣王小亭陈焕
目的
展示经颅多普勒超声（TranscranialDoppler，TCD）在颅脑外伤（Traumaticbraininjury，TBI）患者诊疗中的实用性并列举支持其使用的相关证据。
进展
TCD可以测定大脑基底动脉的收缩期、舒张期及平均脑血流速度，并计算搏动指数（pulsatilityindex，PI）。在控制干扰因素的前提下，这些参数可以反映脑循环状态。例如，TCD可用于检测重度TBI患者由于高颅内压等原因导致的低脑血流，并可用于评估脑循环自主调节能力。在急诊科，TCD可以作为有神经系统功能恶化风险的轻-中度TBI患者进行颅脑CT及临床检查之外的补充。
总结
TCD的诊断价值在于整合其他多模态脑功能监测和颅脑CT检查的结果，优化TBI患者的床旁管理，并有助于指导选择最佳治疗方案。
关键词
脑血流、重症监护、经颅多普勒、颅脑外伤
引言
颅脑外伤（traumaticbraininjury，TBI）患者的神经功能预后既取决于最初脑外伤的严重度，也取决于继发性脑损伤的程度。继发性脑损伤的主要原因是脑组织氧供应与氧利用失衡导致的缺血与缺氧。预防和治疗继发性脑损伤是目前管理颅脑外伤患者的关键点。因此，保证足够的脑血流（cerebralbloodflow，CBF）对于减少缺血的发生至为重要，也就是说，脑血流量的降低不应低于维持基本脑功能的脑血流阈值。虽然目前尚无对TBI患者确定有效的药物治疗，但调节脑血流并使其最佳化仍是目前主要的治疗策略。然而，在治疗干预的过程中进行脑血流的床旁实时动态监测极具挑战，常规影像技术如灌注CT或灌注MRI无法完成上述目标。推荐对重度TBI患者进行床旁多模态监测，以优化脑血流动力学，脑氧合及脑代谢。虽然颈静脉氧饱和度监测（jugularvenousoxygensaturation，SvjO2）、脑组织氧分压（braintissueoxygenpressure，PbtO2）和微透析监测都是脑组织能量供需平衡的替代指标，但就其本身来说，都不是对脑血流的监测。
目前也有数个床旁脑血流监测的方法，如激光多普勒或热弥散探头。但这些方法不是有创性监测，就是针对局部脑血流的监测。相对应的是，年出现的TCD则是对脑基底动脉血流的无创实时监测。最初，TCD被用于诊断蛛网膜下腔出血(SAH)后的血管痉挛，目前，TCD已被用于其它脑损伤，如颅脑外伤和卒中。现已开展了很多TCD用于麻醉和重症监护领域的研究。在颅脑外伤中，TCD的应用极为适合，因为创伤后发生的脑组织低灌注会影响神经功能预后。然而，由于TCD并未进入TBI管理指南的推荐中，因此尚未被普遍应用。这篇综述的目的是为了展示这项技术的实用性，并列举TCD适用于重度及轻-中度TBI患者的证据。本文未包括TCD用于诊断脑死亡和脑血管痉挛的内容。
要点
l经颅多普勒（TCD）是一种有用的无创床旁技术，当影响TCD解读的因素得以校正后，TCD结果可用于管理ICU和急诊科的TBI患者。
l对于重度TBI患者，TCD可以检测到不充足的脑血流（CBF），评估脑血流的自身调节，并可以提示患者对有创脑功能监测的需求，联合多模态神经功能监测还可以提示患者所需要的治疗。
l对于轻-中度TBI患者，TCD可用于急诊科，结合CT扫描对具有继发性神经功能恶化风险的患者进行筛查。
经颅多普勒：从理论到实践
19世纪中叶，奥地利物理学家ChristianAndreasDoppler观察到，当声波以特定的频率撞击到运动中的物体时，会以不同的频率被反射回来。这种现象的机制被称为Doppler效应，随即，这种现象被用于监测超声下血管内的红细胞运动，即通过测量超声波发射与接收间的不同频率而实现上述测量。
血流速度及脑血流量的关系
观察到的流速（ObservedFV）与实际流速（ActualFV）之间关系为：
ObservedFV=ActualFV×cosθ
（θ为超声声束与流速矢量之间的成角）
因此，TCD观察到的红细胞流速永远不能高于其实际流速。当角θ等于15°时，θ的余弦值大于0.96，且由于角的改变而产生的任何误差都低于4%。然而，流速的测量仅仅是为了测量脑血流，仅当角θ及超声下的血管直径保持恒定时，流速的变化才能反映脑血流的变化，事实上，脑血流（CBF）与流速的关系可用如下公式表示：
