Транскраниальный допплер - Transcranial Doppler
| Транскраниальный допплер | |
|---|---|
 Транскраниальное допплеровское озвучивание мозгового кровообращения
| |
| Синонимы | Транскраниальный цветной допплер |
| МКБ-9-СМ | 88,71 |
| MeSH | D017585 |
| LOINC | 24733-8 , 39044-3 , 30880-9 |
Транскраниальной допплерографии ( TCD ) и транскраниальной цвет Доплера ( ВГТД ) являются типами допплерографии , которые измеряют скорость кровотока через мозг «ы кровеносных сосудов путем измерения эхо ультразвуковых волн движущихся transcranially (через череп ). Эти режимы медицинской визуализации проводят спектральный анализ принимаемых акустических сигналов и поэтому могут быть классифицированы как методы активной акустоцеребрографии . Они используются в качестве тестов для диагностики эмболов , стеноза , спазма сосудов в результате субарахноидального кровоизлияния (кровотечение из разорванной аневризмы ) и других проблем. Популярность этих относительно быстрых и недорогих тестов растет. Тесты эффективны для выявления серповидно-клеточной анемии , ишемической цереброваскулярной болезни, субарахноидального кровоизлияния , артериовенозных мальформаций и остановки мозгового кровообращения . Возможно, эти тесты будут полезны для периоперационного мониторинга и менингеальной инфекции . Оборудование, используемое для этих тестов, становится все более портативным, что позволяет клиницисту ездить в больницу, в кабинет врача или в дом престарелых как для стационарных, так и для амбулаторных исследований. Эти тесты часто используются в сочетании с другими тестами, такими как МРТ , МРА , дуплексное ультразвуковое исследование сонных артерий и компьютерная томография . Тесты также используются для исследований в области когнитивной нейробиологии (см. Функциональный транскраниальный допплер, ниже).
Методы
Для этой процедуры можно использовать два метода записи. Первый использует визуализацию «B-режима» , которая отображает двухмерное изображение черепа, головного мозга и кровеносных сосудов, видимое ультразвуковым датчиком. Как только желаемый кровеносный сосуд найден, скорости кровотока можно измерить с помощью импульсного датчика эффекта Доплера , который отображает скорости в зависимости от времени. Вместе они составляют дуплексный тест . Второй метод регистрации использует только функцию второго датчика, вместо этого полагаясь на подготовку и опыт врача в поиске правильных сосудов. Современные машины TCD всегда допускают оба метода.
Как это работает
Ультразвуковой датчик излучает высокочастотную звуковую волну (обычно кратную 2 МГц ), которая отражается от различных веществ в организме. Эти эхо-сигналы обнаруживаются датчиком в зонде. В случае крови в артерии эхо-сигналы имеют разные частоты в зависимости от направления и скорости крови из-за эффекта Доплера . Если кровь удаляется от зонда, то частота эха ниже, чем частота излучаемого; если кровь движется к зонду, то частота эха выше, чем частота испускания. Эхо-сигналы анализируются и преобразуются в скорости, которые отображаются на мониторе компьютера устройства. Фактически, поскольку зонд пульсирует с частотой до 10 кГц, информация о частоте отбрасывается из каждого импульса и восстанавливается по фазовым изменениям от одного импульса к другому.
Поскольку кости черепа блокируют большую часть передачи ультразвука, для анализа необходимо использовать области с более тонкими стенками (так называемые окна озвучивания), которые обеспечивают наименьшее искажение звуковых волн. По этой причине запись выполняется в височной области над скулой / скуловой дугой , через глаза, под челюстью и с затылка. Возраст, пол, раса и другие факторы пациента влияют на толщину и пористость кости, делая некоторые обследования более трудными или даже невозможными. Большинство из них все еще может быть выполнено для получения приемлемых ответов, иногда требуя использования альтернативных участков для просмотра сосудов.
Имплантируемый транскраниальный допплер
Иногда история болезни пациента и клинические признаки указывают на очень высокий риск инсульта. Окклюзионный удар вызывает необратимое повреждение тканей в течение следующих трех часов (возможно, даже 4,5 часов), но не сразу. Различные препараты (например, аспирин, стрептокиназа и активатор тканевого плазминогена (ТРА) в порядке возрастания эффективности и стоимости) могут обратить вспять процесс инсульта. Проблема в том, как сразу узнать, что случился инсульт. Одним из возможных способов является использование имплантируемого транскраниального допплеровского устройства, «оперативно связанного с системой доставки лекарств». Работая от батареи, он будет использовать радиочастотную связь с портативным компьютером, выполняющим процедуру спектрального анализа вместе с данными от оксиметра (мониторинг степени оксигенации крови, которую может нарушить инсульт), чтобы принять автоматическое решение о введении препарата.
