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Transcranial Doppler after traumatic brain injury: is there arole?

經(jīng)顱多普勒在顱腦外傷診療中的地位？

原作者：Pierre Bouzat, Mauro Oddo, and Jean-Franc?ois Payen

Curr Opin CritCare 2014, 20:153–160

編譯：CCUSG翻譯小組：王曉猛 高岱全 楊梅 梁艷 李喜元 閆寒

審校：朱然 丁欣 王小亭 陳煥

目的

展示經(jīng)顱多普勒超聲（Transcranial Doppler，TCD）在顱腦外傷（Traumatic brain injury，TBI）患者診療中的實用性并列舉支持其使用的相關(guān)證據(jù)。

進展

TCD可以測定大腦基底動脈的收縮期、舒張期及平均腦血流速度，并計算搏動指數(shù)（pulsatility index，PI）。在控制干擾因素的前提下，這些參數(shù)可以反映腦循環(huán)狀態(tài)。例如，TCD可用于檢測重度TBI患者由于高顱內(nèi)壓等原因?qū)е碌牡湍X血流，并可用于評估腦循環(huán)自主調(diào)節(jié)能力。在急診科， TCD可以作為有神經(jīng)系統(tǒng)功能惡化風(fēng)險的輕-中度TBI患者進行顱腦CT及臨床檢查之外的補充。

總結(jié)

TCD的診斷價值在于整合其他多模態(tài)腦功能監(jiān)測和顱腦CT檢查的結(jié)果，優(yōu)化TBI患者的床旁管理，并有助于指導(dǎo)選擇最佳治療方案。

關(guān)鍵詞

腦血流、重癥監(jiān)護、經(jīng)顱多普勒、顱腦外傷

引言

顱腦外傷（traumatic brain injury，TBI）患者的神經(jīng)功能預(yù)后既取決于最初腦外傷的嚴(yán)重度，也取決于繼發(fā)性腦損傷的程度。繼發(fā)性腦損傷的主要原因是腦組織氧供應(yīng)與氧利用失衡導(dǎo)致的缺血與缺氧。預(yù)防和治療繼發(fā)性腦損傷是目前管理顱腦外傷患者的關(guān)鍵點。因此，保證足夠的腦血流（cerebral blood flow ，CBF）對于減少缺血的發(fā)生至為重要，也就是說，腦血流量的降低不應(yīng)低于維持基本腦功能的腦血流閾值。雖然目前尚無對TBI患者確定有效的藥物治療，但調(diào)節(jié)腦血流并使其最佳化仍是目前主要的治療策略。然而，在治療干預(yù)的過程中進行腦血流的床旁實時動態(tài)監(jiān)測極具挑戰(zhàn)，常規(guī)影像技術(shù)如灌注CT或灌注MRI無法完成上述目標(biāo)。推薦對重度TBI患者進行床旁多模態(tài)監(jiān)測，以優(yōu)化腦血流動力學(xué)，腦氧合及腦代謝。雖然頸靜脈氧飽和度監(jiān)測（jugular venous oxygen saturation，SvjO2）、腦組織氧分壓（brain tissue oxygen pressure，PbtO2）和微透析監(jiān)測都是腦組織能量供需平衡的替代指標(biāo)，但就其本身來說，都不是對腦血流的監(jiān)測。

目前也有數(shù)個床旁腦血流監(jiān)測的方法，如激光多普勒或熱彌散探頭。但這些方法不是有創(chuàng)性監(jiān)測，就是針對局部腦血流的監(jiān)測。相對應(yīng)的是，1982年出現(xiàn)的TCD則是對腦基底動脈血流的無創(chuàng)實時監(jiān)測。最初，TCD被用于診斷蛛網(wǎng)膜下腔出血(SAH)后的血管痙攣，目前，TCD已被用于其它腦損傷，如顱腦外傷和卒中。現(xiàn)已開展了很多TCD用于麻醉和重癥監(jiān)護領(lǐng)域的研究。在顱腦外傷中，TCD的應(yīng)用極為適合，因為創(chuàng)傷后發(fā)生的腦組織低灌注會影響神經(jīng)功能預(yù)后。然而，由于 TCD并未進入TBI管理指南的推薦中，因此尚未被普遍應(yīng)用。這篇綜述的目的是為了展示這項技術(shù)的實用性，并列舉TCD適用于重度及輕-中度TBI患者的證據(jù)。本文未包括TCD用于診斷腦死亡和腦血管痙攣的內(nèi)容。

