三、脑血流监测
脑是人体最重要的器官，其功能与代谢极为活跃，需要有充足的血液供应才能保证正常的脑功能。正常情况下脑血流（cerebral blood flow，CBF）能自动调节，CBF与脑灌注压成正比，与脑血管阻力成反比。在缺血或缺氧病理情况下，脑血管自动调节机制紊乱或血管扩张，引起脑水肿、颅内压升高，会出现缺血区充血和过度灌注或脑内盗血。
脑血流的检测方法有许多种，如正电子发射断层扫描（positron emission computed tomography，PET）、单光子发射断层扫描（single-photo emission computed tomography，SPECT）和局部脑血流量测定（region cerebral blood flow，rCBF）等，但由于图像处理困难，难以在床旁监测使用。本节主要介绍经颅多普勒超声脑血流监测技术。
1982年，挪威学者Aaslid等率先将经颅多普勒超声（transcranial doppler，TCD）应用于临床。从最初TCD被用来监测蛛网膜下隙出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）后脑动脉痉挛，到诊断脑动脉狭窄、判断侧支循环建立、观察颅内压增高和脑死亡等方面，其价值都得到了充分肯定。到20世纪90年代随着介入治疗技术的发展，TCD又进一步应用于术中监测、脑血管储备功能的评估和微栓子监测等领域，并取得令人瞩目的成绩。近年来，随着人们对卵圆孔未闭（patent foramen ovale，PFO）与偏头痛、不明原因卒中认识的提高，TCD在诊断PFO方面的价值再次引起临床医师浓厚的兴趣。TCD的应用领域不断拓宽，近来发现TCD有增强急性脑梗死溶栓治疗的效果，标志着TCD从诊断领域走向了治疗领域。
（一）检查方法
目前，经颅多普勒超声诊断仪有两种，一种为频谱多普勒超声仪，只显示血流多普勒超声信号；一种为双功彩色多普勒超声显像仪，能显示脑血管的二维图像和血流多普勒超声信号。两者检查方法相同，应用4MHz或8MHz探头检查颈总动脉（CCA）、锁骨下动脉和颅外段颈内动脉（ICA）。应用2MHz探头通过头部透声窗（颞窗、枕窗、眼窗等）分别检测颅内大脑中动脉（MCA）、大脑前动脉（ACA）、大脑后动脉（PCA）、颈内动脉终末端（ICA）及椎动脉（VA）、基底动脉（BA）和眼动脉（OA）、颈内动脉虹吸段（CS）。还可以应用颈动脉、椎动脉压迫试验和过度换气试验、二氧化碳吸入试验或血管活性药物试验（如硝酸甘油等）及转颈试验、视觉诱发血流试验等监测颅底动脉侧支循环功能及动脉血管反应性状态。
（二）适应证
（1）脑血管痉挛。
（2）颅内脑动脉狭窄和闭塞。
（3）颅内压增高和脑死亡。
（4）危重患者术中和术后脑血流动力学监测。
（5）椎基底动脉供血不足。
（6）脑血管储备功能的检测。
（7）脑血管栓子监测。
（8）卵圆孔未闭。
（9）海绵窦瘘和动静脉畸形。
（10）超声溶栓的治疗作用。
（三）临床应用
1.脑血管痉挛 脑血管痉挛是指脑动脉持续性收缩状态。自发性或外伤性SAH后血液的残余物与血管壁接触，导致脑血管痉挛，引起迟发性缺血性神经损害，严重者甚至死亡。通过反复床边检查TCD可以在临床症状出现前判断是否发生大血管痉挛、痉挛的程度、发展过程、指导临床用药及评价治疗效果。目前常用的诊断标准为大脑中动脉（MCA）血流流速峰值＞200cm/s和（或）平均流速＞120cm/s。这一指标与血管造影显示的严重血管痉挛基本相符。
