经颅多普勒超声在脑侧支循环评估中的临床应用

刘玮，卢烁，刘尊敬

脑侧支循环的建立对于缺血性卒中的预后至关重要，近年研究发现，良好侧支循环的建立可稳定梗死区脑血流量、有效减少梗死灶容积、改善缺血后脑组织损伤、缓解再灌注损伤、减少梗死后出血转化、改善临床预后、降低卒中复发风险[1-3]。此外，良好侧支循环的建立还具有延长血管内治疗时间窗、预测血管内治疗效果、降低血管内治疗出血转化风险等作用[4]。有效而便捷地评估脑侧支循环是决定大动脉严重狭窄或闭塞患者个体化治疗方案的前提条件之一。目前临床上评估脑侧支循环应用的影像学评估方法主要包括TCD、DSA、MRA、动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）、CTA及一些新兴的影像学技术如多模式CT、高分辨率MRI等，每种影像学评估方法均有各自的优点及局限性。TCD因其可实时检测脑血流动力学变化、脑血流储备能力、无创伤、可重复、操作便捷、廉价等优点在脑侧支循环评估中发挥着不可替代的作用。本文意在阐述TCD在脑侧支循环评估中的临床应用意义及研究进展，以期为临床诊疗提供帮助。

1 脑侧支循环的概念

脑侧支循环即当大脑的供血动脉严重狭窄或闭塞，两个动脉系统间压力梯度形成时，脑内血流通过动脉与动脉间吻合支或新生血管吻合支的开放与建立进行代偿，从而使缺血组织得到不同程度的灌注改善，这些开放的血管吻合支统称为脑侧支循环。侧支循环包括一级侧支循环（Willis环）、二级侧支循环（软脑膜动脉和眼动脉）及三级侧支循环（新生血管）[5-7]。

一级侧支循环是脑侧支循环最主要的代偿途径，在缺血早期迅速发挥作用，沟通双侧大脑半球、前后循环血流。二级侧支循环是正常生理状态下作用极小且非直接的代偿，在一级侧支循环不能满足脑血流灌注时开放，包括眼动脉及软脑膜动脉。眼动脉建立颈内与颈外动脉之间的联系，软脑膜动脉沟通大脑中、前、后动脉。三级侧支循环是动脉再生和生成形成的新生血管吻合支，新生血管形成较慢，一般在数天后建立[6，8-9]。

2 经颅多普勒超声对侧支循环的评估

2.1 经颅多普勒超声对初级侧支循环的评估 TCD可对初级侧支循环中的前交通动脉（anterior communicating artery，ACoA）和后交通动脉（posterior communicating artery，PCoA）开放情况进行检测。

ACoA开放的检测：患者平卧，探头置于颞窗探测大脑中动脉（middle cerebral artery，MCA）血流方向朝向探头，大脑前动脉（anterior cerebral artery，ACA）血流方向背离探头，ACoA连接双侧颈内动脉（internal carotid artery，ICA），Willis环两侧压力平衡，ACoA无血流通过。当通过颈动脉压迫试验人为阻断一侧颈总动脉血流或一侧颈动脉严重狭窄时，双侧压力平衡被打破，ACoA开放，血流经从探头对侧ICA经对侧ACA-A1段、ACoA流入同侧ACA-A1段、同侧MCA。TCD检测到对侧ACA-A1段血流反向，对侧ACA血流速度代偿性增快，压迫对侧颈总动脉（common carotid artery，CCA）时，同侧MCA或反向的ACA血流速度下降则提示ACoA开放[10]。

