TCD基础理论李骏

2017/12/15,经颅多普勒超声(TCD)基础理论 云岩区第二人民医院 李 骏,经颅多普勒（Transcranial Doppler,简称TCD）是利用超声多普勒效应检测颅内脑底动脉环及其相关的颅外段动脉的各个主要动脉血流动力学及各血流生理参数的一项无创伤性脑血管疾病检查方法，由挪威神经外科学家Alaslid教授在1982年创建，应用低频脉冲多普勒技术，通过特定的透声窗，直接记录颅内血管多普勒信号，为无创伤性脑血流循环的研究及脑血管疾病的诊断，开创了一个新的领域。由于其仪器简单，操作便利，重复性好，反映面广等优点，10多年来在国内外得到了迅速的发展，成为目前脑血管疾病诊断的重要手段之一。,TCD的概念及基本原理,1.超声波 物体机械振动时，其能量在介质中传播，频率在2020000Hz时可被人耳听见，此为声波；当频率超过20000Hz时，超过了人耳听阈上限，则为超声波。2.多普勒效应 由奥地利物理学家Christian Johann Doppler发现：波源和观察者在介质中作相对运动时，观察者接收到的频率不同于波源所发出的频率，其差别与相对运动的速度有关。这种物理效应即为多普勒效应。,3.多普勒频移 因波源和观察者之间相互运动而产生的接收频率与发射频率之间的差值就称为多普勒频移。当（声）波源与观察者相互接近时，接收到的频率（音调）增高，相互离开时，接收到的频率（音调）降低。 TCD技术把血流方向朝向声波接收器（即探头）产生的频移称为正向频移，反之称为负向频移。,TCD的概念及基本原理,4.多普勒技术应用于医学的原理 超声发射器发射超声束通过皮肤肌肉等组织到达所测血管，由于血液内红细胞的运动，通过红细胞的散射作用，超声接收器接收到的信号频率与发射频率有差值，即产生了多普勒频移效应。计算机通过将所得差值进行频谱分析，就得到所测血管的频谱图像及血流方向、血流速度、血管阻力等生理参数。根据这些参数即可判断所测血管的功能及其所灌流区域组织器官的供血状态。,TCD的概念及基本原理,TCD诊断仪的组成及操作使用,TCD诊断仪主要由具有超声和计算机功能的两大系统设备组成。1.超声探头：既是超声波发射器，又是超声波接收器。脉冲波探头（PW）：按一定规律间断发射和接收超声信号。颅内血管均用2MHz的PW探头检测。连续波探头（CW）：连续不断的发射和接收超声信号。颅外血管常用48MHz的CW探头检测。,2.主机：是一部装有TCD技术软件并能使其正常运行的计算机。可储存、分析、输出探头所接收到的视频、音频信号。3.彩色显示器：可显示主机输出的视频信号，以便操作。4.彩色打印机：可把主机分析的结果以图象、数据等形式打印出来。,TCD诊断仪的组成及操作使用,5.TCD诊断仪的操作使用1）电源需接UPS稳压储电器，以防止突然停电影响检测结果。2）利用鼠标、键盘等操作，按检测需要选择显示屏上的菜单、指令。3）操作者一手操作探头，一手操作主机。,TCD诊断仪的组成及操作使用,4）一般按下列顺序检测：（1）输入编号、受检者姓名、性别、年龄等资料；（2）依次选择、打开与所需检测血管相应的菜单进行检测；（3）每例患者检测完毕，擦净探头，返回主菜单，再按上述顺序进行下一例检测。5）为保护探头，延长使用寿命，除了在检测完毕返回主菜单外，要注意检测间隙时应关闭检测菜单（或冻结图像），以减少超声束的发射，使探头、医师及患者均受到保护。,TCD诊断仪的组成及操作使用,6.耦合剂的使用 检测时，耦合剂置于探头与头皮之间，可填充皮肤和毛发等的微小空间，减小探头与头皮之间的声阻抗差，起到避免超声束穿透力衰减，保证获得较好信号质量的作用。 耦合剂的最佳用量是整个探头与头皮接触范围内都有耦合剂，但当探头紧贴皮肤后，没有或仅有少量多余的耦合剂由探头边缘溢出。,TCD诊断仪的组成及操作使用,脑的供血动脉系统,脑的供血非常丰富，虽然正常人脑的平均重量只占体重的2%左右，但脑的血流量却占心输出量的1020%。良好的供血系统是保证正常大脑活动的重要条件。