2.脑动脉狭窄与闭塞 脑动脉狭窄与闭塞的病因较多，最常见的病因是脑动脉粥样硬化，脑血栓形成和脑栓塞。其他还有脑动脉、颈动脉纤维肌性发育不良、先天性心血管畸形、外伤、手术损伤、肿瘤压迫、结缔组织病等。TCD检测是诊断脑动脉狭窄和闭塞的简便而有效的主要方法。
（1）脑动脉狭窄的表现
1）血流速度改变：血流速度是反映血管腔大小最直接而敏感的指标。脑动脉狭窄达50%和以上时血流速度增快，脉动指数（PI）增大，但更严重狭窄（大于90%）血流速度反而减慢。以MCA为例，成人120～140cm/s为轻度狭窄，140～200cm/s为中度狭窄，大于200cm/s为高度狭窄。狭窄远端血流速度在轻度狭窄时无明显改变，在中度以上狭窄时，血流速度减慢，极重度狭窄时，狭窄远端常测不到血流信号，难以与脑动脉闭塞相鉴别。
2）血流频谱形态改变：脑血管狭窄除了血流速度增快以外，还出现血流频谱形态的改变。当脑动脉狭窄大于50%时，血流频谱形态出现轻度紊乱，包络线不光滑，频窗充填。脑动脉狭窄大于75%时，出现血流频谱紊乱，高低不同声强信号彩色点混杂，频窗充填，包络线明显不光滑、不规则，失去正常层流频谱形态，但血流频谱形态尚存在。当脑动脉狭窄大于90%时，血流频谱形态杂乱不规则，丧失了频谱基本形态。
3）音频信号改变：脑动脉狭窄时出现高调杂音，有的似海鸥鸣，随着狭窄程度加重，杂音音调逐渐增高，当脑动脉狭窄90%以上时，杂音音调减弱，脑动脉闭塞时，杂音消失。
脑动脉狭窄TCD表现应与脑血管痉挛相鉴别，脑动脉器质性狭窄一般呈阶段性，狭窄段出现血流速度增快，频谱紊乱，狭窄远端血流速度减慢。而脑血管痉挛常在血管全行径中，通常为多支血管受累。还可以通过药物试验（如硝苯地平、尼莫地平等）予以鉴别。
（2）脑动脉闭塞：脑动脉闭塞时，TCD表现特征为相应检查部位无血流信号或血流信号中断。但由于有的患者颅板增厚，透声窗严重狭小或者消失，或者脑动脉位置变异及操作技术的影响，也可检查不到脑血流信号。因此，当TCD检查部位无血流信号时，对脑动脉闭塞的诊断应慎重，须结合临床和其他检查指标分析。如果TCD检测ACA、PCA血流信号明显可见，而MCA则测不出，应高度怀疑MCA闭塞，可做脑血管造影以明确诊断。如果MCA血流信号存在而ACA或PCA无血流信号，其原因常难以确定，需结合临床资料综合分析。
3.颅内压增高和脑死亡 在血管管径近似不变的情况下，脑血流速度可以反映脑灌注压的变化，基于此原理建立了TCD和颅内压的关系。随着颅内压持续增高，TCD会相应出现搏动指数增高，舒张期血流速度进行性下降到零、反向；当反向血流消失，收缩期出现针尖样血流，最终血流消失，提示脑死亡。
（1）颅内压增高TCD表现：脑血流频谱图形与颅内压有密切关系，颅内压增高程度不同，频谱图形表现亦不同，随着颅内压增高的程度表现一般有如下4种。
1）正常图形：正常成人卧位颅内压为0.7～2kPa（5～15mmHg），引起脑血流动力学明显障碍的颅内压临界点为5.4～6kPa。颅内压轻度增高，脑血流量正常或轻度减少，TCD检测血流速度正常，PI、脑血管阻力指数（RI）正常，频谱图形亦正常。
2）高阻力图形：当颅内压明显增高，大于6kPa时，脑血流显著减少，TCD检测呈高阻力图形，即收缩期流速和舒张期流速都降低，后者减低更显著或为零，收缩峰尖耸，基底变窄或呈单一收缩峰，舒张峰减低或消失，PI、RI明显增高。
