各种创伤、休克、感染以及呼吸心搏骤停都可以影响脑的灌注。而脑组织对缺血缺氧高度敏感且耐受性差，短暂的缺血缺氧就可能引起脑组织的损害并产生脑功能的改变。脑组织氧供与脑血流(cerebral blood flow, CBF)密切相关,故通过监测脑血流可以间接了解脑氧供及其功能状况，从而对神经系统功能和患者预后的判断有一定帮助。
1.脑血流的生理基础 正常人脑重量大约为1500g,仅占体重的2%~3%,但脑血流量(CBF)每分钟为 750~1 000 ml,占心排血量的 15%~20%。CBF分布不均,平均为54 ml/(100g· min)[45~60 ml/(100g· min)],灰质血流较白质高,灰质中又以大脑皮质的血流最高，平均为 80 ml/(100g· min)。脑电活动障碍的 CBF 阈值为16~17 ml/(100g· min)。CBF在12 ml/(100g· min)时体感诱发电位(SEP)完全消失，而引起离子泵衰竭的CBF 阈值大约为10 ml/(100g· min)。
CBF 主要取决于脑灌注压(cerebral perfusionpressure, CPP)和脑血管阻力(cerebral vesselresistance, CVR),其关系为 CBF = CPP/CVR。CPP=平均动脉压一平均颅内压。当平均动脉压在60~150 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)时,其自身的自动调节机制(可能主要通过调节脑血管阻力)可维持脑血流相对稳定，超出此范围，CBF 将被动地随脑灌注压的变化而变化。
脑活动增加(如精神活动或肌肉活动)、血二氧化碳分压的变化、严重低氧、麻醉剂、血管收缩剂或扩张剂的使用等都可以引起脑血流的改变。
2.脑血流的监测方法 随着现代影像及生物医学工程的发展，监测脑血流的手段越来越多，主要有以下十余种，具体选择与实施需根据自己所具有的实际条件、临床目的以及患者的情况综合判断。其中正电子发射断层扫描(positron emissiontomography, PET)是评价脑血流的“金标准”,而对于危重症患者而言,经颅多普勒(transcranialDoppler, TCD)应用却最为广泛。
(1)正电子发射断层扫描(PET)：被誉为评价脑血流的“金标准”。原理是采用能发射正电子的短半衰期放射性核素作为放射源，其发射的正电子在其行径上和正电子相撞被湮没，同时产生一对能量相同方向相反的高能γ光子。探测器可在不同的时间以各个不同的角度同时接受γ光子对并输入到计算机系统。经过一系列的图像处理，得出组织的切面图像，显示出脑组织内部的放射性分布情况，并可根据此得出此区域的血流量。
其优点主要有：高分辨率，高准确性，非侵入性，危险性小。既可以进行脑血流的定量测定，又可获得代谢方面的参数。缺点主要是设备复杂，代价昂贵，需放射性核素，需在 PET 机房附近设置加速器制造正电子，故难以推广使用，更不便在ICU使用。
(2)氙(133Xe)清除法(133Xe clearance method)和氙CT 扫描：颈动脉内或静脉内注射或吸入核素¹³³Xe，¹³³Xe很快通过血脑屏障，在脑细胞中达到饱和，通过头部闪烁探测器测定脑细胞中的显影剂¹³³Xe。停止吸入后¹³³Xe随时间变化被清除，得到其清除率，可描记出时间-放射性强度变化曲线，即清除曲线，计算出CBF。¹³³Xe可通过动脉或静脉给予，但动脉内注射由于需动脉穿刺，有一定损伤性，而静脉法和吸入法基本无损伤，但核素用量大，而且需要解决核素的再循环和脑外组织污染的技术问题，需要同时测定呼出气¹³³Xe曲线。因此用于肺部疾患患者会产生误差。
有学者认为¹³³Xe清除法与正电子发射断层扫描(PET)一样为测定 CBF 的金标准。但由于测定时需要循环状态稳定，以及技术上的难度，临床应用困难。