經(jīng)顱多普勒：從理論到實踐

19世紀(jì)中葉，奧地利物理學(xué)家Christian Andreas Doppler 觀察到，當(dāng)聲波以特定的頻率撞擊到運動中的物體時，會以不同的頻率被反射回來。這種現(xiàn)象的機制被稱為Doppler效應(yīng)，隨即，這種現(xiàn)象被用于監(jiān)測超聲下血管內(nèi)的紅細(xì)胞運動，即通過測量超聲波發(fā)射與接收間的不同頻率而實現(xiàn)上述測量。

血流速度及腦血流量的關(guān)系

觀察到的流速（Observed FV）與實際流速（Actual FV）之間關(guān)系為：

Observed FV = Actual FV×cosθ

（θ為超聲聲束與流速矢量之間的成角）

因此， TCD觀察到的紅細(xì)胞流速永遠(yuǎn)不能高于其實際流速。當(dāng)角θ等于15°時，θ的余弦值大于0.96，且由于角的改變而產(chǎn)生的任何誤差都低于4%。然而，流速的測量僅僅是為了測量腦血流，僅當(dāng)角θ及超聲下的血管直徑保持恒定時，流速的變化才能反映腦血流的變化，事實上，腦血流（CBF）與流速的關(guān)系可用如下公式表示：

CBF =HR × TVI ×血管橫截面積

上述公式中，HR為心率，TVI為時間-速度積分，即頻譜曲線下面積。盡管近來已更多應(yīng)用二維超聲多普勒，但臨床實踐中用以測量血管橫截面積仍存在一些不確定性。當(dāng)腦血流與血管直徑同時減小時，TCD可能無法診斷腦血管痙攣。然而，在TBI急性期，大腦主要動脈的橫截面積幾乎不受影響，這使應(yīng)用血流速度測量腦血流的方法顯得更為合理。

實際問題

在臨床實踐中，最常用于TCD檢查的血管是大腦中動脈（MCA），通過顴弓上方的顳骨窗可以輕易探及。MCA的血流量可達同側(cè)頸動脈的60-70%，因此，MCA的TCD測量可用以代表同側(cè)大腦半球的血流量。但是，某些因素會使經(jīng)顳窗的探測變得困難，甚至無法探及（10%患者），例如年齡、性別為女性，及其它影響骨骼厚度的因素。此外，同側(cè)顳骨區(qū)域的開顱手術(shù)可能會使TCD檢查變得困難。在這種情況下，超聲可以通過眼部來探測MCA?；蛘?，也可采用靜脈內(nèi)注射超聲造影劑來顯著提高TCD檢測的成功率。其它如基底動脈，可通過枕骨大孔窗或下頜下窗探及。

有兩種TCD檢查方法，第一種是經(jīng)顱雙功能彩色超聲(TCCS)，以二維彩色圖像顯示。一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)血管，脈沖多普勒探頭會測量血流速度，并繪制流速時間圖形。第二種是傳統(tǒng)TCD,僅采用第二種探頭功能。雖然從理論上講，TCCS比傳統(tǒng)TCD具有更多的優(yōu)勢，但當(dāng)二者同時用于檢測 SAH 后腦血管痙攣時，并未發(fā)現(xiàn)其間存在明顯的差別。

操作時，可在45–60mm的深度探及兩條MCA，血流方向朝向探頭。多普勒設(shè)置為2MHz，調(diào)整超聲探頭的角度及位置以獲得高質(zhì)量的多普勒信號。當(dāng)連續(xù)記錄血流速時，可使用頭帶固定探頭以保持同樣的角度。使用經(jīng)顱雙功能彩色超聲(TCCS)時，應(yīng)首先確定蝶骨的床突及腦干的位置。彩色多普勒可以識別Wills環(huán)（圖1）。定位大腦中動脈的M1段，手動調(diào)整探頭角度來測量血流速（cm/s）。當(dāng)獲得30秒以上的穩(wěn)定圖像后，需要對雙側(cè)血管記錄至少10個心動周期的圖像。通過時間平均的平均血流速(FVm)、收縮期血流速(FVs)和舒張期血流速(FVd)的單位是cm/s，搏動指數(shù)（pulsatility index，PI）是通過[(FVs－FVd)/FVm]計算得出(圖2)。PI指數(shù)的最大優(yōu)點是不受超聲探頭角度的影響。