3）舒张期逆行血流图形：颅内压继续增高，超过体动脉舒张压时，TCD检测表现收缩峰为正向，波尖，流速减低，而舒张期血流方向逆转。
4）无血流图形（无血流信号）：当颅内压继续增高，等于或超过体动脉收缩压时，脑血流灌注等于零，收缩期与舒张期血流信号消失或出现微小收缩波和舒张期逆行波。
（2）脑死亡TCD表现：近年来，许多研究证实，在脑循环停止而脑死亡的过程中，TCD检查可显示3种血流频谱改变。这3种血流频谱改变是逐渐发展演变的。以MCA血流频谱图为例。
1）收缩期正向狭小尖峰波伴舒张期负向频谱：收缩期正向血流频谱，狭小陡直尖峰，流速低，平均血流速度（Vm）为4～20cm/s，国内毛颖等报道MCA Vm为3～16cm/s。舒张期负向血流频谱，流速低，血流频谱形态呈渐减型或渐增型或双向型。
2）短暂及极低幅收缩期正向血流频谱：收缩期波形尖锐窄小，Vm为2～6cm/s，无舒张期血流信号。
3）无血流频谱信号：说明脑血液循环已消失，但对检测不到血流信号应慎重诊断，应由2名检查者经头颅各声窗反复检查无血流信号者，才予以确定。
最近，郭毅等研究显示，脑死亡各种TCD频谱呈规律性改变，依次出现振荡波、钉子波及血流信号消失。患者均在TCD判定脑死亡后1～7天出现心脑不可逆性停搏，准确率为100%。
4.术中监测 TCD的重要进展和应用是心脑血管的术中监测，主要用于颈动脉内膜剥脱术（carotid endarterectomy，CEA）、冠状动脉旁路移植术（coronary artery bypass graft，CABG）、经皮颈动脉血管成形术（percutaneous transluminal carotid angioplasty，PTCA）和颈动脉支架置入术（carotid artery stenting，CAS）及其他。
术中监测的主要目的是发现微栓子和脑血流动力学变化，帮助医师在手术各个阶段采取适当措施降低围术期卒中的风险。有资料显示，CEA术后卒中的原因主要是手术部位的栓子脱落、术中低灌注，也可由术后高灌注引起。TCD通过实时监测微栓子信号，了解发生率，从而促进外科改进手术技术，增强术后防治（如应用抗血小板药物减少术后微栓子的发生），减少栓塞性缺血事件的发生。TCD通过监测术中试验性夹闭颈总动脉时，MCA血流速度的变化，识别是否低灌注及是否应用分流术，还可以即刻反馈分流管的作用，如果分流管出现堵塞则出现MCA血流速度降低，早于脑功能或脑电图的改变。术后高灌注是由于狭窄后脑血管自动调节受损，当手术使血流恢复时出现过灌注。如果TCD监测到手术侧MCA流速持续增高（流速较术前升高超过1.5倍），说明可能出现了颅内过度灌注。
CABG和CEA手术类型不同，但导致神经功能损害的机制却有相似点。通过TCD的监测证实体外心肺循环的时间越长，微栓子产生越多，所以临床采用膜性氧合性体外循环机，去除微栓子或脂肪性栓子，减少栓塞性脑缺血事件的发生。
PTCA和CAS是近年来兴起的微创方法，相对于CEA进一步降低了术后再狭窄及扩张后斑块脱落导致脑栓塞的危险。由于术中导丝导管的插入使管壁表面的斑块脱落，加压注射造影剂产生的气泡栓子，以及支架网格状结构的“切豆腐效应”导致的斑块脱落，还有由于术中病变侧介入操作时间长，反复造影剂的注射可造成血管痉挛，术后过灌注的发生，故TCD监测很重要。