稳态氙增强X线CT 扫描(Xe-CT)是一种较为敏感且具有空间分辨率的新型影像学技术，能够定量测定 rCBF，其准确性与¹³³Xe清除法不相上下。其缺点在于放射暴露程度较高，患者的耐受性差，存在骨伪影氙气的药理效应对脑组织和血流有一定影响。
(3)颈部彩色多普勒血流成像(color Dopplerflow imaging, CDFI): B超可以判断颈动脉血管有无狭窄及斑块情况，而CDFI有助于确定血管结构和残余管腔状况。CDFI横断面检查可显示残余管腔和狭窄面积，并引导角度校正的多普勒测量流速。流速与残余管腔的半径、狭窄长度、血黏度和外周阻力成反比。
多普勒血流速度测量的优点是：在生理状态下直接测量狭窄部位的血流加速度，应用广泛。不足之处在于：操作者依赖性(角度、经验)，流速受心排出量、对侧是否狭窄、流量下降等因素的影响，对仪器也有依赖性(如发射波频率、声速特点等)。目前可用于颈部血管状况和脑血供的初步评估，有研究显示若CDFI与经颅多普勒联合检查，对椎基底动脉狭窄的诊断的敏感性为96.7%。
(4)经颅多普勒(transcranial Doppler, TCD):TCD将脉冲多普勒技术与低发射频率相结合，从而使超声波能够穿透颅骨较薄的部位进入颅内，直接获得颅底血管多普勒信号，进行颅内动脉血流速度的测定。1982年 Run e Aaslid 开发了单深度经颅多
普勒(TCD)技术，测量颅内某一部位血管的脑血流速度，目前已广泛应用于临床。TCD为临床研究提供了新型、无创、连续性的脑血流速度监测技术，已逐渐成为ICU、术中监测脑血流的首选措施。其缺点是：测量结果易受颅骨密度、声窗大小、待测部位、探头方向、取样密度、操作者熟练程度及血流信号强弱的影响，对于中、小血管的检查较困难。另外，由于部分老年女性的颞窗为盲窗或因颅骨造成超声波的过度衰减，颅内血流信号微弱，故而不能被探测到。
近年来, Mark Moehing发明了经颅能量多普勒(power-motion Doppler, PMD)超声技术,也称M波功能，能够同时显示颅内6 cm以上的血流信号强度和血流方向，使得 TCD的检测更加容易。
(5)数字减影血管造影(digital subtractionangiography, DSA):颅脑动脉 DSA 检查可明确颈总动脉、颈内外动脉和椎动脉系统的有无血管狭窄、有无出血或闭塞、占位情况。但在有严重出血倾向、对比剂和麻醉剂过敏、严重心、肝、肾功能衰竭以及穿刺部位有感染及高热者均不宜行此检查。
(6)多层螺旋CT 血管造影(CT angiography,CTA)：CTA 近年来已逐渐成为观察血管病变的首选方法，在普查、随访和功能检测方面已部分取代了常规的数字减影血管造影检查。
中枢神经系统 CTA 检查的应用范围越来越广，颈部和颅内的血管性病变、富血供的肿瘤性病变都可以进行CTA 检查，尤其适用于颈动脉狭窄和颅内动脉瘤的患者。需指出的是患者需要行碘过敏试验，或静脉使用水溶性的非离子型对比剂，但需警惕过敏及肾脏毒性的风险。严重心、肝、肾功能衰竭患者也不宜行此检查。
(7)磁共振血管造影(magnetic resonanceangiography, MRA): MRA 可清楚显示动脉全程,显示其受压折曲或梗阻情况。因不需动脉穿刺，又不受X线照射的影响，故有可能取代椎动脉造影而成为检测椎动脉供血不足的最佳手段。MRA 与数字减影血管造影(DSA)或CT 血管造影(CTA)不同，勿需注射含碘对比剂，无过敏之忧，无放射线损害，无穿刺痛苦和损伤，检查快，并可同时行颅脑、颈椎MRI检查，以获取更多的有关信息，而且一次采集完成后，可以从任意角度重建血管影像。MRA对椎基底动脉病变的诊断敏感性为97%，特异性为
98.9%。如MRA 和彩色多普勒超声联合应用，可以代替椎动脉造影血管检查。但 MRA 毕竟是一种重建血管影像，有些难以避免的因素如成像参数的选定、移动伪影、最大密度投影(MIP)重建方式本身的局限性、血管走行方向的影响等，可能影响图像的质量乃至结果分析。另外，有心脏起搏器、术后动脉夹层存留者，铁磁片异物患者，有人工金属心脏瓣膜者，金属关节、假肢，内置有胰岛素泵及神经刺激器者，以及妊娠3个月以内者均是磁共振检查的禁忌证。