PCoA开放的检测：正常情况下在大脑后动脉（posterior cerebral artery，PCA）和ICA之间有PCoA连接前后循环，两侧压力平衡，PCoA无血流通过。当通过颈动脉压迫试验人为阻断一侧CCA血流或一侧颈动脉严重狭窄时，前后循环压力平衡被打破，血流从后循环经PCA-P1段、PCoA流入同侧MCA。TCD检测到同侧PCA-P1段血流速度增快并高于同侧MCA和对侧PCA血流速度，压迫对侧颈总动脉，其血流速度增加＞20%，基底动脉（basilar artery，BA）、双侧椎动脉（vertebral artery，VA）血流速度代偿性增快提示PCoA开放[10]。此外，基底动脉血流逆转可见于BA近端或双侧VA严重狭窄或闭塞的患者，可间接反映PCoA开放，但BA血流逆转还可见于锁骨下动脉狭窄或闭塞导致的锁骨下动脉盗血综合征，检查时需要鉴别[11]。

TCD是评估颈动脉严重狭窄或闭塞患者一级侧支循环的可靠工具，其评估ACoA开放的敏感性和特异性高于PCoA。与DSA比较，TCD评估ACoA开放的敏感度为95%，特异度为100%，TCD评估PCoA开放的敏感度为87%，特异度为95%[12]。

2.2 经颅多普勒超声对二级侧支循环的评估 眼动脉（ophthalmic artery，OA）侧支开放：正常情况下OA血流朝向探头呈颅外动脉血流频谱形态为高阻力频谱，当一侧颈内动脉严重狭窄或闭塞时，如果存在颈外动脉经OA向ICA供血，TCD可检测到患侧OA和滑车上动脉（superior trochlear artery，STrA）的血流反向，频谱呈颅内化改变即低阻力频谱形态，压迫患侧颈外动脉（external carotid artery，ECA）分支面动脉和颌内动脉后，STrA血流速度下降甚至出现反向血流提示OA侧支开放。

软脑膜侧支开放：TCD不能直接检测软脑膜侧支是否开放，但可间接评估ACA-MCA/PCA-MCA软脑膜吻合侧支循环开放。分流血流信号（flow diversion，FD）可作为软脑膜开放的指标，当一侧MCA闭塞，同侧ACA或PCA P2段平均血流速度大于对侧30%以上时提示软脑膜侧支循环的开放，敏感度为81%，特异度为76.7%[13-14]。

2.3 经颅多普勒超声对三级侧支循环的评估脑动脉具有自动调节功能，这是维持正常脑血流灌注的主要生理调节机制，当大血管狭窄或闭塞时，病变远端的血流灌注压力下降，脑灌注直接取决于侧支循环和阻力小动脉的扩张，三级侧支循环的建立可提高局部脑血容量来维持灌注，脑血流储备能力与侧支循环建立的程度存在相关性。TCD可通过对脑血管反应性（cerebrovascular reactivity，CVR）的评定反映动脉狭窄后脑内小动脉和毛细血管床血管容积代偿潜力，间接判断三级侧支循环功能状态。临床常用的TCD检测CVR的方法包括：CO2吸入试验、呼吸抑制试验、乙酰唑胺试验和体位试验等。

CO2吸入试验：患者正常呼吸记录基线平均血流速度（Vm基线），然后进行自体CO2吸入试验（使用1个连接CO2检测接口的面罩，连接长度2 m的呼吸机导气管，将面罩放置于患者鼻部，患者呼吸气体均需经导气管与大气相通，从而增加呼吸的生理死腔，使患者吸入高浓度CO2气体），可以观察到呼出的CO2浓度有不同程度的增高，持续30～60 s，待CO2浓度、血流速度稳定不再增加时去除面罩，记录高碳酸血症期平均血流速度（Vm高碳酸血症期），患者继续平静呼吸。TCD通过专用插口同步记录实时呼出的CO2浓度，并同步记录双侧MCA平均血流速度的实时变化。

计算公式：CVR=[（Vm高碳酸血症期-Vm基线）/（Vm基线×△EtCO2）]×100%[15]，其中△EtCO2为潮气末CO2分压。

呼吸抑制试验：患者平卧位，TCD经颞窗监测双侧MCA血流速度，让患者屏气30 s，若患者因高龄或其他原因无法屏气30 s，至少需屏气＞20 s，记录屏气时间，取屏气末平均血流速度，计算呼吸抑制指数（breath holding index，BHI）。