5.椎-基底动脉供血不足（vertebrobasilar ischemia，VBI） 椎-基底动脉供血不足是中老年人常见病之一，其原因常为椎-基底动脉粥样硬化、血栓形成或外在压迫致血管狭窄、闭塞或痉挛引起。脑动脉粥样硬化斑块易发生在动脉分叉转弯或受压部位，椎动脉多在颈椎、枕骨大孔处、两侧椎动脉在颅内合成基底动脉处或基底动脉中段。VBI以头晕或眩晕、头痛为主要症状。TCD是诊断VBI的重要方法。
VBI的TCD表现如下。
（1）椎动脉和（或）基底动脉血流速度减慢，低于正常下限值，受累动脉为单侧或双侧椎动脉或椎-基底动脉或基底动脉，其中以右侧椎动脉多见，因为右侧椎动脉直径小于左侧。也有部分患者椎-基底动脉血流速度增快，可能与动脉粥样硬化或血管痉挛致血管狭窄有关。
如颈椎及周围软组织病变引起椎-基底动脉供血不足者，转颈试验阳性，多表现平均血流速度减慢，PI、RI增高，少数为血流速度增快。
（2）血流多普勒频谱呈低幅型，收缩期波峰圆钝，上升支及下降支缓慢，SP1、SP2峰融合，或SP2大于SP1或低幅陡直波，SP1峰尖锐。
（3）音频信号较粗糙高调。
6.脑血管储备功能的检测 完整的脑功能储备包括脑血管储备和脑代谢储备。脑血管储备是指给予血管扩张药后，脑血流量（CBF）增加的最大幅度，实际上反映了血管反应性效率。脑血管反应性（cerebral vascular reactivity，CVR）是脑阻力血管针对血管扩张的刺激保持CBF稳定的能力，包括侧支循环在维持和调整CBF中的作用。广义的侧支循环包括颅外侧支循环和颅内侧支循环。颅内侧支循环包括一级侧支和二级侧支。一级侧支是指Willis环，尤其是前交通动脉和后交通动脉；二级侧支则主要指眼动脉和软脑膜动脉。当ICA重度狭窄或闭塞引起脑低灌注时，脑血管首先通过侧支循环来代偿，先通过一级侧支，当一级侧支代偿不足时，则进一步通过二级侧支代偿，同时小血管反应性扩张，保证局部CBF的稳定和氧、葡萄糖的供给；当小血管扩张到极限也不能维持局部CBF的稳定，脑组织即通过增加对氧的摄取来维持氧代谢，表现为氧摄取分数提高，当达到最大氧摄取分数仍然不能维持代谢需要时，脑血管储备衰竭，随之发生脑缺血事件。因此，侧支循环和CVR是影响大血管重度狭窄或闭塞患者预后的重要因素。
（1）侧支循环建立
1）前交通动脉侧支通路开放：病变同侧大脑前动脉（anterior cerebral artery，ACA）血流反向（朝向探头）；病变对侧ACA血流方向不变，血流速度明显增加；压迫对侧颈总动脉，病变侧ACA和MCA血流信号明显减低。
2）后交通动脉侧支通路开放：病变侧大脑后动脉（posterior cerebral artery，PCA）血流速度增加＞20%，基底动脉（basilar artery，BA）平均流速＞70cm/s；压迫对侧颈总动脉时PCA和BA流速增加更显著。
3）眼动脉（ophthalmic artery，OA）侧支通路开放：病变侧眼动脉或滑车上动脉血流方向逆转（背离探头），血流阻力减低（搏动指数≤1.0），压同侧颞浅动脉或颌内动脉血流速度下降。
4）软脑膜吻合侧支通路开放：病变侧ACA或PCA血流速度增快（高于对侧35%以上），血流方向无改变。
（2）血管反应性的评定：CVR通过测定CO2浓度变化时CBF或者脑血容量（cerebral blood volume，CBV）的变化来反映。通常用CBF来表示。TCD评估CVR的原理是当血管管径恒定时，血流速度的变化与通过血管的血流量呈正相关。常用激发试验包括CO2吸入试验、呼吸抑制试验（屏气试验）、静脉注射乙酰唑胺试验、血压/体位试验，前3种试验又总称为多普勒CO2试验。