(8)功能磁共振成像(functional magnetic res-onance image, fMRI): 20 世纪90年代初,在传统MRI的基础上 fMRI 技术开始出现。fMRI 的出现标志着临床磁共振诊断从单一形态学研究，发展到形态与功能相结合的系统研究。
fMRI的方法很多，主要包括注射造影剂、灌注加权、弥散加权及血氧水平依赖(blood oxygenationlevel dependent, BOLD)法,目前应用最广泛的方法为BOLD法。其成像原理为：当神经元活动时，其邻近血管床的血流量和血流容积增加，导致神经元活动区局部氧合血红蛋白含量增加，而增加的氧合血红蛋白量实际上多于神经元代谢所需的氧合血红蛋白量，因而在神经元活动区的毛细血管床和静脉血中氧合血红蛋白量多于非活动区，即神经元活动区毛细血管床和静脉血中作为顺磁性物质的去氧血红蛋白含量少于非活动区，因此在 T₂WI上神经元活动区的信号强度高于非活动区的信号强度。
fMRI可以进行脑局部代谢及微循环血流动力学的研究，分辨率高，严重的脑灌注衰竭区可以被清楚地显示出来，目前主要在神经外科与神经肿瘤学方面以及精神病学与神经病学应用。但由于进行扩散和灌注成像的机器费用高，不太适合在基层医院实施。对于ICU 的危重患者，如需循环呼吸循环支持，做此检查也非常困难。
(9)单光子发射断层显影(single photon emissioncomputed tomography, SPECT):基本原理:注入或吸入能够放射单纯γ光子的放射性核素或药物，以显像仪准直器的探头收集所要检查部位或脏器发出的γ射线，再通过光电倍增管将光电脉冲放大转变成信号。由计算机连续地采集信息进行图像处理和重建，最后以三维显像技术使所需要的脏器成像。由于显影剂进入脑组织的量和局部血流量成正比，
经过断层成像得到脑组织各个层面的影像后，可据此进行局部脑血流(rCBF)定量测定及代谢研究。
目前 SPECT 检查有 4 种方法: ¹²³I-IMPSPECT、⁹⁹ᵐTc-HMPAO SPECT、⁹⁹ᵐTc-ECD和¹³³Xe-SPECT。有研究表明在测定脑血流方面¹²³I-IMP SPECT优于⁹⁹ᵐTc-HMPAO SPECT。SPECT检查具有非侵入性，费用相对较低的优点，在神经精神疾病的研究与诊断上发挥越来越重要的作用；但空间分辨率低，需放射性同位素，对于ICU的危重患者，此项技术实施较困难。
(10)其他测量脑血流的方法：①N₂O法：其根据 Fick原理，每单位时间内组织吸收指示剂的量等于动脉带到组织的量减去静脉从组织带走的量。N₂O为惰性气体，通过测定动脉和颈静脉 N₂O浓度可根据公式计算推出 CBF。其优点为可定量的测定脑的平均血流量，缺点为需多次采血，不能测定CBF的快速变化，不能测定 rCBF。②近红外光谱成像(near-infrared spectroscopy, NIRS):可以实时测定脑内血红蛋白含量，推算出脑血流量和脑血容积，但结果容易受颅外血流的影响。③灌注CT：1980年灌注 CT 技术首次被应用于测定 rCBF,1998年获美国 FDA 批准应用于临床，基本原理是中心容积原理。灌注CT 可以定性，也可定量测定CBF，分辨率优于放射性核素检查，缺点在于后颅窝的骨伪影较大，影响CBF 测定准确性。此外，脑血流图(Rheoencephalography, REG)可无创,可连续或反复多次检测 CBF，相对经济，目前已在临床逐步应用。
3.经颅多普勒技术 由于 TCD在危重病患者应用最为广泛，故本文对这种方法进行详细介绍。1982年挪威学者 Run e Aaslid开发了单深度经颅多普勒(TCD)技术(图49-1)，利用超声多普勒效应来检测颅内主要动脉血流动力学及各血流生理参数的检查方法。我国自1987~1988年引进该技术，鉴于其无创伤、仪器体积小、检查成本低、能重复、可靠性强等优点，近年来开展异常迅速，在临床各科广泛应用。