CBF=HR×TVI×血管横截面积
上述公式中，HR为心率，TVI为时间-速度积分，即频谱曲线下面积。尽管近来已更多应用二维超声多普勒，但临床实践中用以测量血管横截面积仍存在一些不确定性。当脑血流与血管直径同时减小时，TCD可能无法诊断脑血管痉挛。然而，在TBI急性期，大脑主要动脉的横截面积几乎不受影响，这使应用血流速度测量脑血流的方法显得更为合理。
实际问题
在临床实践中，最常用于TCD检查的血管是大脑中动脉（MCA），通过颧弓上方的颞骨窗可以轻易探及。MCA的血流量可达同侧颈动脉的60-70%，因此，MCA的TCD测量可用以代表同侧大脑半球的血流量。但是，某些因素会使经颞窗的探测变得困难，甚至无法探及（10%患者），例如年龄、性别为女性，及其它影响骨骼厚度的因素。此外，同侧颞骨区域的开颅手术可能会使TCD检查变得困难。在这种情况下，超声可以通过眼部来探测MCA。或者，也可采用静脉内注射超声造影剂来显著提高TCD检测的成功率。其它如基底动脉，可通过枕骨大孔窗或下颌下窗探及。
有两种TCD检查方法，第一种是经颅双功能彩色超声(TCCS)，以二维彩色图像显示。一旦发现目标血管，脉冲多普勒探头会测量血流速度，并绘制流速时间图形。第二种是传统TCD,仅采用第二种探头功能。虽然从理论上讲，TCCS比传统TCD具有更多的优势，但当二者同时用于检测SAH后脑血管痉挛时，并未发现其间存在明显的差别。
操作时，可在45–60mm的深度探及两条MCA，血流方向朝向探头。多普勒设置为2MHz，调整超声探头的角度及位置以获得高质量的多普勒信号。当连续记录血流速时，可使用头带固定探头以保持同样的角度。使用经颅双功能彩色超声(TCCS)时，应首先确定蝶骨的床突及脑干的位置。彩色多普勒可以识别Wills环（图1）。定位大脑中动脉的M1段，手动调整探头角度来测量血流速（cm/s）。当获得30秒以上的稳定图像后，需要对双侧血管记录至少10个心动周期的图像。通过时间平均的平均血流速(FVm)、收缩期血流速(FVs)和舒张期血流速(FVd)的单位是cm/s，搏动指数（pulsatilityindex，PI）是通过[(FVs－FVd)/FVm]计算得出(图2)。PI指数的最大优点是不受超声探头角度的影响。
图1.通过颞窗获得的二维经颅多普勒图像示例。脑干（thebrainstem，BS）显示为低回声蝴蝶形结构。Willis环的所有动脉、大脑中动脉(MCA)、大脑前动脉(ACA)和大脑后动脉(PCA)均通过彩色模式进行定位。
图2.二维经颅多普勒成像：多普勒信号通过大脑中动脉的近端（M1）记录。FVd，舒张期血流速；FVm,平均血流速；FVs,收缩期血流速。
经颅多普勒测量结果的解读
大脑基底动脉的血流，和其它重要器官（肝，肾和心脏）的动脉一样，以舒张为主。其舒张期血流速（FVd）反映下游血管的阻力大小，而收缩期血流速（FVs）则取决于上游的因素，即心输出量，同侧颈动脉血流量，及动脉血压。平均血流速（FVm）是考虑到被检测血管内不同的流速构成比例后的加权流速，随脑血流量（CBF）降低而降低。以经颅多普勒在正常个体中测得的血流速列于表1。TCD血流速度波形由动脉血压波形、脑血管床的粘弹特性及血液流变学共同决定。因此，当不存在血管狭窄或痉挛、不存在动脉血压的变化或严重贫血的情况下，搏动指数反映了远端脑血管阻力。在TBI患者中，当颅内压（ICP）升高或低碳酸血症导致脑血管床阻力升高时，可以观察到舒张期血流速（FVd）降低，高尖波形，及搏动指数增高（图3）。在不同颅内疾病中，搏动指数和颅内压（ICP）之间的关系仍存争议。而且，在一项纳入例颅脑外伤患者的大型队列研究中，搏动指数用于无创评估颅内压（ICP）和脑灌注压（CPP）的价值有限，但极端情况例外（ICP35mmHg及CCP55mmHg）。总的来说，这些研究结果表明TCD提供了不同神经系统疾病的脑循环信息，但前提是影响TCD解读的因素得以校正：即选择最佳的超声检查角度，目标血管直径无变化、正常碳酸血症、血红蛋白正常、不存在休克。此外，尽管TCD可以有效地评估颅内压上升对脑循环的影响，但仍不能取代颅内压监测。