圖1.通過顳窗獲得的二維經(jīng)顱多普勒圖像示例。腦干（the brain stem，BS）顯示為低回聲蝴蝶形結(jié)構(gòu)。Willis環(huán)的所有動脈、大腦中動脈(MCA)、大腦前動脈(ACA)和大腦后動脈(PCA)均通過彩色模式進行定位。

圖2. 二維經(jīng)顱多普勒成像：多普勒信號通過大腦中動脈的近端（M1）記錄。FVd，舒張期血流速；FVm,平均血流速；FVs,收縮期血流速。

經(jīng)顱多普勒測量結(jié)果的解讀

大腦基底動脈的血流，和其它重要器官（肝，腎和心臟）的動脈一樣，以舒張為主。其舒張期血流速（FVd）反映下游血管的阻力大小，而收縮期血流速（FVs）則取決于上游的因素，即心輸出量，同側(cè)頸動脈血流量，及動脈血壓。平均血流速（FVm） 是考慮到被檢測血管內(nèi)不同的流速構(gòu)成比例后的加權(quán)流速，隨腦血流量（CBF）降低而降低。以經(jīng)顱多普勒在正常個體中測得的血流速列于表1。TCD血流速度波形由動脈血壓波形、腦血管床的粘彈特性及血液流變學(xué)共同決定。因此，當(dāng)不存在血管狹窄或痙攣、不存在動脈血壓的變化或嚴(yán)重貧血的情況下，搏動指數(shù)反映了遠(yuǎn)端腦血管阻力。在TBI患者中，當(dāng)顱內(nèi)壓（ICP）升高或低碳酸血癥導(dǎo)致腦血管床阻力升高時，可以觀察到舒張期血流速（FVd）降低，高尖波形，及搏動指數(shù)增高（圖3）。在不同顱內(nèi)疾病中，搏動指數(shù)和顱內(nèi)壓（ICP）之間的關(guān)系仍存爭議。而且，在一項納入290例顱腦外傷患者的大型隊列研究中，搏動指數(shù)用于無創(chuàng)評估顱內(nèi)壓（ICP）和腦灌注壓（CPP）的價值有限，但極端情況例外（ICP > 35mmHg及CCP <>

圖3.TBI患者大腦中動脈的TCD圖像。（a）是正常TCD數(shù)值。重度TBI患者入院時可見舒張期和平均血流速(FVd and FVm)下降，而PI增加（b）。這種血流速的改變形式反映了遠(yuǎn)端腦血管阻力增加，可由顱內(nèi)壓升高導(dǎo)致。

TCD在重度TBI患者中的應(yīng)用

TCD提供了一種無創(chuàng)的腦血流量評估手段，這種評估手段尤其適用于床旁監(jiān)測TBI患者是否出現(xiàn)大腦低灌注。

早期發(fā)現(xiàn)腦血流量減低

國際指南推薦，重度TBI患者在未建立有創(chuàng)顱內(nèi)監(jiān)測之前，為保證足夠的腦灌注壓（CPP），應(yīng)將90mmHg作為平均動脈壓（MAP）的目標(biāo)。然而，部分患者可獲益于提升MAP，另一部分患者卻需要通過降低MAP來避免發(fā)生血管源性腦水腫。正因如此，TCD已被檢測能否用于急診就診患者治療反應(yīng)性的評估。已證實，對重度TBI患者進行院前救護和急診就診30分鐘內(nèi)的TCD檢查具有可行性。這些患者中可有70%存在異常的TCD檢查結(jié)果，即損傷3小時內(nèi)出現(xiàn)平均血流速（FVm）降低、搏動指數(shù)（PI）增高。平均血流速下降同時伴隨搏動指數(shù)升高在重度TBI損傷后的8小時內(nèi)最為明顯。

對TBI進行初始評估時，TCD數(shù)值有助于指導(dǎo)治療及判斷預(yù)后。例如，在兒童TBI患者中，急診就診時的舒張期血流速（FVd）低于閾值25cm/s，搏動指數(shù)高于閾值1.3時，均與不良預(yù)后相關(guān)。TCD同樣可以用于成人重度TBI患者在急診室的初始治療，例如，Ract等觀察發(fā)現(xiàn)，舒張期血流速（FVd）小于20 cm/s，平均血流速（FVm）小于30 cm/s，及搏動指數(shù)大于1.4的患者，在接受甘露醇、血管升壓藥及神經(jīng)外科手術(shù)治療后，可以維持正常的腦灌注壓及腦氧合水平。對于這些高?；颊?，早期TCD目標(biāo)導(dǎo)向治療可以恢復(fù)正常腦灌注，并可能有助于減輕繼發(fā)性腦損傷。另外，TCD可在機械通氣患者中發(fā)現(xiàn)非故意過度通氣，而后者可能導(dǎo)致醫(yī)源性腦缺血。低碳酸血癥是重度TBI患者發(fā)生繼發(fā)性腦損傷的最常見原因，并顯著惡化患者預(yù)后。當(dāng)出現(xiàn)舒張期血流速（FVd）降低和搏動指數(shù)（PI）增高，卻無顱內(nèi)高壓的證據(jù)時，應(yīng)立即檢查機械通氣的情況。