基本原理
1.多普勒效应 物理学家 C. J. Doppler 于1982年发现了一种物理现象，当波源和观察者作相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率
不同。两者相向运动时，接收到的频率升高，而背向运动时，接收的频率降低。这种物理现象被命名为多普勒效应。当波源和接收器对于介质相对静止时，接收的频率等于发射的频率，多普勒频移值为零，不产生多普勒效应。
2.多普勒频移和多普勒频谱 经颅多普勒超声的探头同时为超声波的发射器和接收器。这样的结构测出的频率变化，主要是由发射物(红细胞)位置移动所致。多普勒频移值等于接收频率与发射频率之差。根据多普勒频移值与红细胞运动速度的关系，可换算成血流速度。而TCD测量的血流信息经快速 Fourier频谱分析，以音频和频谱两种方式表达。多普勒频谱显示包括多普勒信号的振幅、频率和时间在内的全部信息。
3.常见脑血流动力学参数 为了对多普勒频谱图像进行定量分析，以减少对疾病判断的误差，目前多数仪器能对多普勒频谱图像进行计算机分析，并显示各参数的计算结果，收缩期血流速度、平均流速、舒张末期血流速度、阻力指数和搏动指数等(图49-2)。
确定血流方向、流速范围、取样深度、扫描速率、能量设置(小箭头提示心动周期)，以计算峰值、平均流速和舒张末期流速
(1)收缩期血流速度(Vpeak)：收缩期内的最高血流速度，也反映了整个心动周期的最高血流速度。
(2)平均流速(Vmean)：多个心动周期的多普勒频谱图像中，最高血流速度及最低血流速度之间的平均值。
(3)舒张末期血流速度(Vd)：心动周期末期的最高血流速度，在一定程度上反映了脑血管的弹性阻力。
(4) 阻力指数(resistance index,RI): 是反映脑血管的舒缩功能、阻力状况的指标。
(5) 搏动指数(pulsatility index,PI): 是反映脑血管弹性的指标。
适应证
(1)危重患者的脑血流动力学监测。
(2)对脑血管意外、脑外伤等危重患者进行长时间监护，以监测是否出现脑血管痉挛、脑血流减少、颅内高压和脑内循环停止等情况。
(3)脑死亡：TCD是诊断脑循环停止的一个高度特异性、无创性辅助检查。但需结合其他检查一起来判断。
(4)评价外科手术的治疗效果。
操作方法
1. TCD检查
(1)通电前准备：①打印机与主机、监视器连接好。②打印机内放置好打印纸。③主机接地良好，检查各部分的电源开关处于关闭位。
(2)通电：①将主机打印机及监视器插入220 V交流电源插座中。②先开主机开关，2~3min后开
启监视器及打印机开关。
(3)操作：①根据检查部位选择探头：颅内血管用2MHz探头；颅外血管用4 MHz探头；肢体血管用8MHz探头。②记录图纸，按操作菜单进行。③打印图纸，按菜单进行。
(4)关机：①先关监视器，次关主机，再关打印机。②将各插头拔下，切断电源。③用机器罩将机器盖好。
2.颅外颈部动脉检查 TCD的主要功能是要穿过颅骨检查颅内动脉，因此，称其为“经颅多普勒超声”，而实际上大多数厂家在配置2 MHz经颅多普勒探头同时，也配置了4 MHz或8 MHz甚至频率更高的探头，用于颅外动脉或其他表浅动脉检查。
颅外血管的严重狭窄或闭塞将引起颅内血管血流速度、搏动指数和血流方向的改变，如果不检测颅外血管而单纯只查颅内血管，就会因为缺乏颅外血管资料而无法正确评价所检测到的颅内血管的结
果。因此，严格意义上 TCD检查必须包括颅内和颅外血管，检查顺序为先颅外后颅内，包括左右两侧。但在实际工作中颅外动脉多通过颈动脉B超检测。