大量研究表明，吸入CO2能使脑血管扩张，血流阻力减小，脑血流量增加，而且CO2作用部位不是大血管，而是外周动脉血管床，特别是皮层的小血管。Ratanakorn等试验表明，吸入CO2后监测MCA血流速度可以评估CVR。国内由于呼吸末CO2测量仪不能普及，故CO2吸入试验的应用受限。屏气试验和CO2吸入试验有相似的功能，操作简单，只需要患者抑制呼吸30秒钟，然后连续监测4秒钟的脑血流速度，通过呼吸抑制前后脑血流速度的变化程度来反映CVR，通常以屏气指数（breath-holding index，BHI）表示。
静脉注射乙酰唑胺试验是一种强效可逆性碳酸酐酶抑制药，对脑血管的作用可以达到CO2生理负荷试验不能达到的血管扩张程度，但机制不详。国内无乙酰唑胺针剂。血压/体位试验是通过体位变化时血压的改变来观察脑血流的变化，目前认为该试验是研究不明原因的晕厥的基本方法，但在脑循环功能方面的研究并不多。
有些研究通过对比CO2吸入试验、静脉注射乙酰唑胺试验和屏气试验，发现有相似的血管反应性结果，提出屏气试验可作为筛选试验，但应注意屏气时间过短会严重影响试验结果。
Markus等认为，CVR明显受损可作为独立指标评价ICA严重狭窄或闭塞的患者卒中和TIA的危险性。故对无症状颈动脉狭窄患者，如脑血管储备功能评价不佳，则提示发生缺血性脑血管病的风险性高，可立即行CEA或CAS；如脑血管储备功能良好，则先给予规范的药物治疗暂不行CAS或CEA。总之，相比较PET、SPECT、Xe-CT等检查，对诊断脑动脉狭窄或闭塞的患者，TCD可以迅速评价脑血管储备功能，指导治疗，且方法简便，费用低廉，是其他检查不能替代的。
7.微栓子检测 1990年，Spencer等首次报道在TCD对CEA术中监测时发现了与卒中有关的栓子信号后，TCD的微栓子（microembolic signal，MES）监测为缺血性脑血管病的栓塞机制（动脉-动脉栓塞）提供了客观依据。由于血流中微粒（如脂肪、固体）和气体物质的声阻抗与红细胞不同，多普勒超声束能在栓子和血液之间的界面同时发生反射和散射，导致接收到的多普勒信号增强。气体栓子、固体栓子、正常血流的超声反向散射强度依次降低，因此，当血液中有栓子时，即可检测到短暂高强度信号（high intensity transient signals，HITS），代表着血流中成分各不相同的气泡、血小板、纤维蛋白原、脂质或胆固醇结晶。M-Mode是一种双通道、多深度的新型TCD监测技术，提高了发现MES的敏感度，有助于MES和伪差的鉴别。
第9届国际脑血流动力学会对MES定义标准是：时程短暂，持续时间在300毫秒以内；MES的强度大于背景血流信号3dB或以上；MES单向出现于多普勒速度频谱中；MES音频信号和谐表现为“劈啪音”或“鸟鸣声”；于心动周期内随意出现；在2个监测深度有时间延迟。
在人工瓣膜置换术、心肌梗死、心房颤动、冠状动脉导管插入、冠状动脉造影、脂肪栓塞综合征和心肺分流术中，有症状或无症状ICA高度狭窄、脑血管造影、CEA、PTCA和CAS时可以检测到MES。大量研究资料表明，MES的发生频谱和动脉狭窄程度及斑块稳定性密切相关。因此，监测到MES提示患者为再发卒中的高危人群，原则上应该加强抗凝或结合脑血管储备情况选择介入手术。
