基于血流向量测量颈动脉血流量的稳定性研究

刘微丽, 吴徐峰, 郑庆斌, 孟丽君, 冯亚平,姜雪川, 李玉呈, 袁文杰

(1. 扬州大学附属医院 重症医学科, 江苏 扬州, 225009;2. 江苏省盐城市第一人民医院 重症医学科, 江苏 盐城, 224006)

重型颅脑损伤后继发性脑损伤是造成高病死率及高致残率的关键因素，缺血性损伤是其重要机制之一，而脑血流监测是临床治疗的重要依据。目前，脑血流监测方法主要包括CT血管造影(CTA)、数字减影血管造影(DSA)、磁共振血管造影(MRA)、热扩散血流量测量(TDF)和激光多普勒(LDF)、近红外光谱(NIRS)等[1]。对于ICU患者而言，每项监测技术存在一定局限性，即使有恰当的脑灌注压，也无法确保正常的脑血流量，因此床旁脑血流量监测成为神经重症医生一直关注的热点和难点。目前，颅内血管半径随着动脉压的变化而变化，所以超声检查难以获得较准确的颅内血管半径[2]。文献[3]报道，基于向量速度计算血流量无需血管角度校正，且可以减少误差。本研究采用超声技术并基于血流向量比较多种颈动脉血流量评估方法，寻找其中稳定性较好的方法，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集40例就诊患者(年龄20～60岁)的临床资料，其中明确有颈动脉粥样硬化斑块的6例。根据是否有斑块将患者分为斑块组6例和非斑块组34例。同时，选取体检健康志愿者15例，年龄20～40岁。健康者纳入标准: ① 测量部位清晰，探头能与皮肤完全接触者; ② 无贫血、心律失常、甲亢、糖尿病及高血压病等可能引起血流动力学变化的疾病，无不良生活习惯，无椎动脉、锁骨下动脉及颈动脉狭窄病变或粥样硬化斑块者; ③ 测量过程中血压无明显变化者; ④ 对实验步骤知晓，同意加入实验者。患者纳入标准: ① 测量部位清晰，无深静脉置管，探头能与皮肤完全接触者; ② 测量前2 h及测量过程中未使用镇静、镇痛及血管活性药物者; ③ 血流动力学稳定，且测量过程中未发生引起血压变化疾病者; ④ 患者或患者家属对实验步骤知晓，同意加入实验。

1.2 仪器与方法

所有受检者均用8～12 MHz超声探头进行检测，检测设备为SIEMENS公司生产的ACUSON P500。检查前受检者需要移除影响颈部检查的物品，并平卧于床上，床头抬高30 °, 安静休息10 min, 等呼吸及心率相对平稳后进行检测，检查过程中受检者保持安静状态。先检查右侧，再检查左侧，检查一侧颈总动脉时嘱受检者头偏向对侧约10°。颈总动脉测量点的选择: 测量点平环状软骨，且在颈总动脉分段前完成检测。为了避免偏倚，由5名经过超声检查培训的重症医学科医生完成数据采集过程，确保数据无遗漏。

各种方法的操作步骤及计算血流量的依据如下。最大血流速度近似法:Vol=Vmax×血管面积(S), 即默认最大血流速度(Vmax)与平均血流速度相等。流速均值近似法:Vol= 0.5×Vmax×S, 即默认最大血流速度(Vmax)的一半与平均血流速度相等。Vmax位于血管中心线，进行血管测量时采用纵轴血管测量血流速度，横轴血管测血管面积，通过以上公式评估血流量。采用环形近似法(图1、图2)对血管血流速度进行测量时，纵轴血管测血管直径(D)、垂直血管横轴测量血管横截面积(S)(图1)。探头倾斜30 °～60 °后(图3)测量长径(D1)及a、b、c、d、o共5点的血流速度Va、Vb、Vc、Vd、Vo, 其中D/D1即为超声波入射角度正弦值sinθ, 通过sinθ可计算出超声入射角度余弦值cosθ。最终得到血流量计算公式:Vol=S×Vo/(9×cosθ)+1.5×S×Vb/(9×cosθ)+1.5×S×Vc/(9×cosθ)+2.5×S×Va/(9×cosθ)+2.5×S×Vd/(9×cosθ), 记为公式1。