颅外脑供血动脉指所有位于心脏与颅底间向颅内供血的动脉及其分支，包括颈动脉系统和锁骨下-椎基底动脉系统。颅外动脉(extracranial artery)包括: ①颈总动脉(common carotid artery, CCA);②颈内动脉(internal carotid artery,ICA);③颈外动脉(external carotid artery, ECA);④锁骨下动脉(subclavian artery, SubA);⑤椎动脉起始部(proximal segment of vertebral artery, VApro);⑥椎动脉寰枢段或枕段(atlas segment of vertebralartery,VAatlas)。除上述血管外,必要时还要检查:①OA分支滑车上动脉(supratrochlear artery,StrA);②ECA 分支枕动脉(occipital artery, OcA);③颞浅动脉;④颌内动脉以及桡动脉(radio artery,RA)(图49-3)。
3. TCD窗口(TCD window) 为了监测颅内动脉的血流速度，超声速必须通过头颅的三层结构。造成超声波衰减和散射的主要结构在中层(板障)，即颅骨的厚度。选择颅骨骨质较薄的部位，投射的超声波可无严重衰减，这些部位称为TCD窗口，如颞窗、眼窗、枕窗(图49-4)，还有下颌下窗，后者主要检测颅外段颈内动脉(ICA)的流速，临床上不常用。
(1)颞窗：位于颧弓上方，从眼眶外侧至耳之间的区域内,可以检测大脑前动脉(anterior cerebralartery, ACA)、大脑中动脉(middle cerebral artery,MCA)、大脑后动脉(posterior cerebral artery, PCA)及前后交通动脉的血流速度，是最常用的监测窗口。
(2) 眼窗: 用于检测眼动脉(ophthalmic artery,OA)及颅内段颈内动脉(internal carotid artery,ICA)的血流速度。
(3)枕窗：检测时，头尽量前倾，加大头颅与寰椎之间的空隙。探头放在枕骨粗隆下1~1.5cm处，超声速指向眉弓，可观察到椎动脉(vertebralartery,VA)颅内段和基底动脉(basilar artery,BA)。
4.颅内主要动脉的识别
(1) 大脑前动脉(MCA): ①经颞窗监测,前、中、后3个颞窗均能监测，取样深度4.0~5.5cm，确定了大脑中动脉的走行，就可以从浅至深3.5~5.5cm，以每5mm 的间距取样来追踪脑地动脉网。
一般在6.0mm以上的大脑中动脉信号消失。②投射角为探头向上、向后方向。③血流朝向探头，是正向多普勒频移信号。④压迫颈总动脉时信号明显消失，放开后迅速恢复。
(2)大脑前动脉(ACA)：①经颞窗监测，一般以中、后窗为主，取样深度5.5~7.5cm。如监测其近端信号，取样深度宜采用5.5~6.0 cm。②血流背向探头，所以信号是负向多普勒频移。③压迫颈总动脉时在负向多普勒频移信号明显减弱或消失，同时可出现正向多普勒频移信号，这是大脑前动脉判别的主要依据之一。
(3)大脑后动脉(PCA)：①经颞窗监测，取样深度6.0~6.5cm。向上跟踪信号不会超过7.0cm。最佳投射角为探头向后、向下倾斜。②大脑后动脉前交通段的血流方向是朝向探头，所得信号是正向多普勒频移。而后交通段的血流方向是背向探头，所得信号是负向多普勒频移。继续增加取样深度，可追踪到基底动脉分叉处，此时出现双向血流。③压迫颈总动脉时大脑后动脉多普勒频移信号无明显影响。
(4)颈内动脉颅内段：①经颞窗监测，取样深度5.5~6.5cm。②血流方向，当在颈内动脉终末端，大脑中动脉及大脑前动脉得分叉处时可见到正向和负向同时并存得多普勒频移信号。如在分叉之上得颈内动脉，则为正向多普勒频移信号。③压迫颈总动脉时，正向多普勒频移信号明显减弱或消失，放开后恢复。大脑后动脉多普勒频移信号无明显影响。
注意事项
(1)对操作人员的要求很高，必须具备相当水平方可胜任。
(2)保持环境安静，尽量减少各种电流、声音干扰。
(3)TCD测定的是脑动脉的血流速度，而不是血流量。
(4)由于各个心动周期所持续的时间不等，故所测得的频谱图像持续时间也会不等。