Функциональный транскраниальный допплер (fTCD)
Функциональная транскраниальная допплерография (fTCD) - это инструмент нейровизуализации для измерения изменений скорости мозгового кровотока из-за нейронной активации во время когнитивных задач. Функциональная ТКД использует технологию пульсово-волнового допплера для регистрации скорости кровотока в передней, средней и задней церебральных артериях. Подобно другим методам нейровизуализации, таким как функциональная магнитно-резонансная томография (fMRI) и позитронно-эмиссионная томография (PET), fTCD основана на тесной связи между региональными изменениями мозгового кровотока и нервной активацией. Благодаря постоянному мониторингу скорости кровотока, TCD предлагает лучшее временное разрешение, чем фМРТ и ПЭТ. Этот метод неинвазивен и прост в применении. Измерения скорости кровотока устойчивы к артефактам движения. С момента своего появления этот метод внес существенный вклад в выяснение полушарной организации когнитивных, моторных и сенсорных функций у взрослых и детей. fTCD использовался для изучения церебральной латерализации основных функций мозга, таких как речь, обработка лица, обработка цвета и интеллект. Более того, большинство установленных нейроанатомических субстратов для функции мозга перфузируются основными церебральными артериями, которые могут быть напрямую озвучены. Наконец, fTCD использовался как средство интерфейса мозг-компьютер .
Функциональная транскраниальная доплеровская спектроскопия (fTCDS)
Обычный FTCD имеет ограничения для изучения церебральной латерализации. Например, он может не отличать латерализующие эффекты, обусловленные характеристиками стимула, от эффектов, обусловленных световой реакцией, и не различает сигналы потока, исходящие от корковых и подкорковых ветвей церебральных артерий Виллизиевского круга. Каждая базальная мозговая артерия Виллизиева круга дает начало двум различным системам вторичных сосудов. Более короткий из этих двух называется ганглиозной системой, и принадлежащие ей сосуды снабжают таламус и полосатые тела; чем длиннее корковая система, а ее сосуды разветвляются в мягкой мозговой оболочке и снабжают кору и находящееся под ней вещество мозга. Кроме того, корковые ветви делятся на два класса: длинные и короткие. Длинные или мозговые артерии проходят через серое вещество и проникают в нижележащее белое вещество на глубину 3–4 см. Короткие сосуды ограничены корой. И корковые, и ганглиозные системы не взаимодействуют ни в какой точке своего периферического распределения, но полностью независимы друг от друга, имея между частями, обеспечиваемыми этими двумя системами, границу снижения питательной активности. В то время как сосуды ганглиозной системы являются конечными сосудами, сосуды корковой артериальной системы не являются строго терминальными. Кровоток в этих двух системах на территории средней мозговой артерии (СМА) обеспечивает 80% обоих полушарий, включая большинство нейронных субстратов, участвующих в обработке лица, речи и интеллекта в корковых и подкорковых структурах. Измерения средней скорости кровотока (MFV) в главном стволе СМА потенциально могут предоставить информацию о последующих изменениях в корковых и подкорковых участках в пределах территории СМА. Каждое дистальное плечо сосудистой системы СМА можно разделить на «ближние» и «дальние» дистальные участки отражения для корковой и ганглионарной (подкорковой) систем соответственно. Для достижения этой цели одним из методов является применение анализа Фурье к периодическим временным рядам MFV, полученным во время когнитивных стимуляций. Анализ Фурье даст пики, представляющие пульсирующую энергию от мест отражения на различных гармониках, которые кратны основной частоте. Макдональд в 1974 году показал, что первые пять гармоник обычно содержат 90% всей пульсирующей энергии в системе колебаний давления / потока в периферической циркуляции. Можно предположить, что каждое плечо сосудистой системы представляет собой одну вязкоупругую трубку, оканчивающуюся импедансом, создающую единое место отражения. Психофизиологическая стимуляция, индуцированная вазомоторной активностью в каждом терминальном участке, вызывает колебание стоячей синусоидальной волны, состоящее из суммирования волн из-за эффектов падающих, отраженных и повторно отраженных волн от дистальной к проксимальной точке измерения. Исследования fTCDS проводятся с участником, находящимся в положении лежа на спине с поднятой головой примерно на 30 градусов. Головной убор с держателем зонда (например, LAM-RAK, DWL, Sipplingen, Германия) используется с базовой опорой на двух затычках для ушей и на носовом гребне. Два зонда с частотой 2 МГц закрепляются в держателе зонда, и выполняется озвучивание для определения оптимального положения для непрерывного мониторинга обоих основных стержней MCA на глубине 50 мм от поверхности зонда. Производится серийная запись MFV для каждого стимула, которая используется для анализа Фурье. Алгоритм преобразования Фурье использует стандартное программное обеспечение (например, модуль временных рядов и прогнозирования, STATISTICA , StatSoft, Inc. ). Наиболее эффективный стандартный алгоритм Фурье требует, чтобы длина входного ряда была равна степени 2. Если это не так, необходимо выполнить дополнительные вычисления. Чтобы получить требуемый временной ряд, данные были усреднены в 10-секундных сегментах для 1-минутной продолжительности или каждого