三角函数单切面测量法: 与三角函数双切面测量法相同，但需采用图3A中探头2所示的方向，得到图3C切面图，测得最大血管内径，记作D1, 即斜径; 测量横径，记作D2; 采用公式2和公式3计算得出结果。

横切固定角度测量法: 本研究中使用的超声检查的默认测量多普勒角为45°。将三角函数单切面测量法相同的步骤所测得到的数据应用到下面公式中，最大流速近似法:Vol=Vo×S1/Cos 45°, 流速均值近似法:Vol= 0.5×Vo×S1/Cos 45°。

纵切测量法: 先明确颈总动脉位置，后将探头旋转至纵切面，显示出测量时的颈总动脉的长轴图像，调整声束通过血管中轴线，调整声束角度，使其与血流方向平行，再测量血流速度V1,V1为该点3～4个心动周期的平均血流速度，此时的血流量公式如下。最大流速近似法:Vol=V1×S1, 流速均值近似法:Vol=0.5×V1×S1, 见图4A。

改良环形近似法: 采用三角函数单切面测量法相同的操作步骤算出血管横截面积，记为S1, 然后在D1线上取5个平均点(如图1), 记作a、b、o、c、d, 将通过脉冲多普勒超声检查测量的图2中各点血流速度记作Va、Vb、Vo,Vc、Vd(Va指测量血管最上方血流,Vo指测量血管中心血流,Vd指测量血管最下方血流,Vb、Vc分别为Va与Vo、Vd与Vo中间血流)。速度均为各点3～4个心动周期的平均血流速度，此时的血流量公式为公式1。整个过程中, 5位重症医学科医师检测部位为同一位置，受检者血压无明显变化, 10 min内完成全部方法的5次测量，见图4B～4F。

1.3 统计学分析

应用SPSS 25.0软件对所采集数据进行统计分析。稳定性指标用变异系数(CV)、百分数衡量法表示，符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，采用独立样本t检验,P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 三角函数双切面测量法与纵切测量法的比较

三角函数双切面测量法稳定性优于纵切测量法，差异有统计学意义(P<0.05), 见表1。

表1 三角函数双切面测量法与纵切测量法的比较结果

2.2 三角函数双切面测量法与横切固定角度测量法比较

三角函数双切面测量法稳定性优于横切固定角度测量法，差异有统计学意义(P<0.05), 见表2。

表2 三角函数双切面测量法与横切固定角度测量法比较结果

2.3 三角函数单切面测量法与三角函数双切面测量法的比较

三角函数单切面测量法稳定性优于三角函数双切面测量法，差异有统计学意义(P<0.05), 见表3。

表3 三角函数单切面测量法与三角函数双切面测量法的比较结果

2.4 最大血流速度近似法与流速均值近似法的比较

最大血流速度近似法的稳定性与流速均值近似法比较，差异无统计学意义(变异系数: 0.201、0.201,P>0.05; 百分数衡量法: 0.568、0.568,P>0.05)。

2.5 改良环形近似法与最大血流速度近似法的比较

改良环形近似法的稳定性与最大血流速度近似法比较，差异无统计学意义(P>0.05), 见表4。但斑块组分析结果显示，前者的稳定性优于后者，差异有统计学意义(P<0.05), 见表5。