,颈内动脉系统：供应大脑半球前3/5部分（大脑部分和部分间脑）的血液。主要分支有：大脑中动脉、大脑前动脉、前交通动脉、后交通动脉和眼动脉。 椎基底动脉系统：供应小脑、脑干及大脑半球后2/5部分的血液。主要包括：椎动脉、小脑后下动脉、基底动脉及大脑后动脉。 大脑动脉环（Willis环）：由以上两大系统连接构成，正常情况下可调节、平衡脑的血液供应。当环内某支脑动脉狭窄或闭塞时，动脉环通过开放交通支，代偿患支动脉的血液供应。,脑的供血动脉系统,脑的供血动脉系统,颈内动脉系统及颅底Willis环,脑的供血动脉系统,大脑解剖,TCD检测窗及检测技术,对超声波衰减较小，能让超声束透过的露骨薄弱处（颞骨）或自然孔道（枕骨大孔、视神经孔），是TCD的检测窗。经颅的超声窗的透声性在不同年龄、不同个体有一定的差异。操作者应熟练检查窗的各种个体差异特征，在找到窗口最佳透声性的位置检测。,临床检测主要的检测窗：颞窗：位于颧弓之上，眼眶外缘至耳翼之间，又分为颞（前、中、后）窗，可检测到大脑前动脉（ACA）、大脑中动脉（MCA）、大脑后动脉（PCA）、前交通支（AcoA）、后交通支（PcoA）及颈内动脉（ICA）颅内段。眼窗：即眼眶、视神经孔，可检测到眼动脉（OA）、海绵窦、颈内动脉（ICA）虹吸段（SIPH）及大脑前动脉（ACA）。枕窗：即枕骨大孔，可检测到椎动脉（VA）、基底动脉（BA）及小脑后下动脉（PICA）。,TCD检测窗及检测技术,TCD检测窗及检测技术,TCD检查窗,目前我院TCD检查所测的动脉：1.颅内部分：使用PW探头双侧大脑中动脉（MCA） 双侧大脑前动脉（ACA）双侧大脑后动脉（PCA） 双侧椎动脉（VA）基底动脉（BA）2.颅外部分：使用CW探头双侧颈总动脉（CCA） 双侧锁骨下动脉（SubA）双侧颈内动脉（ICA） 双侧颈外动脉（ECA）,TCD检测窗及检测技术,颅内常检测脑血管经TCD检测窗取样深度参考范围及特征：,TCD检测窗及检测技术,颞窗检查： 经颞窗检查时，先把取样深度定在56或58mm范围，探测到信号后，可通过改变探头方向及取样深度来检测MCA、ICA、ACA、PCA。,TCD检测窗及检测技术,大脑中动脉： 探头稍微斜向前方，取样深度降到4556mm范围内的正向频移信号就是MCA。若压迫同侧颈总动脉，可使MCA血流速度下降（静态压迫），或出现正常波上叠加正负向震荡波图像（动态压迫）。,TCD检测窗及检测技术,颈内动脉： 探测到MCA信号后，逐渐加深深度，在5865mm范围内，探头先稍微斜向下方，然后稍微斜向上方，图像由正向逐渐转变成双向频移，血流速度低于MCA的正向频移信号即是ICA。若静态压迫同侧颈总动脉，可使ICA信号消失。,TCD检测窗及检测技术,大脑前动脉： 探测到ICA双向频移后，探头稍微斜向前方，逐渐加深深度，在6575mm范围内的负向频移、血流速度略低于ICA的信号即是ACA。若静态压迫同侧颈总动脉，可使ACA血流速度降低并使血流方向逆转，图像由负向频移转为正向频移。如静态压迫对侧颈总动脉，可使ACA血流速度明显增快。,TCD检测窗及检测技术,大脑后动脉： 探测到MCA的部位，探头稍微斜向枕部，逐渐加深深度，在6070mm范围内的双向、负向或正向频移、血流速度低于ACA的信号，就是PCA。一般在6265mm深度多为正向频移。若静态压迫同侧颈总动脉，可使PCA血流速度略增快。若静态压迫对侧颈总动脉，PCA血流速度不变。,TCD检测窗及检测技术,枕窗检查： 经枕窗检查时，先把取样深度定在68或70mm范围，探测到负向频移信号后，可通过改变探头方向及取样深度来检测VA、BA。,TCD检测窗及检测技术,基底动脉： 固定探头于由信号部位，如逐渐降低深度，其信号消失，而逐渐加深深度，其信号加强，在7585mm范围内的负向频移信号，就是BA。,TCD检测窗及检测技术,椎动脉： 探头依次稍微斜向左、右侧，逐渐降低深度，在5570mm范围内的负向频移、血流速度略低于BA的信号，就是VA。随着深度降低，负向频移可转变成双向频移。