стимула, что дало 6 точек данных для каждого участника и в общей сложности 48 точек данных для всех восьми мужчин и женщин, соответственно. Сглаживание значений периодограммы производилось с помощью преобразования взвешенного скользящего среднего. Окно Хэмминга применялось как сглаживание. Были нанесены оценки спектральной плотности, полученные из анализа Фурье отдельных серий, а области частот с наивысшими оценками были отмечены как пики. Происхождение пиков представляет интерес для определения надежности настоящего метода. Фундаментальный (F), корковый (C) или пики памяти (M) и подкорковые (S) пики происходили с регулярными частотными интервалами 0,125, 0,25 и 0,375 соответственно. Эти частоты можно было преобразовать в Гц, если предположить, что основная частота сердечных колебаний была средней частотой сердечных сокращений. Основная частота (F) первой гармоники может быть определена из средней частоты сердечных сокращений в секунду. Например, частота пульса 74 удара в минуту предполагает 74 цикла / 60 или 1,23 Гц. Другими словами, F-, C- и S-пики возникли на частотах, кратных первой гармонике, на второй и третьей гармониках соответственно. Можно предположить, что расстояние до места отражения для F-пика исходит от места при D 1 = длина волны / 4 = cf / 4 = 6,15 (м / с) / (4 × 1,23 Гц) = 125 см, где c - предполагаемая скорость распространения волны периферического артериального дерева согласно McDonald, 1974. Учитывая извилистость сосудов, расчетное расстояние приблизительно соответствует расстоянию от места измерения в главном стволе СМА до воображаемого места суммарных отражений от верхних конечностей, близкого к кончики пальцев при вытягивании в стороны. С-пик произошел на второй гармонике, таким образом, что по оценкам артериальной длины ( с использованием общей сонной с = 5,5 м / с) было дано D 2 = длина волны / 8 = CF 2 /8 = 28 см, а частота Р 2,46 Гц. Расстояние приблизительно соответствует видимой длине артерии от основного ствола СМА через извилистость сосудов и вокруг выпуклости мозга до концевых сосудов в дистальных отделах коры головного мозга, таких как затылочно-височное соединение, на каротидных ангиограммах взрослых. S-пик произошел на третьей гармонике, и может возникнуть из ориентировочной сайта на D 3 = длина волны / 16 = CF 3 /16 = 9,3 см и частотой F 3 3,69 Гц. Последняя аппроксимирует видимую артериальную длину лентикулостриарных сосудов от основного ствола СМА на каротидных ангиограммах. Хотя это и не отображается, четвертая гармоника может возникнуть в результате разветвления MCA в непосредственной близости от места измерения в главном стержне MCA. Длина до бифуркации с точки измерения будет дано D 4 = длина волны / 32 = CF 4 /32 = 3,5 см и частотой F 4 из 4,92 Гц. Расчетное расстояние приблизительно соответствует расстоянию от сегмента основной ножки СМА сразу после бифуркации сонной артерии, где, вероятно, был помещен объем ультразвукового образца, до разветвления СМА. Таким образом, эти оценки являются приблизительными фактическими длинами. Однако было высказано предположение, что расчетные расстояния могут не точно коррелировать с известными морфометрическими размерами артериального дерева согласно Campbell et al., 1989. Метод был впервые описан Филипом Нджеманзе в 2007 году и был назван функциональным транскраниальным допплером. спектроскопия (fTCDS). fTCDS исследует оценки спектральной плотности периодических процессов, вызываемых умственными задачами, и, следовательно, предлагает гораздо более полную картину изменений, связанных с эффектами данного умственного стимула. На оценки спектральной плотности в наименьшей степени будут влиять артефакты, у которых отсутствует периодичность, а фильтрация уменьшит влияние шума. Изменения на пике C могут свидетельствовать о долгосрочном потенциале коры головного мозга (CLTP) или долговременной депрессии коры головного мозга (CLTD), что было предложено в качестве эквивалента активности коры во время обучения и когнитивных процессов. Отслеживание скорости потока отслеживается во время парадигмы 1, содержащей квадрат шахматной доски, поскольку восприятие объекта сравнивается с целым лицом (парадигма 2) и задачей сортировки лицевых элементов (парадигма 3). Расчеты быстрого преобразования Фурье используются для получения графиков спектральной плотности и кросс-амплитуды в левой и правой средних мозговых артериях. С-пик, также называемый кортикальным пиком памяти (М-пик), можно увидеть, возникающий во время парадигмы 3, задачи сортировки лицевых элементов, требующей повторного вызова памяти, поскольку субъект постоянно пространственно вписывается в головоломку, сопоставляя каждый лицевой элемент в парадигме 3 с сохраненным. в памяти (Парадигма 2), прежде чем приступить к формированию картины всего лица.
Точность
Хотя TCD не так точен из-за относительной скорости кровотока, он все же полезен для диагностики артериальных окклюзий у пациентов с острым ишемическим инсультом, особенно для средней мозговой артерии. Было проведено исследование для сравнения Power Motion Doppler TCD (PMD-TCD) с КТ- ангиографией (CTA), оба действительны, но точность PMD-TCD не превышает 85 процентов. Преимущества PMD-TCD - портативный, поэтому его можно использовать в постели или в отделении неотложной помощи, без облучения, как CTA, поэтому его можно повторять, если необходимо для мониторинга, и он дешевле, чем CTA или магнитно-резонансная ангиография.