【述评】脑血管超声检测的临床应用进展评述

摘要:脑血管超声包括经颅彩色多普勒超声(TCCD)与经颅多普勒超声(TCD)｡TCCD与TCD已分别经过了30､40多年的临床应用历程｡脑血管超声在颅内､外动脉特别是颅内动脉病变的早期筛查､诊断､治疗与随访,以及在神经重症功能评估和缺血性卒中､蛛网膜下腔出血､右向左分流､脑血流自动调节､镰状细胞贫血等疾病的检查评估中越来越受到临床医师的重视｡作者重点评述了脑血管超声在国内外临床应用中的进展｡

1982年,Aaslid等首次将经颅多普勒超声(TCD)应用于临床｡TCD可通过低频率脉冲多普勒超声的高穿透性,评估颅内动脉狭窄､侧支循环建立情况,判断脑血管痉挛程度,监测微栓子信号并对颅内-外动脉血运重建的术前与术后血流动力学进行动态观察等｡

1990年,Bogdahn等采用经颅彩色多普勒超声(transcranial color coded Doppler, TCCD)实现了对颅内动脉､脑实质､脑室与颅内动脉瘤等相关结构与血流动力学的实时成像和评估｡此后,TCCD广泛应用于成人卒中､中枢神经系统疾病等相关病理生理学变化､颅内动脉瘤与蛛网膜下腔出血后脑血管痉挛的血流成像及血流动力学参数变化的应用分析,拓展了脑血管超声在临床的检测与应用范围｡

2004年,美国神经病学会(American Academy of Neurology, AAN)明确了采用TCD与TCCD对儿童镰状细胞贫血与卒中风险进行评估和分类的推荐级别为A类､Ⅰ级证据;在自发性蛛网膜下腔出血后血管痉挛中应用的推荐级别为A类､Ⅰ~Ⅱ级证据;对于在脑循环停止和(或)脑死亡的评估中的应用推荐级别为A类､Ⅱ级证据;通过对比增强TCD发泡试验对右向左分流(right-to-left shunt, RLS)进行诊断的推荐级别为A类､Ⅱ级证据;TCD在颅内动脉狭窄､脑血管反应性､颈动脉内膜切除术术中监测及溶栓治疗等方面的应用也为临床诊断和评估提供了重要的依据｡

1 TCD和TCCD在缺血性卒中评估中的应用

国家卫生健康委脑卒中防治委员会在2021年发布的《中国脑卒中防治指导规范》中指出,卒中是我国居民致残､致死的第一大病因｡卒中包括缺血性卒中和出血性卒中两大类,均具有高患病率､高致残率､高病死率和高复发率等临床特征,其中,我国国人缺血性卒中占所有卒中的86.8%｡研究表明,TCD对急性缺血性卒中(acute ischemic stroke, AIS)患者责任血管检测评估的敏感度､特异度､阳性预测值和阴性预测值分别为96%､75%､96%和75%｡此外,与DSA检测结果比较,TCCD对于颅内动脉狭窄或闭塞病变的分层分析具有较高的综合诊断准确性,敏感度和特异度分别达到90%､87%(受试者工作特征曲线下面积为97%)｡而且,经过专业培训的神经科医师在AIS患者转运过程中使用TCCD诊断大脑中动脉(MCA)闭塞病变的敏感度和特异度分别达到90%､95%,在AIS治疗时间窗内为溶栓和(或)神经功能保护相关治疗策略实施提供了客观评估依据｡

TCD和TCCD可用于评估颅内动脉狭窄和(或)闭塞性病变的位置与病变程度及治疗前后血流动力学变化与治疗的有效性｡此外,实时监测脑血流动力学的变化,还可以为血运重建术患者围手术期的脑血流动力学评估提供重要依据,以预防术后过度灌注､继发性脑水肿､症状性颅内出血等病发症的发生,从而降低神经功能异常的风险｡研究表明,脑血运重建术后24h内患者双侧MCA平均血流速度(mean flow velocity, MFV)指数(患侧MFV/对侧MFV)的升高与患者术后90d内的预后不良[改良Rankin量表(mRS)评分3~6分]具有独立相关性(校正比值比7.77,95% CI:1.81~33.3,P=0.006)｡Baracchini等纳入185例前循环大血管闭塞患者血运重建治疗后的TCCD动态检测结果进行分析,结果表明,术后即刻患侧MCA出现异常升高的血流速度,特别是收缩期峰值流速(PSV)的增加(高于术前100%以上)是颅内过度灌注导致症状性颅内出血的预测因子(OR=8.474;95% CI:3.066~45.122,P< 0.01);通过TCD评估的围手术期颅内动脉血流动力学正常是预测术后90d内预后良好(mRS评分0~2分)的重要依据｡因此,TCD和TCCD对于前循环大血管闭塞性病变血运重建的脑血流动力学的动态监测,可有效评估脑血运重建的有效性和继发性再灌注脑损伤的血流动力学变化,并预测颅内出血的风险｡

