彩色经颅多普勒TCD简述

彩色经颅多普勒TCD简述一、概述经颅多普勒（TrancranialDoppler,简称TCD）超声技术是超声医学发展史上的重大进展。它是利用低频脉冲超声波结合超声多普勒效应,检测颅内脑底动脉环上的各支主要动脉血流动力,及各血流生理参数的一项无创伤的脑血管疾病的检查方法。经颅多普勒技术的问世，标志着人们对于颅内血流动力学的探索和认识进入了一个新的发展时代，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。由于其各方面的优点，20多年来在国内外得到了迅速发展，成为目前脑血管疾病诊断的重要手段之一。二、TCD的发展史1842年，奥地利的一位物理学家科约斯琴·约翰·多普勒发现一种现象，当受光体与发光体作相对运动时，观测者所接受到的光源频率与发光体光频率不同，这种现象是多普勒首次发现的一种物理效应。后来，多普勒又作了大量的研究发现，当波源与接受体作相对运动的时候，波源发射出的频率与接受体接受到的频率有差别。多普勒效应在生活中的一个典型例子：当火车从站立的人身边驶过的时候，人所听到的火车的鸣笛音的音调（即频率）会改变，当火车行驶过来时，人所听到的鸣笛音的音调逐渐增高；当火车远离人驶去时，鸣笛音的音调渐低。随着时间的推移，人们应用多普勒提出的理论，在很多领域取得了重要成就。为了纪念这位伟大的科学家，人们将多普勒发现的这种现象称为多普勒效应。提出的理论称多普勒原理。我们将发射频率与接受频率之间的差值称为多普勒频移。1982年12月挪威学者Aaslid创造性地将低频脉冲和2MHz超声波相结合研制了世界上第一台经颅多普勒检测仪。1988年，中国开始引进TCD技术，从而开始了TCD的应用时期。目前，全国绝大部分县级以上医院开展了这一技术。至今，国内已有数家生产TCD的厂家，其中，南京科进实业有限公司是国内研发生产TCD最早的企业之一，利用东南大学技术，研发出具有自主知识产权的KJ-2型一个系列的TCD产品，目前产品品种有单通道，多深度，多通道，USB-TCD等一个系列，满足了不同层次医疗机构的需求，目前仅国内用户就有一千多家。三、TCD原理压电效应：压电陶瓷具有这样的特性，作用在其上的压力与电荷可以相互转换，即机械能转变为电能，电能转变为机械能，这种现象称为压电效应。我们利用压电陶瓷的这一特性将它制成换能器，即探头。我们先在换能器上加上电信号，使之产生机械（超声）波，发射至目标，目标在机械波的作用下，将产生振动和回波，这个回波（机械波）又作用到换能器上，在换能器上产生电信号，我们再把这个电信号加以放大、利用，提取有用信息。多普勒效应：波源和观察者作相对运动时，观察者所接收的频率和波源所发出的频率不同的现象称为多普勒效应。两者相互接近时，接收到的频率升高；相互离开时，接收到的频率降低，这种频率差就叫频移，如人和火车作相对运动时的情形。多普勒效应被应用于工业中，可测定移动物体的速度。当一束超声波作用在流动的血液（红细胞）上时，应用多普勒效应，同样可测定出血液流动的方向和速度。先由多普勒超声仪主机输入一定的电能到多普勒探头上，探头的内部结构为压电陶瓷，它具有压电效应，可以将输入的电能转化成超声波；再由超声波穿透较薄的颅骨，作用到颅内血管里流动的血液（主要是红细胞）上产生振动，然后散射回来的超声波冲击多普勒探头，探头将接收到的超声波再转化成电能，输入到多普勒超声仪主机内部，结合多普勒效应和快速傅立叶转换，经过处理后，以频谱图像和各项生理参数显示出来。TCD医生则根据显示出来的图像和参数结合病人的临床表现得出诊断结果。多普勒探头一般分为2MHz、4MHz和8Mz探头。２MHz探头为TCD常用的探头，主要用于检测颅内组成大脑动脉环（Willis环）的血管。