图3.TBI患者大脑中动脉的TCD图像。（a）是正常TCD数值。重度TBI患者入院时可见舒张期和平均血流速(FVdandFVm)下降，而PI增加（b）。这种血流速的改变形式反映了远端脑血管阻力增加，可由颅内压升高导致。
TCD在重度TBI患者中的应用
TCD提供了一种无创的脑血流量评估手段，这种评估手段尤其适用于床旁监测TBI患者是否出现大脑低灌注。
早期发现脑血流量减低
国际指南推荐，重度TBI患者在未建立有创颅内监测之前，为保证足够的脑灌注压（CPP），应将90mmHg作为平均动脉压（MAP）的目标。然而，部分患者可获益于提升MAP，另一部分患者却需要通过降低MAP来避免发生血管源性脑水肿。正因如此，TCD已被检测能否用于急诊就诊患者治疗反应性的评估。已证实，对重度TBI患者进行院前救护和急诊就诊30分钟内的TCD检查具有可行性。这些患者中可有70%存在异常的TCD检查结果，即损伤3小时内出现平均血流速（FVm）降低、搏动指数（PI）增高。平均血流速下降同时伴随搏动指数升高在重度TBI损伤后的8小时内最为明显。
对TBI进行初始评估时，TCD数值有助于指导治疗及判断预后。例如，在儿童TBI患者中，急诊就诊时的舒张期血流速（FVd）低于阈值25cm/s，搏动指数高于阈值1.3时，均与不良预后相关。TCD同样可以用于成人重度TBI患者在急诊室的初始治疗，例如，Ract等观察发现，舒张期血流速（FVd）小于20cm/s，平均血流速（FVm）小于30cm/s，及搏动指数大于1.4的患者，在接受甘露醇、血管升压药及神经外科手术治疗后，可以维持正常的脑灌注压及脑氧合水平。对于这些高危患者，早期TCD目标导向治疗可以恢复正常脑灌注，并可能有助于减轻继发性脑损伤。另外，TCD可在机械通气患者中发现非故意过度通气，而后者可能导致医源性脑缺血。低碳酸血症是重度TBI患者发生继发性脑损伤的最常见原因，并显著恶化患者预后。当出现舒张期血流速（FVd）降低和搏动指数（PI）增高，却无颅内高压的证据时，应立即检查机械通气的情况。
评价大脑的自动调节机能和血管反应性
持续测量脑血流速度有助于判断脑血管的自动调节机能和血管反应性。自身调节机能和脑血管反应性的评估十分重要，因为它与神经功能预后相关。自动调节水平可以通过静态和动态2种方法评估。静态评估是指在提升MAP20mmHg前后分别测量平均血流速度（FVm），例如，应用去甲肾上腺素前后的测量。自动调节指数（indexofautoregulation，ARI）以脑血管阻力（MAP/FVm）变化的百分数和血压变化的百分数之间的比值算得。该指数低于0.4提示自动调节机能受损。Mx指数，是缓慢变化的FVm与CPP之间的相关系数，已被推荐用于评估脑自动调节机能。保留自动调节机能的患者，Mx低于0.05，当Mx高于0.3时，反映脑血流速对血压存在高度依赖性，提示存在自动调节机能障碍。此外，在TBI患者中，与FVm和FVd相比，应用FVs判定的Sx指数能够更好地判断这类患者的预后。
自身调节机能的动态评估方法之一是短暂充血反应试验（THRT），即短暂压迫同侧颈总动脉后测量流速的改变（图4）。解除颈总动脉压迫后，流速相对于基线值增加提示自动调节机能存在，反之则提示自动调节机能受损。伴有不良预后的TBI患者THRT多为阴性，即颈动脉压迫去除后的血流速度与基线血流速度的比值小于1.1。如果可以控制影响THRT的因素，比如压迫动脉的时长，压迫期间血流速度下降的幅度，则THRT可以提供TBI患者治疗期间的补充信息。
图4：应用连续经颅多普勒检验脑自动调节机能。（a）多普勒探头以头带固定；（b）动态方法检测脑血管自动调节机能：压迫检查侧的颈总动脉（压迫期），解除颈总动脉压迫（释放期），与基线值相比，脑血流速相对增加提示自动调节机能完好。图例中，计算的充血反应率为1.96。