,TCD检测窗及检测技术,眼窗检测： 虽然检测眼动脉时，TCD仪可自动降低超声强度，但是较长时间的TCD检测仍然有导致晶体或玻璃体混浊的可能。因此，一般OA不列为常规检测血管。而且，若非病情需要，均不经眼窗检测脑动脉环上的脑动脉。,TCD检测窗及检测技术,需要注意的是颈总动脉及椎动脉的敲击或压迫试验，可以用来鉴别颅内血管，但使用时需格外小心。由于颈总动脉压迫试验可能引起颈动脉处不稳定斑块脱落而导致卒中，所以在美国不列为常规，除非有直接的血管影像可以排除颈总动脉的动脉粥样硬化性病变方能使用。,TCD检测窗及检测技术,TCD检测诊断，主要分析血流动力学参数、频谱图像及其声频信号等指标。血流动力学参数是判断脑血管功能的定量指标，频谱图像及其声频信号是其定性指标。这些指标是相辅相成，互不矛盾的。 正常情况下，TCD检测分析指标，依据年龄、性别、生理状态不同而不同。甚至左右两侧血管亦有差异。,TCD主要分析指标及临床意义,一、血流速度 血流速度时TCD的主要参数。排除心源性等因素，血流速度很大程度上受脑血管管腔大小的影响。所以血流速度不但是反映脑动脉供血状态的直接的客观的指标，还是间接反映脑血管管腔大小的可信参数。 根据心动周期变化，主要测定以下三种血流速度来判断脑动脉供血情况：1）收缩峰血流速度（Vs、Peak）：是脑动脉收缩期的最高血流速度，也是心动周期内最高的血流速度。收缩峰血流速度对动脉舒缩改变特别敏感，脑血管痉挛时，收缩峰血流速度最先发生改变。,TCD主要分析指标及临床意义,2）平均血流速度（Vm、Mean）：是脑动脉的一个完整心动周期的平均最高血流速度。平均血流速度综合性反映心动周期内收缩期血流速度和舒张期血流速度，受心率、心收缩力、外周阻力等因素影响较少，是判断脑血管管腔大小和流量的最好指标。3）舒张末期血流速度（Vd、Dias）：是舒张期末期的最高血流速度，能很好反映脑血管阻力。脑动脉硬化致脑供血不足时，舒张末期血流速度最先发生改变。,TCD主要分析指标及临床意义,血流速度一般用cm/s表示，脑动脉血流速度依次从快倒满排列为MCAACAICABAPCAVAPICAOA。正常成年人脑动脉血流速度随年龄增长而降低，在同一年龄组人群中亦有1020%的波动范围。左右两侧脑动脉血流速度也有差异，正常情况下差异20%（约为10-15cm/s）。不同的TCD仪器生产厂家及设置软件的不同，检查方法的差异，也可影响血流速度，导致一定范围的波动。目前我院诊断标准主要参考在全国第二届TCD会议上宣读的论文中国成人TCD正常范围的统计学研究中的数据和标准计算而成。颅外段血管则主要为对比两侧血管是否存在明显差异。,TCD主要分析指标及临床意义,血流速度异常及其临床意义1.血流速度增快：脑动脉狭窄（动脉硬化、动脉炎、颈椎病等）、脑血管痉挛（血管性头痛、蛛血等）、动静脉畸形、颅内占位性病变、高碳酸血症。2.血流速度减慢：脑动脉严重狭窄或阻塞、脑动脉瘤、脑动脉扩张、颈内动脉颅外段严重狭窄或阻塞、心功能不全。3.左右两侧血流速度不对称：差值超过正常范围2030%时具有临床意义，一侧明显增高而另一侧明显降低时多见于脑梗死。,TCD主要分析指标及临床意义,二、脉动参数 脉动参数是评价动脉顺应性和弹性，反映脑血管阻力变化的指标。 搏动指数（PI）：PI=（Vs-Vd）/Vm，是反映血管顺应性和弹性最主要的指标。成年组正常值0.651.10。 阻力指数（RI）：RI=（Vs-Vd）/Vs，是反映血管舒缩状态的指标。成年组正常值0.50.8。 收缩峰血流速度与舒张末期血流速度比值（S/D）：成年组正常值3.意义与PI相同，但比PI更为敏感。动脉硬化导致血流速度下降时，S/D值改变常先于PI值，且比PI改变更常见。,TCD主要分析指标及临床意义,脉动参数异常及其临床意义1.脉动参数增高：动脉弹性降低，血管阻力增高。常见于脑动脉硬化、低碳酸血症、颅内压增高、真性红细胞增多症。婴儿及老年人可出现生理性增高。2.脉动参数降低：动脉弹性增高，血管阻力降低。