它发射出一组２MHz超声波（大约10个波左右）后，大部分时间处于接收状态，重复脉冲频率为3.6KHz～5.2KHz左右，这种方式称为脉冲发射方式，所以称之为脉冲探头，简称PW探头。它的优点是具有距离选通功能，但由于受到脉冲重复频率的限制只能测相对较低的血流速度。4MHz和8MHz的探头主要用于对颈部血管或腕，手、足等更表浅的微小血管进行检测，尤其是8MHz探头，可用于微小血管接通再造手术的术后检测，男性阳痿辅助诊断等，它们的发射方式为连续波发射方式，也就是发射超声束的同时也处于接受状态，简称CW探头。CW探头内包含两个换能芯片，一个为发射芯片，另一个为接收芯片。由于它不受脉冲重复频率的限制可以测很高的血流速度，但是它不具备深度辨析功能。四、TCD临床与科研的适用范围１、脑血管疾病及可引起脑血管改变的疾病的检查。如：高血压病及脑动脉硬化症、脑血管狭窄和闭塞、脑血管痉挛、头痛及偏头痛、急性脑血管疾病(脑梗塞、短暂性脑缺血发作、脑出血及蛛网膜下腔出血)及颅内动静脉畸形和锁骨下盗血综合征等疾病的诊断、疾病发展情况的观察、指导药物治疗，估计预后等。２、脑血管机能的评价：Willis环侧枝循环和脑血流自动调节功能；脑血管外科术前术后的评价；选择脑外科手术时机；脑血管复合损伤的血流动力学评价；为脑血管造影术筛选病人和选择造影时机。３、危重病人的监护：（神经外科手术病人，中风后病人，颅内压增高病人）心、脑血管病人手术前、中、后脑血流的监护；危重病人脑血管监护；脑血管危重病人的长期监护；间接颅内压的监测。４、基础研究:脑血管疾病的演变过程、发病机理和病因控制；药物对脑血管的作用及对脑血流的影响；不同生理状况下脑血流状况；动脉血中二氧化碳分压、氧分压、血压、交感、副交感神经作用对脑血流的影响等。5、预防保健：脑血管病的流行病学调查,对脑血管病高危人群建立档案和进行中风预测。6、微血栓的检测。TCD技术是一种无创伤检查，操作简便，重复性好，可以对病人进行连续长期动态观察，TCD在神经内外科、心血管内外科、超声诊断科、重症监护病房、手术室、某些外科手术中的监护等得到了广泛的应用。五、TCD的优点及与CT、MRI、DSA的区别：1、优点１）TCD为无创伤性的检查。２）检查较全面，可综合反映颅内、外大部分血管分支、各节段的血流情况。３）检查成本低。４）提供实时动态的血流动力学资料。５）危重病员的长期动态监护。６）检测能重复，可靠性强。2、与CT、MRI、DSA的区别：1）TCD提供的是实时动态的脑血管的血流动力学资料。2）CT、MRI提供的是大脑实质细胞的损坏与形态学上的改变。3）DSA提供的是脑血管瞬间形态学上的变化，且有创伤。CT平扫及增强扫描脑组织图像显示核磁共振扫描脑组织图像 DSA脑血管图像显示六、TCD的局限性1、对操作医生的要求较高,需要有一定临床基础的医生才能做出正确的诊断；2、由于颅骨钙化使超声波严重衰减,某些血管不能获得信号；3、对小血管及其分支的识别方法有待提高；4、各项分析指标尚未得到统一。七、TCD的发展动向1、双通道、多深度（2、4、8深度）实时检测，通道、深度间可方便地转换，可同时检测颅内多条血管甚至全部主干大血管。2、不但可检测常规参数Vp、Vd、Vm、PI、RI、Hr等，还可以进行栓子监测、分析，进行双侧不对称性分析，P-V分析等，定量测定脑底动脉血管横截面积。3、更高的探头灵敏度，自动寻找血管，建立真正的三维空间以显示脑底动脉。八、新技术在TCD仪上的应用随着计算机和临床应用的发展，TCD仪也在不断发展，不断更新换代。新技术的应用，有力地促进了TCD仪在临床上的应用，目前TCD仪已经成为各级医疗机构进行脑血管病例诊断的必备仪器。