大脑血管对二氧化碳的反应性也可以通过TCD进行评估。将脑血管存在二氧化碳反应性定义为：每变化1mmHg的二氧化碳分压，可引起3-5%的FVm改变。低碳酸血症对于脑血容量的影响可以提供颅内压力-容积顺应性的信息。例如，Haubrich等对29例接受短期轻度低碳酸血症处理的TBI患者进行FVm检查发现：低碳酸血症导致的TCD及ICP的变化可以联合反映两个颅内腔室的信息，即脑血管和脑实质，正可用于评价压力-容积顺应性。
提高CT血管造影的诊断效率
在SAH患者中，连续TCD检查常用于帮助选择最佳影像学检查，如CT血管造影或传统血管造影。在TBI患者中，TCD可能有助于早期诊断创伤性颈内动脉夹层（TICAD）。由于缺乏早期的临床症状，TICAD的诊断常被延误，但又无法推荐CT血管造影作为所有钝性创伤患者的一线筛查手段。在一项回顾性配对队列研究中，我们发现，两条MCA间流速显著不对称(＞25%)及同侧PI下降（＜0.8）是应用TCD诊断TICAD的2条标准。这些研究结果提示，可以将TCD检查整合至筛查TBI患者是否发生TICAD的流程中去。
TCD在轻-中度TBI患者中的应用
绝大多数（达80%）TBI为轻到中度，即格拉斯哥昏迷评分（GCS）介于9到15分之间。尽管这部分患者入院时的神经系统损伤程度相对较低，但在创伤1周之内都有神经功能恶化的可能性。神经功能恶化的原因包括：脑水肿，颅内血肿增大，癫痫，创伤后脑积水。以下几个“预警信号”有助于识别这类高危患者（说话过程中随时可能死亡）：入院时存在休克，初次头颅CT提示严重脑损伤，应用抗凝剂。管理这类患者的关键点在于从最初临床表现平稳的患者中尽早识别出有神经功能恶化风险的患者。而TCD有助于这种早期筛查。在一项纳入78例轻-中度TBI患者的队列研究中，我们发现，入院后病情恶化的患者都存在入院时的舒张期血流速度（FDv）和搏动指数（PI）异常。在随后一项纳入98例轻-中度TBI患者的队列研究中，我们评估了对初始CT检查显示严重脑损伤的患者应用TCD判断神经功能恶化风险的准确性。应用受试者操作特性曲线（receiver-operatingcharacteristic，ROC）分析，FVd小于25cm/s和PI大于1.25是预测神经功能恶化的最准确TCD参数（图5）。这些研究提示，对于轻-中度TBI患者，TCD可以作为入院时头颅CT扫描的补充，以更为准确的筛查出具有神经功能恶化风险的患者。
图5：一例入院时GCS14分的TBI患者，该患者在第2天出现神经功能恶化。（a）：头CT扫描，左图为入院当天，右图为入院第2天。（b）：入院时的TCD图像，左侧大脑中动脉的PI和FVd值已经发生异常（PI≥1.25，FVd25cm/s）
推荐对所有重度TBI患者进行颅内压监测（ICPmonitoring），即复苏后GCS评分3-8分，及头颅CT扫描显示异常的患者。然而，也存在一些重度TBI患者CT扫描正常，或初始GCS评分在9-12分，但CT显示脑损伤存在进展可能性并会导致ICP升高。以上两类患者约有10%~20%的可能性发展为颅内高压。TCD检查结合临床表现及CT结果有助于筛查出会获益于ICP监测的患者。
总结
TCD是一种操作简单的无创大脑中动脉血流速度检查手段。TCD也可以提供脑循环和脑血流自身调节的信息，因此对TBI患者有所帮助。TCD的正确应用有助于发现有脑灌注减低高危风险的患者，指导入院时的治疗，评估脑血流自身调节功能，以及发现脑影像检查及侵入性监测的必要性。对TCD结果的正确解读需要对潜在的干扰因素进行校正。总之，有几个方面的证据支持TCD用于TBI患者，当TCD结合其它诊断方法后，可以优化这类患者的床旁管理。
原文：
PierreBouzatetal,TranscranialDoppleraftertraumaticbraininjury:istherearole?CurrOpinCritCare,20:–,DOI:10./MCC.;-5295WoltersKluwerHealth
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