经颅多普勒超声在重型颅脑创伤救治中的临床应用

李瑞豪 任海军 侯博儒 杨文桢 王登峰 薛鑫 卢维新

重型颅脑损伤（severe traumatic brain injury，sTBI）是世界范围内致残、致死率较高的疾病，在美国和欧洲有超过1300万患者的残疾与TBI有关，同时也是45岁以下青年男性极易致残的主要原因[1,2]。TBI严重程度越高，其并发脑疝的几率就越大，最终导致患者的预后效果差、病死率高[3]。以体格检查、影像学检查为主的传统TBI监测手段并不能迅速有效地诊断、监测TBI的病理生理过程，对患者的临床救治作用有限。经颅多普勒超声（transcranial Doppler ultrasound，TCD）具有迅速、无创、安全、可重复的优点，可提供许多影像技术检测不到的血流动力学资料，能对患者进行连续、长期的观察，使得TCD在TBI患者的临床管理中发挥巨大作用，如：早期预警、指导治疗方案以及改善患者临床预后等[4]。本文将围绕TCD在sTBI救治中的临床应用综述如下，以期提高对TBI患者的诊治水平。

一、TCD的原理

1982年，挪威科学家Aaslid根据多普勒效应研发了第一台经颅多普勒仪，20世纪80年代末，TCD被神经病学及超声学专家华扬、黄一宁教授引进中国[5]。TCD利用超声波来探测颅内血管的多普勒信号，根据探查的深度、探头的位置、血管与声束夹角、血流的方向等，从而确定血管的类型并获取多普勒血流参数，并通过快速傅立叶转换系统 （fast fourier transform，FFT）转换成TCD监视器上表示各个红细胞的速度分布的频谱。进而通过分析该频谱获得特定的脑血流动力学信息，包括峰值收缩速度（systolic peak velocity，Vs）、舒张末期速度 （end of diastolic velocity，Vd）、阻 力指 数 （resistant index，RI）、搏动指数（pulsatility index，PI）、收缩期血流速度与舒张末期血流速度的比值（S/D值）和平均最大速度（mean velocity，Vmean），最后根据患者脑血流速度、血管自身调节功能、血流方向、远端血管阻力的变化情况，从而达到评估出颅内压、识别脑血管状态及诊断脑死亡的目的[6]。

在临床工作中，TCD在TBI患者发病后的频谱演变如下：（1）当出现脑外伤后，恶性高颅内压导致脑血流速度下降，PI增高时，TCD呈现低血流-高PI频谱；（2）当颅内压比舒张压高，比收缩压低时，舒张期可见部分脑血流背离探头，此时呈现出双向“震荡波”频谱；（3）当颅内压与收缩压持平时，或高于收缩压，则呈现收缩早期 “钉子波”；（4）脑内无血流信号[7]。

二、TCD在TBI患者救治中的应用

TCD可无创伤地穿透颅骨，其操作简便、重复性好，可以对患者进行连续、长期的动态观察，在评价TBI诊治方面有着重要的意义，其在TBI患者救治中的作用如下。

1.评估颅内压：TCD可评估TBI患者颅内血流动力学异常状态的变化，并能间接评估其颅内压的变化[8]。通常使用TCD测量患者大脑中动脉的 Vs、Vd、Vmean、PI 和 RI， 其中Vmean=1/3Vs+2/3Vd；PI=（Vs-Vd）/Vmean。TCD 在 TBI患者颅内压升高及脑灌注压降低时血流频谱可以出现特异性的变化，其典型频谱改变为Vd降低，PI增加。相关研究表明PI可以作为评价脑小动脉阻力状况的重要指标，其与颅内压存在线性或指数关系，可以反映TBI后颅内压情况，相关系数为0.938（P＜0.0001），颅内压=（10.93×PI）-1.28[9]。在成人 TBI患者中，PI与颅内压成正相关，即有时可代替有创颅内压监测，但是在儿童TBI患者中，还没有研究能表明PI与颅内压有明确的关系[10]。

2.评估远期预后：TCD可用于评估TBI患者的远期预后，但所利用的TCD血流参数及阈值尚不统一。相关研究表明，TBI患者早期大脑中动脉（middle cerebral artery，MCA）的 Vmean＜28 cm/s时，死亡率达到80%[11]。而另一项回顾性研究表明，PI与患者预后存在明确的相关性，其结论为：sTBI患者受伤24 h内，PI≤1.0，预示 71%的患者预后良好；PI≥1.56，预示 83%的患者受伤后6个月预后不良[12]。 关于儿童中、重度颅脑损伤的研究表明，早期MCA的 Vd＜25 cm/s和 PI＞1.31，提示预后不良[13]。预后良好的患者PI平均值为1.0，预后不良患者PI平均值为1.6，且PI与有创颅内压、脑灌注压（cerebral perfusion pressure，CPP）有显著的相关性[14]。TCD在评估 TBI患者预后仍处于临床探索阶段，设立恰当的脑血流参数及相关阈值显得尤为重要，因此这还需要不断地探索和研究。