早期的TCD只能检测血管的血流频谱和进行简单的计算，功能简单，应用范围较窄。经过十几年的发展，TCD仪的功能已大大增加，除上述基本功能外，通常还具有电影回放（带音频），包络线自动计算，预置血管（正常值）参数，自助式工作站（在TCD仪上直接设置、预览、打印报告）等功能。此外在一些较新或较高档的TCD仪上，还具有以下几项功能：1、脑血管栓子检测栓子检测对研究缺血性脑血管病和脑动脉粥样硬化等疾病具有重大意义。当栓子经过超声束时，由于其与血流之间存在密度的差别，会在TCD频谱上出现栓子的频谱（同时伴有异常血流声）。栓子通过血管具有一定的规律：1）短时程，一般<300ms；2）相对强度增强；3）单方向；4）尖锐的哨声。目前TCD仪普遍采用的快速傅利叶转换法（FFT）和HTIS识别软件。一是在频谱上会出现一侧（正向或负向）的短暂强信号；二是在HTIS时间窗内出现信号跳变。MES监测过程中有很多人为因素，如探头移动，病人咀嚼等都有可能产生类似MES的伪信号，应加以辨别。多深度的HTIS检测和M波有利于微栓子信号的辨别。有些TCD仪上有图像放大功能，也有利于判别栓子信号的真伪。2、多深度双通道检测计算机运算速度加快，为TCD仪在同一时刻实时探测多个深度或不同血管的频谱创造了条件。多深度是指PW探头通过一次发射，完成同一条血管上多个不同深度处血管内血流信号的采集、处理和显示。通常有2深度和4深度。多深度检测是一项十分有价值的功能，尤其在栓子监测中鉴别栓子伪差，和诊断脑血管狭窄具有重大意义。双通道检测有时又叫多通道检测，是利用两个PW探头同时对大脑双侧血管进行检测或监护，同时显示双侧血管的频谱图像。可同时保存两侧血管的血流频谱图像，进行比较分析。双通道检测主要用于判别血管的血流对称性和对危重病人进行监护及脑死亡的判断。3、M-模检测通过PW探头的一次发射，同时接收显示被测血管几厘米长度范围内的一组多普勒信号，并以M模方式显示，间隔为2mm-5mm不等，当检测到血流方向朝向探头的信号时，显示一条红色信号，当检测到血流方向背离探头信号时，显示一条蓝色信号。操作者可将检测到的红色或蓝色信号对应的深度的频谱图像调出进行回放。微栓子在M-模上呈现出一定斜度的高能量轨迹，对辨别伪栓子有着重要作用。M-模能帮助操作者方便地定位血管深度和判别血流方向。M-模对快速定位血管具有很大帮助，即使当前深度屏幕上不显示血流频谱（未找到血管），但根据M-模的轨迹，很方便地知道血管（血流）所在位置的深度。4、自动搜索血管信号（AutoSearch功能）血管定位技术是TCD操作人员（尤其是初学者）必须掌握的重要技术。要获得清晰的血流频谱信号除需要TCD探头有较好的灵敏度外，必须把探头置于头部合适的窗口，调节探头的正确方向并调整到合适的探测深度。初学者由于技术不够娴熟，往往难以协调（在操作过程中要调整深度，增益，功率，包络线，探头角度，冻结等一系列动作），故影响血管信号的查找。由南京科进公司首创的AutoSearch功能，当操作者选定一条血管（如大脑中动脉）后，只要将探头置于头部合适的窗口，保持一定的方向，TCD仪将会在一定深度范围内自动搜索对应的血管信号，一旦信号特征相符，TCD仪将会自动冻结频谱图像，如果无相符信号，则继续搜索。此过程与电视机自动搜台十分相似。5、USB-TCD技术USB-TCD技术是近年来发展起来的一种新型TCD技术，它把TCD仪与计算机硬件分离开来，数据通过USB线进行连接交换。TCD仪的技术进步一直依赖计算机技术的发展，TCD硬件与计算机的接口有ISA接口、并口、IDE接口、PCI接口、USB接口及网络接口等，目前PCI接口是应用最多且最成熟的接口技术，USB是TCD硬件接口的一种，它的好处是从计算机中独立出来，使TCD仪成为移动设备。USB