評價大腦的自動調(diào)節(jié)機能和血管反應(yīng)性

持續(xù)測量腦血流速度有助于判斷腦血管的自動調(diào)節(jié)機能和血管反應(yīng)性。自身調(diào)節(jié)機能和腦血管反應(yīng)性的評估十分重要，因為它與神經(jīng)功能預(yù)后相關(guān)。自動調(diào)節(jié)水平可以通過靜態(tài)和動態(tài)2種方法評估。靜態(tài)評估是指在提升MAP 20mmHg前后分別測量平均血流速度（FVm），例如，應(yīng)用去甲腎上腺素前后的測量。自動調(diào)節(jié)指數(shù)（index of autoregulation，ARI）以腦血管阻力（MAP/FVm）變化的百分?jǐn)?shù)和血壓變化的百分?jǐn)?shù)之間的比值算得。該指數(shù)低于0.4提示自動調(diào)節(jié)機能受損。Mx指數(shù)，是緩慢變化的FVm與CPP之間的相關(guān)系數(shù)，已被推薦用于評估腦自動調(diào)節(jié)機能。保留自動調(diào)節(jié)機能的患者，Mx低于0.05，當(dāng)Mx高于0.3時，反映腦血流速對血壓存在高度依賴性，提示存在自動調(diào)節(jié)機能障礙。此外，在TBI患者中，與FVm和FVd相比，應(yīng)用FVs判定的Sx指數(shù)能夠更好地判斷這類患者的預(yù)后。

自身調(diào)節(jié)機能的動態(tài)評估方法之一是短暫充血反應(yīng)試驗（THRT），即短暫壓迫同側(cè)頸總動脈后測量流速的改變（圖4）。解除頸總動脈壓迫后，流速相對于基線值增加提示自動調(diào)節(jié)機能存在，反之則提示自動調(diào)節(jié)機能受損。伴有不良預(yù)后的TBI患者THRT多為陰性，即頸動脈壓迫去除后的血流速度與基線血流速度的比值小于1.1。如果可以控制影響THRT的因素，比如壓迫動脈的時長，壓迫期間血流速度下降的幅度，則THRT可以提供TBI患者治療期間的補充信息。

圖4：應(yīng)用連續(xù)經(jīng)顱多普勒檢驗?zāi)X自動調(diào)節(jié)機能。（a）多普勒探頭以頭帶固定；（b）動態(tài)方法檢測腦血管自動調(diào)節(jié)機能：壓迫檢查側(cè)的頸總動脈（壓迫期），解除頸總動脈壓迫（釋放期），與基線值相比，腦血流速相對增加提示自動調(diào)節(jié)機能完好。圖例中，計算的充血反應(yīng)率為1.96。

大腦血管對二氧化碳的反應(yīng)性也可以通過TCD進行評估。將腦血管存在二氧化碳反應(yīng)性定義為：每變化1mmHg的二氧化碳分壓，可引起3-5%的FVm改變。低碳酸血癥對于腦血容量的影響可以提供顱內(nèi)壓力-容積順應(yīng)性的信息。例如，Haubrich 等對29例接受短期輕度低碳酸血癥處理的TBI患者進行FVm檢查發(fā)現(xiàn)：低碳酸血癥導(dǎo)致的TCD及ICP的變化可以聯(lián)合反映兩個顱內(nèi)腔室的信息，即腦血管和腦實質(zhì)，正可用于評價壓力-容積順應(yīng)性。

提高CT血管造影的診斷效率

在SAH患者中，連續(xù)TCD檢查常用于幫助選擇最佳影像學(xué)檢查，如CT血管造影或傳統(tǒng)血管造影。在TBI患者中，TCD 可能有助于早期診斷創(chuàng)傷性頸內(nèi)動脈夾層（TICAD）。由于缺乏早期的臨床癥狀，TICAD的診斷常被延誤，但又無法推薦CT血管造影作為所有鈍性創(chuàng)傷患者的一線篩查手段。在一項回顧性配對隊列研究中，我們發(fā)現(xiàn)，兩條MCA間流速顯著不對稱(＞25%)及同側(cè)PI下降（＜0.8）是應(yīng)用TCD診斷TICAD的2條標(biāo)準(zhǔn)。這些研究結(jié)果提示，可以將TCD檢查整合至篩查TBI患者是否發(fā)生TICAD的流程中去。

