Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Транскраниальный допплер
Транскраниальный doppler.jpg
Транскраниальное допплеровское зондирование мозгового кровообращения
СинонимыТранскраниальный цветной допплер
МКБ-9-СМ88,71
MeSHD017585
LOINC24733-8 , 39044-3 , 30880-9
Транскраниальный допплеровский ультразвуковой анализатор скорости кровотока

Транскраниальной допплерографии ( TCD ) и транскраниальной цвет Допплера ( 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 эмболии ,стеноз , спазм сосудов от субарахноидального кровоизлияния (кровотечение из разорванной аневризмы ) и другие проблемы. Популярность этих относительно быстрых и недорогих тестов растет. [ необходимая цитата ] Тесты эффективны для обнаружения серповидноклеточной анемии , ишемической цереброваскулярной болезни, субарахноидального кровоизлияния , артериовенозных мальформаций и остановки мозгового кровообращения . Возможно, эти тесты полезны для периоперационного мониторинга и менингеальной инфекции . [1]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 сонной артерии и компьютерная томография . Тесты также используются для исследований в области когнитивной нейробиологии (см. Функциональный транскраниальный допплер, ниже).

Методы [ править ]

Для этой процедуры можно использовать два метода записи. Первый использует визуализацию в «B-режиме» , 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 во 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. [ необходима цитата ]

Как это работает [ править ]

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 . [2]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 на зонд подается импульсная частота 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 (называемые окнами 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, что затрудняет или даже делает некоторые обследования невозможными. Большинство из них все еще может быть выполнено для получения приемлемых ответов, иногда требуя использования альтернативных участков для обзора судов.

Имплантируемый транскраниальный допплер [ править ]

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 [3] ), но не сразу. Различные препараты (например, аспирин, стрептокиназа и тканевый активатор плазминогена (ТРА) в порядке возрастания эффективности и стоимости) [4] [5] [6] 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». [7] 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) [ править ]

Функциональная транскраниальная допплерография (fTCD) - это инструмент нейровизуализации для измерения изменений скорости мозгового кровотока из-за активации нейронов во время когнитивных задач. [8] 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 (фМРТ) и позитронно-эмиссионная томография(ПЭТ), fTCD основан 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. Техника неинвазивна и проста в применении. Измерения скорости кровотока устойчивы к артефактам движения. С момента своего появления этот метод внес значительный вклад в выяснение полушарной организации когнитивных, моторных и сенсорных функций у взрослых и детей. [9] [10] fTCD использовался для изучения церебральной латерализации основных функций мозга, таких как язык, [11] [12] [13] обработка лица, [14] обработка цвета [15] и интеллект.[16] Более того, наиболее известные нейроанатомические субстраты для функционирования мозга перфузируются основными церебральными артериями, которые могут быть напрямую озвучены. Наконец, fTCD использовался в качестве средства интерфейса мозг-компьютер . [17]

Функциональная транскраниальная доплеровская спектроскопия (fTCDS) [ править ]

Графики спектральной плотности правой и левой средней церебральной артерии - графики кросс-амплитуды у мужчин.
Лицевые парадигмы

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 кортикальная 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, снабжаемыми двумя системами, границу снижения питательной активности.[18] В то время как сосуды ганглиозной системы являются конечными сосудами, сосуды корковой артериальной системы не так строго «конечны». Кровоток в этих двух системах на территории средней мозговой артерии (СМА) обеспечивает 80% обоих полушарий, [19]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 могут потенциально предоставить информацию об изменениях ниже по течению в корковых и подкорковых участках в пределах территории СМА. Каждое дистальное плечо сосудистой системы MCA 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 когнитивной стимуляции. Анализ Фурье даст пики, представляющие пульсирующую энергию от мест отражения на различных гармониках, которые кратны основной частоте. [20] [21] 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. [22]Психофизиологическая стимуляция, вызванная 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. преобразование ФурьеАлгоритм 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 по 10-секундным сегментам 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 осуществлялось с помощью преобразования взвешенного скользящего среднего. Окно Хэмминга применялось как сглаживание. [23] [24]Были нанесены оценки спектральной плотности, полученные из анализа Фурье отдельных серий, и области частот с наивысшими оценками были отмечены как пики. Происхождение пиков представляет интерес для определения надежности настоящего метода. Фундаментальный (F), кортикальный (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 сердечных сокращений 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 в D1 = 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 на главном стержне MCA до воображаемого места суммированных отражений от верхних конечностей, близко к кончикам пальцев при растяжении в стороны. [25] C-пик возник на второй гармонике, так что расчетная длина артерии (с использованием общей сонной артерии c = 5,5 м / с) [26] была выражена как D 2 = длина волны / 8 = cf 2/ 8 = 28 см, а частота f равна 2,46 Гц. Расстояние приблизительно соответствует видимой длине артерии от основного ствола СМА через извитость сосудов и вокруг выпуклости мозга до концевых сосудов в дистальных отделах коры, таких как затылочно-височное соединение на каротидных ангиограммах взрослых. [25] S-пик произошел на третьей гармонике, и может возникнуть из ориентировочной сайта на D 3 = длина волны / 16 = ср 3 /16 = 9,3 см , а частота F 3 3,69 Гц. Последняя аппроксимирует видимую артериальную длину лентикулостриарных сосудов от главного ствола СМА на каротидных ангиограммах. [27]Хотя это и не отображается, четвертая гармоника может возникнуть из-за разветвления MCA в непосредственной близости от места измерения в главном стержне MCA. Длина предварительно бифуркация от измерительной точки будет дана D 4 = длина волна / 32 = CF 4 /32 = 3,5 см и частота F 44,92 Гц. Рассчитанное 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 Кэмпбеллу и др., 1989. Метод был впервые описан Филипом Нджеманзе в 2007 году и был назван функциональным транскраниальным допплером. спектроскопия (fTCDS). [25]fTCDS исследует оценки спектральной плотности периодических процессов, вызываемых умственными задачами, и, следовательно, предлагает гораздо более полную картину изменений, связанных с воздействием данного умственного стимула. На оценки спектральной плотности в наименьшей степени будут влиять артефакты, у которых отсутствует периодичность, а фильтрация уменьшит влияние шума. [28] Изменения на C-пике могут указывать на долговременный потенциал коры головного мозга (CLTP) или долговременную депрессию коры головного мозга (CLTD), что было предложено в качестве эквивалента активности коры во время обучения [25] и когнитивные процессы. 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) перед тем, как приступить к формированию картины всего лица.