(5)一旦找到最高血流信号，应避免因深度改变丢失信号；在同一声窗持续跟踪动脉血流信号并适当调整探测角度。要记住成年患者 Willis环的正常深度范围及血流方向(表49-1)，也要考虑到Willis环的常见的解剖变异。
表49-1
正常 Willis环动脉的探测深度、血流方向和平均流速(假设声束与血管夹角为0°)
动脉 深度(mm) 血流方向 成人平均血流
速度(cm/s)
MCA M₂ 30~45 双向 <80
MCA M₁ 45~65 朝向探头 <80
ACA A₁ 62~75 背向探头 <80
ACA A₂ 45~65 朝向探头 <80
ICA 虹吸段 60~64 双向 <70
眼动脉 50~62 朝向探头 不定
PCA 60~80 双向 <60
基底动脉 80~100⁺ 背向探头 <60
椎动脉 45~80 背向探头 <50
注:十:被选择患者的ACA的A₂是通过经颅彩色超声(transcranialcolor-coded sonography,TCCS)经颞窗检测获得。
(6)频谱形态是由许多因素决定的，包括心排出量及血压，也包括大脑自动调节或血管收缩反应和局限性动脉损害。需标注特殊信息，如疾病状态、患者用药情况，便于所得结果结合临床症状加以分
析，才能得到正确的结论。 频谱紊乱(如频窗消失、涡流伴杂音)(图49-5)。
1.颅内动脉狭窄 颅内动脉狭窄是指各种原因造成的颅内动脉管径缩小，使通过该部位的血流阻力增加但未造成血流中断。颅内动脉狭窄在发生频率上以MCA 最高，其次是SCA或TICA，然后是椎基底动脉、PCA和ACA。
颅内血管狭窄诊断标准：①血流速度增快，尤其是局限性血流速度增快，但值得注意的是TCD只能诊断管径减少超过50%的颅内血管狭窄；②血流
3. 颅内压增高 颅内压(intracranial pressure,ICP)是指颅腔内容物对颅腔壁上所产生的压力。正常生理情况下，颅内三大内容物(脑组织、供应脑的动脉和脑脊液——中脑组织)相对恒定，因此，颅内压在正常范围内的调节就成为脑血流量和脑脊液之间的平衡。当颅内压大于1.77 kPa(180mmH₂O)时，称颅内压增高。
脑灌注压(cerebral perfusion pressure, CPP)是保证脑灌注的压力，近似于外周平均动脉压与平均颅内压之差。由于在血管管径近似不变的情况下，脑灌注压变化可以由脑血流速度(CBV)变化来反映，据此建立了TCD测量值与颅内压的关系。
随着颅内压的不断升高，脑血流从降低到停止是一个逐渐进展的病理生理过程(图49-7)。
4.脑死亡 如果颅内压增高进行性加重不能得到控制，则意识障碍持续不恢复，最终导致脑死亡(brain death)。诊断脑死亡时TCD 频率滤波应设
定为低滤过状态(不高于50 HMz)，检查部位和血管: MCA、ACA、PCA、VA、BA。结果判定参照2004年我国脑死亡诊断标准草案。
(1)血流频谱：①振荡波在一个心动周期内出现收缩期正向(F)和舒张期反向(R)血流信号，反向与正向血流速度比值(DFI=1-R/F)低于0.8(图49-8)；②尖小收缩波(钉子波)：收缩期早期单向性正向血流信号，持续时间小于 200 ms，流速低于50cm/s;③血流信号消失。
(2)判定血管：颅内前后循环均应出现上述血流频谱之一，前循环以双侧MCA为主要判断血管，后循环以 BA 为主要判断血管。
(3)注意事项：经颞窗未检测到信号需排除因颞窗不佳以及操作因素所致；重复检测(间隔时间不少于2h)，均检测到上述频谱改变之一；除外脑室引流、开颅减压和外周动脉收缩压低于 90 mmHg等影响脑血流的因素。
5.脑血流微栓子监测 在房颤、颅内外大动脉狭窄、颈内动脉内膜剥脱术患者常存在脑血流微栓子。在TCD仪经快速傅里叶转换处理的微栓子信号(microembolic signal,MES)有两种表达方式:出现在快速傅里叶转换后多普勒频谱中的高信号和出现在快速傅里叶转换前时间窗内的纺锤形信号(图49-9)。
(杨从山)