TCD在輕-中度TBI患者中的應(yīng)用

絕大多數(shù)（達80%）TBI為輕到中度，即格拉斯哥昏迷評分（GCS）介于9到15分之間。盡管這部分患者入院時的神經(jīng)系統(tǒng)損傷程度相對較低，但在創(chuàng)傷1周之內(nèi)都有神經(jīng)功能惡化的可能性。神經(jīng)功能惡化的原因包括：腦水腫，顱內(nèi)血腫增大，癲癇，創(chuàng)傷后腦積水。以下幾個“預(yù)警信號”有助于識別這類高危患者（說話過程中隨時可能死亡）：入院時存在休克，初次頭顱CT提示嚴(yán)重腦損傷，應(yīng)用抗凝劑。管理這類患者的關(guān)鍵點在于從最初臨床表現(xiàn)平穩(wěn)的患者中盡早識別出有神經(jīng)功能惡化風(fēng)險的患者。而TCD有助于這種早期篩查。在一項納入78例輕-中度TBI患者的隊列研究中，我們發(fā)現(xiàn)，入院后病情惡化的患者都存在入院時的舒張期血流速度（FDv）和搏動指數(shù)（PI）異常。在隨后一項納入98例輕-中度TBI患者的隊列研究中，我們評估了對初始 CT檢查顯示嚴(yán)重腦損傷的患者應(yīng)用TCD判斷神經(jīng)功能惡化風(fēng)險的準(zhǔn)確性。應(yīng)用受試者操作特性曲線（receiver-operating characteristic，ROC）分析，FVd小于25 cm/s 和PI大于1.25是預(yù)測神經(jīng)功能惡化的最準(zhǔn)確TCD參數(shù)（圖5）。這些研究提示，對于輕-中度TBI患者，TCD可以作為入院時頭顱CT掃描的補充，以更為準(zhǔn)確的篩查出具有神經(jīng)功能惡化風(fēng)險的患者。

圖5：一例入院時GCS 14分的TBI患者，該患者在第2天出現(xiàn)神經(jīng)功能惡化。（a）：頭CT掃描，左圖為入院當(dāng)天，右圖為入院第2天。（b）：入院時的TCD圖像，左側(cè)大腦中動脈的PI和FVd值已經(jīng)發(fā)生異常（PI≥1.25，F(xiàn)Vd <25>

推薦對所有重度TBI患者進行顱內(nèi)壓監(jiān)測（ICP monitoring ），即復(fù)蘇后GCS評分3-8分，及頭顱CT掃描顯示異常的患者。然而，也存在一些重度TBI患者CT掃描正常，或初始GCS評分在9-12分，但CT顯示腦損傷存在進展可能性并會導(dǎo)致ICP升高。以上兩類患者約有10%~20%的可能性發(fā)展為顱內(nèi)高壓。TCD檢查結(jié)合臨床表現(xiàn)及CT結(jié)果有助于篩查出會獲益于ICP監(jiān)測的患者。

總結(jié)

TCD是一種操作簡單的無創(chuàng)大腦中動脈血流速度檢查手段。TCD也可以提供腦循環(huán)和腦血流自身調(diào)節(jié)的信息，因此對TBI患者有所幫助。TCD的正確應(yīng)用有助于發(fā)現(xiàn)有腦灌注減低高危風(fēng)險的患者，指導(dǎo)入院時的治療，評估腦血流自身調(diào)節(jié)功能，以及發(fā)現(xiàn)腦影像檢查及侵入性監(jiān)測的必要性。對TCD結(jié)果的正確解讀需要對潛在的干擾因素進行校正。總之，有幾個方面的證據(jù)支持TCD用于TBI患者，當(dāng)TCD結(jié)合其它診斷方法后，可以優(yōu)化這類患者的床旁管理。

原文：

Pierre Bouzat et al, Transcranial Doppler after traumatic brain injury: is there a role? Curr Opin Crit Care 2014, 20:153–160,DOI:10.1097/MCC.0000000000000071;1070-5295 2014 Wolters Kluwer Health

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（編輯 Dr.Vincent）