Точность [ править ]

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. [29]

См. Также [ править ]

  • Каротидная допплерография
  • Индекс артериального сопротивления
  • Транскраниальный импульсный ультразвук

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Транскраниальный допплер: обзор его клинического применения» . Архивировано из оригинала 25 апреля 2015 года . Проверено 3 июня 2013 года .
  2. ^ «Как работает ультразвук» . Проверено 11 сентября 2015 года .
  3. ^ DeNoon, Daniel J. (2009). Немедленное лечение Лучшее, но даже позднее лечение с помощью tPA может помочь . Новости здоровья WebMD.
  4. ↑ HP Adams Jr, BH Bendixen, LJ Kappelle, J Biller, BB Love, DL Gordon и EE Marsh 3d (1993). «Классификация подтипа острого ишемического инсульта. Определения для использования в многоцентровом клиническом исследовании. TOAST. Испытание Org 10172 в лечении острого инсульта» . Инсульт . 24 (1): 35–41. DOI : 10,1161 / 01.STR.24.1.35 . PMID 7678184 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  5. ^ «Рандомизированное контролируемое испытание стрептокиназы, аспирина и их комбинации в лечении острого ишемического инсульта. Многоцентровое исследование острого инсульта - Италия (MAST-I) Группа». Ланцет . 346 (8989): 1509–14. 1995. DOI : 10.1016 / s0140-6736 (95) 92049-8 . PMID 7491044 . 
  6. ^ Zeumer, H; Freitag, HJ; Занелла, Ф; Thie, A; Арнинг, С. (1993). «Местная внутриартериальная фибринолитическая терапия у пациентов с инсультом: урокиназа против рекомбинантного тканевого активатора плазминогена (r-TPA)». Нейрорадиология . 35 (2): 159–62. DOI : 10.1007 / bf00593977 . PMID 8433796 . 
  7. ^ Ньеманз, Филипп Chidi (2003). Имплантируемый телеметрический транскраниальный допплеровский аппарат. Патент США 6,468,219 .
  8. ^ Duschek, S; Шандри, Р. (2003). «Функциональная транскраниальная допплерография как инструмент психофизиологических исследований». Психофизиология . 40 (3): 436–454. DOI : 10.1111 / 1469-8986.00046 . PMID 12946117 . 
  9. ^ Строобант, N; Vingerhoets, G (2000). «Транскраниальный допплерографический мониторинг церебральной гемодинамики при выполнении когнитивных задач: обзор». Обзор нейропсихологии . 10 (4): 213–231. DOI : 10,1023 / A: 1026412811036 . PMID 11132101 . 
  10. ^ Блетон, H; Перера, S; Сейдич, Э (2016). «Когнитивные задачи и церебральный кровоток через передние мозговые артерии: исследование с помощью функциональных транскраниальных записей ультразвукового допплера» . BMC Medical Imaging . 16 : 22–1–22–12. DOI : 10,1186 / s12880-016-0125-0 . PMC 4788871 . PMID 26969112 .  
  11. ^ Kohler, M., Keage, HAD, Spooner, R., Flitton, A., Hofmann, J., Church, OF et al. (2015). «Вариабельность реакции латерализованного кровотока на язык связана с развитием речи у детей в возрасте 1–5 лет». Обзор нейропсихологии . 145–146: 34–41. DOI : 10.1016 / j.bandl.2015.04.004 . PMID 25950747 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  12. ^ Knecht, S .; Деппе, М; Dräger, B; Бобе, L; Ломанн, Н; Рингельштейн, Э; Хеннингсен, Х (2000). «Латерализация языка у здоровых правшей» . Мозг . 123 : 74–81. DOI : 10,1093 / мозг / 123.1.74 . PMID 10611122 . 
  13. ^ Ньеманз, PC (1991). «Церебральная латерализация в языковом и нелингвистическом восприятии: анализ когнитивных стилей в слуховой модальности». Мозг и язык . 41 (3): 367–80. DOI : 10.1016 / 0093-934x (91) 90161-S . PMID 1933263 . 
  14. ^ Ньеманз, PC (2004). «Асимметрия скорости мозгового кровотока при обработке изображений лица во время отдыха головой вниз» (PDF) . Авиационная, космическая и экологическая медицина . 75 (9): 800–5. PMID 15460633 .  