8.卵圆孔未闭（patent foramen oval，PFO） 卵圆孔是胎儿期维持右到左的血液循环通路，3岁以上仍未关闭者称卵圆孔未闭，是右向左分流反常性栓塞的病理学基础。当慢性右心房压力升高或短暂右心房压力突然增高造成右向左分流条件，静脉系统的各类栓子通过未闭的卵圆孔形成脑动脉和（或）其他动脉栓塞。文献报道，对于年龄小于55岁的隐源性卒中患者、先兆性偏头痛患者、潜水减压病患者的病因寻找中发现PFO的比例较高，尤其伴房间隔瘤者。因此，PFO与缺血性卒中的关系成为卒中领域的研究热点之一。
PFO检查方法主要是经胸骨超声和经食管超声（transesophageal echocardiolgraphy，TEE）。资料表明，TCD和TEE之间高度相关。TCD检查原理是从肘静脉注射微小气泡，同时用TCD监测颅内气体栓子，如果10秒内出现气栓则表明存在卵圆孔未闭，对于常规检测阴性的患者可以做Valsalva动作，提高右心房压力从而提高阳性率。
9.海绵窦瘘和脑动静脉畸形（cerebral arteriovenous malformation，AVM） 颈内动脉海绵窦瘘多为外伤后海绵窦段的血管壁损伤破裂，动脉血液直接进入静脉，具有低阻力、高血流的特点。TCD表现为窦口近端的ICA血流速度异常增高，搏动指数降低，通过术中监测内眦处静脉信号帮助判断瘘口是否完全堵塞。
除了颈内动脉海绵窦瘘，TCD还可以检测其他类型的动静脉短路，如脑动静脉畸形（AVM）。
AVM的TCD表现如下。
（1）AVM的血流特征为高流速低阻力，供血动脉血流速度增快，以舒张期和平均血流速度增快更为明显，可达140～240cm/s，Vd可达120～140cm/s，S/D值小于1.2，PI、RI减低，PI小于0.7，RI小于0.5，患侧ICA颅外段血流速度可增快。
（2）AVM患者脑血管自动调节功能明显减低或丧失。正常脑动脉具有良好的自动调节功能，TCD检查通常以MCA在颈总动脉压迫试验前后血流速度变化率作为对脑血管自动调节功能的评定依据。正常状态下，压迫试验前后MCA血流速度有明显改变，Giller对10例正常人检测，当压迫颈总动脉时，MCA流速下降40%～50%，解除压迫后峰值流速升高10%～20%，而AVM患者压迫试验前后MCA血流速度无明显变化。
AVM患者脑血管对血二氧化碳浓度变化的反应能力明显减低，正常人血二氧化碳浓度下降时（如过度换气时）血流速度减慢，而AVM患者对过度换气试验无反应或反应极轻微。
（3）AVM血管团血流频谱为单向或双向高速紊乱血流频谱图形（湍流频谱），包络线不规则，峰值流速参差不齐，频窗消失，频谱分布不均，层次不清晰。
（4）颅内血管出现“盗血”现象，由于AVM的血管团阻力降低和血容量增加，导致供应正常脑组织区域的血液流向畸形血管。TCD检测畸形血管血流速度增快，同时交通动脉开放，其他动脉血流方向逆转，如一侧MCA供血的AVM，出现同侧ACA与PCA血流方向逆转。
（5）AVM血管团音频信号异常，可闻粗糙或音乐性杂音。
10.超声溶栓的治疗作用 TCD在溶栓中的应用包括可以发现急性脑梗死患者动脉闭塞、溶栓后的血管再通及增强溶栓效果，后者使其从诊断走向了治疗领域。
超声溶栓是目前研究的热点之一。超声溶栓分两种，一种血管内溶栓，利用导管的介入手术，用低频高能超声直接在动脉血管内消融血栓，辅助球囊或支架手术，治疗效果较好，此项技术已较成熟。另一种是体外超声辅助溶栓，可以联合溶栓药物或加用微泡声学造影剂促进溶栓。