2 TCD和TCCD在出血性卒中评估中的应用

继发性脑血管痉挛与迟发性脑缺血(delayed cerebral ischemia,DCI)是导致动脉瘤性蛛网膜下腔出血(aneurysmal subarachnoid hemorrhage, aSAH)患者残疾和死亡的主要原因｡临床上aSAH患者发生血管痉挛的高峰时间为发病后4~14d｡Lysakowski等早在2001年报道了一项有关颅内动脉瘤破裂继发血管痉挛的荟萃分析,指出TCD对aSAH患者MCA血管痉挛的检测具有较高的阳性预测值(97%)和特异度(99%);但是,检测敏感度(67%)与阴性预测值(78%)相对较低｡

TCD对于大脑前动脉血管痉挛评估的敏感度､特异度､阳性预测值和阴性预测值均较低(分别为42%､76%､56%､69%);增加Lindegaard指数(即颅内MCA/颅外同侧颈内动脉流速比值)≥3可提高TCD对脑血管痉挛评估的准确性｡2024年Connor-Schuler等研究显示,通过TCCD评估aSAH后发生脑血管痉挛的敏感度､特异度与阴性预测值分别为75%､99%､99%｡

3 TCD和TCCD在儿科临床诊疗中的评估应用

儿童镰状细胞病(sickle cell disease, SCD)是导致儿童卒中的常见病因,其可从无症状性脑梗死发展为永久性认知功能障碍性病变｡2022年Bernaudin等通过TCD与颈动脉超声评估分析493例SCD患儿卒中发生原因的研究结果表明,由于SCD患儿红细胞体积增大,导致红细胞实际携氧能力下降,脑组织处于长期的缺氧状态,从而继发颅内动脉血流速度的异常升高,单位时间内的平均流速≥200cm/s,同时颈内动脉颅外段迂曲与SCD患儿贫血程度密切相关,并可能随着年龄增长而逐渐发生血管狭窄｡因此,通过TCD和颈动脉超声对SCD患儿脑血流速度与颈动脉的检测评估,可以指导临床相关治疗方法的实施并可用于对治疗有效性进行评价｡

Enninful-Eghan等的研究表明,针对地中海贫血(HbSS型和HbSb0型)的患儿,对TCD检测评估的脑血流速度升高者采用输血治疗后,可降低患儿卒中的发生率[0.06/(100例·年)比0.67/(100例·年),P<0.01]｡美国血液学会也发布了基于循证医学证据的SCD治疗预防指南｡但是,2022年Longoria等采用TCD评估平均年龄为(6.6±2.5)岁SCD患儿的脑血流速度,结果显示,有13.5%(27/200)的患儿出现脑血流速度升高(平均流速≥200cm/s),但对远期神经功能与认知功能的影响很小,因此不应将单纯TCD检测到的脑血流速度升高视为患儿未来发生神经认知功能异常的危险因素｡

Vinci等通过TCD和TCCD对重症新生儿和儿童的脑实质和脑血流量(cerebral blood flow,CBF)进行的实时检测结果显示,针对颅内动脉或静脉血栓形成､低灌注性脑损伤等的相关检测结果,可以客观反映患儿缺血性脑损伤､蛛网膜下腔出血､硬膜下积液以及脑血管畸形等重症患儿缺血缺氧性脑病(hypoxic-ischemic encephalopathy,HIE)的发生与发展情况｡Natique等在2021年就提出了采用TCD对新生儿HIE进行评估,可将血管阻力指数(resistance index, RI)≤0.55作为识别新生儿出现脑损伤的观察指标｡TCD的动态监测可以客观评估新生儿HIE的发生､发展与病程变化｡

4 TCD对RLS的检测

左右心房之间､左右心室之间或体循环与肺循环之间存在异常通道时,右心压力高于左心,心内血流会出现RLS现象｡引起RLS的常见病因有房间隔水平的卵圆孔未闭(patent foramen ovale, PFO)､房-室间隔缺损､动脉导管未闭以及肺动-静脉瘘｡上述异常通路的存在与隐源性卒中､偏头痛､减压病､斜卧直立性低氧血症等的发生相关,在小于60岁的隐源性卒中患者中,约50%合并有PFO｡2017年多项随机对照研究表明,与单独内科药物治疗比较,PFO封堵术可以有效降低患者的卒中复发风险｡