  15. ^ Njemanze, PC; Гомес, CR; Хоренштейн, S (1992). «Церебральная латерализация и восприятие цвета: транскраниальное допплеровское исследование». Cortex . 28 (1): 69–75. DOI : 10.1016 / s0010-9452 (13) 80166-9 . PMID 1572174 . 
  16. ^ Ньеманз, PC (2005). «Церебральная латерализация и общий интеллект: гендерные различия в транскраниальном допплеровском исследовании» (PDF) . Мозг и язык . 92 (3): 234–9. CiteSeerX 10.1.1.532.5734 . DOI : 10.1016 / j.bandl.2004.06.104 . PMID 15721956 .   
  17. ^ Myrden, A; Кушки, А; Сейдич, Э; Гергерский AM; Чау, Т. (2011). «Интерфейс мозг-компьютер на основе двустороннего транскраниального допплера» . PLoS ONE . 6 (9): e24170–1–8. Bibcode : 2011PLoSO ... 624170M . DOI : 10.1371 / journal.pone.0024170 . PMC 3168473 . PMID 21915292 .  
  18. Перейти ↑ Gray, H., & Clemente, CD (1984). Анатомия человеческого тела Грея. 30-е американское издание. Филадельфия: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс.
  19. ^ Тул, JF (1990). Цереброваскулярные нарушения. Нью-Йорк: Raven Press.
  20. ^ Макдональд, DA (1974). Кровоток в артериях с. 311–350. Балтимор: Williams & Wilkins Co.
  21. ^ Ньеманз, ПК, Бек, OJ, Гомес, CR, & Horenstein, С. (1991). «Фурье-анализ цереброваскулярной системы» . Инсульт . 22 (6): 721–726. DOI : 10.1161 / 01.STR.22.6.721 . PMID 2057969 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  22. ^ Кэмпбелл, КБ, Ли, ЛК, Фраш, ВЧ, & Noordergraaf, А. (1989). «Места отражения импульсов и эффективная длина артериальной системы». Американский журнал физиологии . 256 (6 Pt 2): H1684 – H1689. DOI : 10.1152 / ajpheart.1989.256.6.H1684 . PMID 2735437 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  23. ↑ Питер Блумфилд (1 апреля 2004 г.). Фурье-анализ временных рядов: введение . Wiley-IEEE. ISBN 978-0-471-65399-8. Проверено 22 октября 2011 года .
  24. Перейти ↑ Brigham, EO (1974). Быстрое преобразование Фурье. Нью-Йорк: Прентис-Холл.
  25. ^ a b c d Njemanze, PC (2007). «Церебральная латерализация для обработки лица: когнитивные стили, связанные с полом, определенные с использованием анализа Фурье средней скорости мозгового кровотока в средних церебральных артериях» (PDF) . Латеральность . 12 (1): 31–49. DOI : 10.1080 / 13576500600886796 . PMID 17090448 .  
  26. ^ Meinders, JM; Корнет, Л; Бренды, PJ; Хукс, AP (2001). «Оценка локальной скорости пульсовой волны в артериях с использованием 2D кривых растяжения». Ультразвуковая визуализация . 23 (4): 199–215. DOI : 10.1177 / 016173460102300401 . PMID 12051275 . 
  27. ^ Канг, HS; Хан, MH; Квон, Би Джей; Квон, хорошо; Kim, SH; Чанг, К. Х. (2005). «Оценка лентикулостриарных артерий с ротационной ангиографией и 3D реконструкцией». AJNR. Американский журнал нейрорадиологии . 26 (2): 306–12. PMID 15709128 . 
  28. ^ Njemanze PC, Транскраниальная доплеровская спектроскопия для оценки когнитивных функций мозга. Патент США 20,040,158,155 , 12 августа 2004 г.
  29. ^ Алехандро М. Брунсер, доктор медицины; Пабло М. Лавадос, доктор медицины; Арнольд Хоппе, доктор медицины; Хавьера Лопес, доктор медицины; Марсела Валенсуэла, доктор медицины; Родриго Ривас, доктор медицины. «Точность транскраниального допплера по сравнению с КТ-ангиографией в диагностике обструкции артерий при остром ишемическом инсульте» (PDF) . Проверено 2 апреля 2015 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Транскраниальная допплеровская компьютерная модель для обучения и воспитания .