常见于脑动脉瘤、动静脉畸形、高碳酸血症、贫血、使用麻醉药、扩血管药等血管活性物质后。,TCD主要分析指标及临床意义,频谱图像及其声频信号是TCD仪把接收到的多普勒频移信号分析处理后，以频谱图像（视频）和声音（音频）的方式输出的直观判断脑血管功能的定性指标。,TCD的图像及其声频信号分析,一、正常频谱图像主要特性1.每一心动周期显示一近似直角三角形的脉搏波频谱图像，其出现的频率与心动周期一致，由界限明显的包格线内的收缩期的收缩波（S波）和舒张期的舒张波（D波）组成。,TCD的图像及其声频信号分析,正常频谱图波的高度及锋锐度逐渐降低，常见以下三种图像：1）三峰型：每一个波有由高到低的收缩期的第一收缩峰（S1峰）、第二收缩峰（S2峰）和舒张期的舒张峰（D峰）三个波峰。这种图像除新生儿外，可见于各年龄组，以青壮年多见。也是最常见的正常TCD图像。,TCD的图像及其声频信号分析,TCD的图像及其声频信号分析,三峰型频谱图像,2）双峰型：每一个波有由高到低的收缩期的收缩峰（S峰）和舒张期的舒张峰（D峰）两个波峰。这种图像可见于成人各年龄组。老年组动脉弹性降低，舒张峰不明显。青壮年组舒张峰特别明显。,TCD的图像及其声频信号分析,2）单峰型：每一个波只有一个峰。这种图像仅见于新生儿和部分婴幼儿。峰的上升支和下降支的前1/3是收缩波，下降支的后2/3是舒张波。区别特征是舒张波下降较缓慢。这种图像是由于新生儿生理性脑血管发育不全，缺少弹力纤维，外周阻力高所致。应注意与其他病理性外周阻力增高所致的单峰型频谱图像区别。,TCD的图像及其声频信号分析,频谱图像基本上反映脑动脉血流速度、血流方向、动脉弹性及外周阻力。脑动脉血流速度正常情况下，频谱图像显示脑动脉血流呈稳定的层流流动，速度变化梯度小，血流的声频信号平和单一。层流流动的特征为在血流频谱下部与基线之间有一类似三角形的低信号区，TCD术语称为频窗，频窗在收缩期最为明显。如果血流速度增快，血流层次紊乱，频谱图像发生改变，频窗消失，并出现异常图像及杂音。,TCD的图像及其声频信号分析,频谱图像的大小高低与血流速度呈正比。血流速度减慢，频谱图像低矮；血流速度增快，频谱图像高大增宽。根据频谱图像改变，可以分析Vm、Vs、Vd三种血流速度中，以何种异常为主，继而结合其他相关参数判断血流速度异常的病因及发病机制。脑动脉由各自特定的血流方向。血流方向朝向探头出现正向频移，图像出现在纵坐标的正值方向；血流方向背离探头出现负向频移，图像出现在纵坐标的负值方向。颅内动脉一般均为低阻波形频谱图像，特征是有较高的舒张期及舒张末期血流速度及较低的脉动参数。颅外动脉一般为高阻波形频谱图像，即由较低的，甚至为0的舒张期及舒张末期血流速度及较高的脉动参数。,TCD的图像及其声频信号分析,TCD的图像及其声频信号分析,二、图像改变的临床意义 任何引起脑血管血流动力学变化及脑供血障碍的因素，均可使频谱图像异常。1.融合S峰：S1峰与S2峰融合，收缩峰由正常的较陡直（双）峰变成圆钝或平钝的融合（单）峰。2.S2峰大于S1峰：收缩峰梯度由正常的从高到低改变成从低到高。 此类收缩峰形态改变，伴有脉动参数增高，血流速度（舒张期血流速度为明显）不同程度下降，是动脉硬化的特征性图像。老年人动脉弹性降低，可出现生理性S峰改变，但此时程度较轻，且血流速度基本正常。,TCD的图像及其声频信号分析,圆钝、平钝及S2S1,TCD的图像及其声频信号分析,3.陡直高尖S峰：收缩峰上升时间快，正常的上升支坡度不明显，几乎呈直线上升，下降支快速落下，S峰显得陡直高尖，伴有脉动参数降低及高调、尖锐的血流声，这是血流速度（以Vs为明显）明显增高的特征。常见于脑血管痉挛。,TCD的图像及其声频信号分析,4.高阻波形：低矮圆钝融合峰S波，D波不明显甚至消失的频谱图像。特征为血流速度减慢、舒张末期血流速度几乎为0、脉动参数增高。为动脉硬化特有的低流速高阻力波形。,TCD的图像及其声频信号分析,5.湍流波形：指频窗消失、伴粗糙杂音的波形。特征是血流速度明显增快。由于血流速度变化梯度大，血流中的红