3.诊断脑死亡：TCD可作为诊断脑死亡的候选标准。由于脑死亡是一个复杂的临床现象，其涉及到医学、社会学诸多因素，而且TCD存在假阳性或假阴性结果，因此尚不能单独依靠TCD来诊断脑死亡[15]。脑死亡TCD诊断标准中，成人脑死亡频谱表现为无脑血流信号、“震荡波”、“尖小收缩波”[16]。其中，震荡波常出现于开放性脑损伤伴急性颅内压增高所导致的脑死亡患者中，整个过程中患者病情波动大，相反，相同的频谱则不一定会在慢性颅内压增高的患者身上出现。典型的震荡波频谱形态为交替出现的正向的收缩期波形和反向舒张期波形，但反向的舒张期血流频谱具有多形性，既会出现整个舒张期早期反向但中期正向的频谱，又会出现整个舒张期都反向的形态。钉子波是一种尖小的收缩早期波，整个舒张期无血流信号，见于各种原因所致的脑死亡患者，其被认为是脑死亡的较晚期改变。因此TCD作为一种方便、迅捷、实时、无创的辅助检查方式，可以用来诊断临床脑死亡，是诊断脑死亡“金标准”的一个很好的候选者[17]。

4.诊断外伤性蛛网膜下腔出血引起的脑血管痉挛：TCD可用于动态检测血管痉挛的病程及评价治疗效果。脑血管痉挛（cerebral vaso-spasm，CVS）是外伤性蛛网膜下腔出血（traumatic subarachnoid hemorrhage，t-SAH）的继发性损伤，可引起脑细胞及脑组织缺氧、缺血、脑梗死的发生并导致患者预后不良，因此早期发现CVS尤为重要。TCD在诊断中的目标血管通常为两种：双侧MCA（前循环的主要判定血管）与基底动脉（后循环的主要判定血管）。正常MCA血流速度为30～80 cm/s，一般CVS的诊断标准为血流速度超过120 cm/s。TCD可通过血流速度间接诊断CVS，特异性较高而敏感性相对较低，因此有学者提出将TCD诊断CVS的标准从120 cm/s降低到80 cm/s，若怀疑存在CVS，整个治疗期间均持续动态行TCD检查。但TCD对CVS的检测结果受诸多因素影响，如脑室引流、受操作者的手法、血管的条件等，这些因素均有可能导致结果判定不准确，因此TCD结果只能作为参考，脑死亡的判定仍需以其他确认的试验为准[18]。

5.评价脑血管自动调节功能及脑灌注量：正常人脑的血流量占全身的15%～20%，大约消耗25%的氧。然而脑组织自身并没有能量储备，需要稳定且持续的脑血流供应来维持其结构和功能[19]。脑血流自动调节功能是脑血管系统一种内在的能力，当平均动脉血压波动于60～160 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）时，其通过复杂的代谢性、神经元性、化学性及血管压力系统自身进行调节，从而维持脑内血流量相对恒定[20]。TBI的病理过程中低血压、缺氧或者高碳酸血症等引起的继发性脑损伤对脑血流量影响较大，也是影响TBI患者的主要预后因子[21,22]。在TBI的病理状态下，患者脑血管自动调节功能的完整性会受到破坏，导致脑缺血或者过度充血，损害性脑灌注伴随的细胞氧供不足和代谢障碍，是导致中枢神经疾病恶化的重要病理生理因素[23]。TCD可通过监测脑血流速度在动脉血压波动前后的变化，从而评估脑血管动态的自动调节功能[24]。当患者丧失脑血管自动调节功能时，脑血流与动脉血压会呈直线正相关，此患者的病死率以及长期植物生存状态的风险会有明显的提升，并且实际脑灌注量的维持水平与预后有明确的关系[25]。相关回顾性研究表明，在死于TBI的患者中，其实际CPP长期高于最适脑灌注5 mmHg；相反在6个月后严重神经功能障碍的TBI患者，其实际CPP长期低于最佳脑灌注5 mmHg；然而，在预后良好的TBI患者中，他们的实际CPP始终维持在最适脑灌注±5 mmHg[26]。不同患者有不同的CPP阈值，因此寻找最优的CPP成为TBI患者个体化、精准化治疗的重要目标。TCD因其快捷、无创、可动态评估、可重复等优点在评估脑血管自动调节功能及脑灌注量这两方面中起到重要的作用。

三、展望

随着TCD的不断发展及广泛应用，其在TBI中监测颅压、判定CVS程度、测量脑灌注量等作用愈发重要，但目前存在的主要问题是不同的操作者或不同程度的TBI患者会对TCD的检查结果产生影响。为了使临床能够更好的使用TCD，必须能够证明源自于TCD推算出的数据与真实结果差距甚小，因此未来的研究重点应建立能够准确描述上述测量数据的相关函数式。相信未来通过不断的研究与改进，TCD可以达到有效监测TBI患者生理及病理变化的目的。

综上所述，TCD摒弃了传统脑血流图和脑血管造影的缺陷，可无创、实时地测量大脑大动脉的血流状态，提供脑血流动力学信息，从而为TBI的临床诊治工作发挥作用。随着科技不断进步及TCD相关研究的不断完善，TCD将对颅脑损伤患者治疗效果的提高和预后的改善发挥更重要的临床意义。