表4 改良环形近似法与最大血流速度近似法的比较结果

表5 斑块组改良环形近似法与最大血流速度近似法的比较结果

2.6 改良环形近似法中速度的分析比较

改良环形近似法实验通过对Va、Vb、Vo,Vc、Vd分析发现，血管中心速度并不全是最大速度，其中有97次最大血流速度是由2个及以上位置测量得出。

3 讨 论

1989年，国内首次利用多普勒超声技术观察椎动脉的二维超声显像与多普勒超声血流量[4], 从此很多学者开始利用多普勒超声对颈动脉进行测量，但大多数文章中提及的颈动脉血流量测量方法为纵切测量法[5-6], 计算方法为流速均值近似法[7], 尚无文献支持哪种方法更接近于真实血流量或更适用于临床。此外，先前的测量方法中，不同的操作者行相同的操作得到的结果相差很大，说明测量方法的稳定性较差[8]。本研究的横切固定角度测量法比纵切测量法有更好的稳定性，主要原因为血流方向与超声方向夹角过大。本研究得到的夹角多大于80 °, 因为测量时需要测量者将角度调整至与血流速度完全平行，当夹角大于80 °时，测量误差相差1 °就可能会造成大于10%的误差。采用横切固定角度评估法测量数据时，速度的校正角度是固定值。本研究要求操作者以与皮肤45°角为超声入射方向，并最终以45 °作为超声与血流方向的夹角进行矫正。当夹角为45 °左右时，每相差5 °就会导致10%的速度误差。因而，与纵切测量法相比，横切固定角度测量法是将超声检查的默认测量多普勒角为45°作为默认角，可减少因角度误差造成的测量速度误差，但仍存在较大误差。文献[3]报道，基于向量速度计算血流量可以减少误差。故本研究为进一步减少误差，基于向量速度引入三角函数来计算所需血流量的相关数据，并命名为三角函数单、双切面测量法。本研究结果表明，三角函数单切面测量法稳定性优于三角函数双切面测量法，原因可能为三角函数双切面测量法需要在超声显示的2个图像上测量血管内径，但实验发现，脉搏周期血管内径会发生一定变化，不同血压条件下血管半径不同，不同时点、不同切面测量直径和斜径会导致θ测量误差较大。对于三角函数单切面测量法而言，动脉接近正圆，通过斜切血管得到的椭圆横径可视作血管直径D, 这样在一个切面上测量D1及D2可保证在同点上获取θ的相关信息。

采用血流速度计算血流量的常用方法之一是假设法[9], 假设理想状态下血流以层流分布，流速呈抛物线分布，最大流速位于血管中心线。本研究中的最大流速近似法和流速均值近似法计算得到的血流量分别为(531.70±176.89) mL/min和(265.85±88.45) mL/min, 血流量稳定性较差，与研究[6-7]得出的测量结果相似，主要原因是颈总动脉血流因血管走行、血管管径的变化及血液黏滞度等问题，在临床上其血流量检测较体外模拟实验更复杂[10]。此外，最大流速不一定全部位于血管中心线，本研究发现，血流速度位于血中心线的占比为44%, 可能也是测量结果不稳定的因素之一。另外一种方法计算血流量的常用方法是环形近似法，其主要从血管平面取点，测量出各个点的瞬时流速，再测量每个点的横截面积，将所有点的血流量相加得到总血管血流量，并且取点数量越多，测得的血流量越稳定。考虑到取样框的取样范围，本研究将所得截面直径以截面圆点为中点，分为6等份(图1)，并将直径的1/6作为取样框的大小。对于血管条件良好且无明显颈动脉斑块的患者而言，血管内的血流主要为层流，改良环形近似法无明显优势(P>0.05), 反而增大了测量难度; 对于存在动脉斑块的患者而言，改良环形近似法则可显著提高血流量测量的稳定性，原因可能是血管斑块导致血流为非层流，血流方向可能与管壁不平行，可能会出现涡流、返流和二次流等复杂流动形态[11]。

本研究还存在许多不足之处: 只分析了血流速度及血流量测量的稳定性，缺少与真实血流量的比较; 样本量较小，需进一步扩大样本量，减少误差; 在改良环形近似法的比较中，因缺乏软件未与环形近似法进行比较; 在三角函数单双切面测量法中，运用沿椭圆形长轴5个等分点测得血流速度，然后运用三角函数得到垂直血管平面5个点的血流速度，其与真实平面5个点的测量速度可能并不相等。

综上所述，三角函数单切面测量法可测得较为稳定的血流速度，对于颈动脉斑块患者，改良环形近似法可获得较稳定的血流量，但评估稳定性有待进一步提高。