RLS是否存在､解剖类型､大小以及分流量可为卒中风险分层提供重要数据｡对比增强TCD(contrast - enhanced transcranial Doppler, cTCD),也称TCD发泡试验,对诊断RLS有较高的敏感度(97%)和特异度(93%),可以实时监测并量化微栓子信号,具有无创､快速､可重复性强等特点,但无法分辨RLS的病因,而cTCD联合右心声学造影或经食道超声心动图可以提高对RLS的诊断准确性｡

5 脑血管超声对脑功能的评估

从1982年TCD应用于临床以来已有40余年的历史,随着我国卒中防治工程的深入开展,近10年TCCD也得到快速发展,TCD与TCCD的联合评估极大拓展了脑血管超声的应用领域和范围｡近年来,随着临床对脑功能评估的探索和需求的增加,TCD在脑血流自动调节(cerebral  autoregulation,CA)和神经血管藕联(neurovascular coupling,NCV)等功能评估中的应用逐渐成为国内外脑血管功能研究的热点,对揭示大脑完整的生理活动以及病理变化过程有着重要的临床价值｡CA反映了血压变化时脑血管通过舒缩功能调节维持脑血流相对稳定的能力｡NCV则反映了局部CBF的变化对应神经活动(如思维､感觉､运动等)变化的反应能力｡近年来,以CA作为临床治疗观察及神经功能预测指标,已经广泛应用于缺血性卒中､出血性脑血管病､颅脑损伤､认知功能障碍､心血管系统疾病及儿科疾病等领域｡

2024年一项针对缺血性卒中的动态脑血流自动调节(dynamic cerebral autoregulation,dCA)与功能预后的个体患者数据的荟萃分析表明,dCA在卒中急性期和亚急性期存在明显的波动性,呈现出由下降到逐渐增加的趋势;而卒中患者发病24h内患侧半球极低频段较高的相位差与发病3个月良好预后相关｡因此,如果在卒中急性期患者具有完整的dCA,可以通过调节再灌注区域内的血管阻力以缓冲血压波动对脑血流的影响,从而改善或恢复缺血半暗带区域脑组织的供血,将有助于减少或避免卒中病变区域的脑组织进一步发生缺血性损伤､脑水肿和颅内出血的不良转化｡

CA不仅影响急性缺血性卒中患者的临床预后,对于脑血运重建术后患者的血压管理及功能预后亦会产生影响｡2024年Zhang等的一项前瞻性､单中心､观察研究通过测量平均血流指数评估患者的CA功能,并计算机械取栓术后48h内血压偏离CA极限的时间百分比和负荷,结果显示,偏离CA调节范围的血压负荷与术后的不良预后(mRS评分3~6分)相关(校正比值比1.28,95%CI:1.03~1.59),低于CA下限的血压负荷与发病后7d内脑梗死体积增大相关(校正比值比1.21,95% CI:1.01~1.44);血压高于CA上限的时间百分比与发病48h内发生症状性颅内出血相关(校正比值比1.55,95% CI:1.02~2.34)｡2020年Manojlovic等针对颈动脉内膜切除术后发生的脑血流高灌注患者的临床结果分析表明,血压控制不良(P=0.023)､Willis环发育不全(P=0.002)､TCD显示侧支循环代偿不全(P=0.03)以及屏气指数<0.69(P= 0.006)均为术后高灌注综合征的预测指标,而与颈动脉狭窄程度(P=0.126)､年龄(P=0.465)以及术前高血压病(P=0.81)无关｡因此,术前及术后的CA评估,或有助于筛选可通过颈动脉血运重建治疗获益的患者,有助于术后脑血流动力学的优化以及血压的管理｡

个体化动脉血压与脑灌注压的管理,可以最大限度地降低CA功能异常带来的继发性脑损伤的风险｡但是,需要注意创伤性脑损伤､外科治疗干预､心功能异常､糖尿病､低碳酸血症等对CA的影响｡所以开展前瞻性随机对照研究以及多模态的数据整合研究以明确CA对于脑功能异常的病理､生理机制的影响是必要的｡

TCD及TCCD是评估脑血流动力学的重要工具,其临床应用广泛,研究前景广阔｡随着技术的不断进步和创新发展,TCD及TCCD将在神经科､心血管科､儿科､重症监护病房及常规的临床诊疗等领域通过脑血管二维彩色多普勒血流成像､脑血流动力学参数的实时动态检测､治疗随访､脑功能的评估发挥更大的助力作用,为患者的临床诊断和治疗提供更精准的依据｡