计算公式：BHI=（Vm屏气后-Vm基线）/（Vm基线×呼吸抑制时间）。评价标准一般以BHI＜0.69为异常[16]。

乙酰唑胺试验：乙酰唑胺正常情况下会反射性地引起脑血管扩张，MCA血流速度增快。患者取平卧位，TCD经颞窗监测静息时双侧MCA血流速度，静脉注射乙酰唑胺15 mg/kg（最大剂量1.5 g，体重＜80 kg时用量为1 g），记录30 min，如期间血流速度达最高平台期则停止记录。

计算公式：CVR=[（Vm注射后最大值-Vm注射前）/Vm注射前]×100%，30%～50%为正常，＜25%为异常[17-18]。

体位试验：患者在倾斜台上至少平卧10 min，记录静息状态下的血压、心率及双侧MCA血流速度，将倾斜台升高至头高位70°，在患者可耐受前提下，持续监测血压、心率及双侧MCA血流速度，完整记录20 min；之后恢复至平卧位，继续监测上述血流动力学参数5 min。目前，对于直立倾斜试验的血流动力学参数尚缺乏统一的标准，可采用方法包括传递函数法、多模态血流压力分析等。

乙酰唑胺试验较CO2吸入试验和呼吸抑制试验更适合不能配合的患者，但缺点是药物的不良反应及呼吸兴奋导致过度换气抵消乙酰唑胺的扩血管作用而影响试验效果。CO2吸入试验是生理性刺激，与乙酰唑胺试验比较，当产生不良反应时更容易终止试验，因此，CO2吸入试验和呼吸抑制试验比乙酰唑胺试验更安全[19]。

3 经颅多普勒超声对侧支循环评估的临床应用

3.1 对缺血性卒中风险和预后的评估 TCD是评估缺血性卒中患者侧支循环重要的无创性检查方法，在临床中发挥着不可替代的作用，主要用于缺血性卒中风险、预后及复发风险的评估。已有研究证实颈动脉狭窄或闭塞患者侧支循环的存在与较低的缺血性卒中或TIA风险有关[16]。Mauro Silvestrini等[20]通过TCD评估了66例颈动脉夹层缺血性卒中患者的侧支循环，结果发现卒中发生24 h内OA、ACoA、PCoA侧支循环开放2支以上的患者与侧支循环不良患者相比，入院时NIHSS评分更低，90 d mRS评分＞1分的患者比例也更低。但也有研究认为，OA侧支循环是颈动脉病变侧支循环形成的最后形式，可能是不良长期预后的预测因子[21]。Hossein Zareie等[22]的研究发现急性前循环缺血性卒中患者ACA的FD存在是CTP成像中脑梗死体积的独立预测因子。但FD的局限性是当同侧ACA/PCA发育不良时，优势侧ACA/PCA血流速度增快会被误认为侧支循环的存在。Marc Ribo等[11]的研究发现在急性BA闭塞患者中，TCD检测到BA血流逆转的患者较没有检测到的患者入院时及出院时有更低的NIHSS评分和更少的住院期间的病情恶化，提示BA急性闭塞患者，TCD检测到BA血流逆转信号与较低的卒中严重程度和更好的临床预后有关。

TCD在评估颈动脉和颅内动脉狭窄或闭塞患者脑血流自动调节功能方面发挥着重要作用，通过测量CVR反映脑血流储备能力。当动脉近端狭窄或闭塞时，远端动脉系统通过自动调节功能扩张以保证闭塞远端血流代偿，因此脑血流储备能力受损将增加卒中的风险。一项关于颈动脉狭窄或闭塞的患者脑血流储备能力和缺血性卒中风险关系的Meta分析显示CO2反应性与未来缺血性事件相关[23]。在一项前瞻、双盲、纵向研究报道了94例狭窄＞70%的无症状颈动脉狭窄患者中，BHI正常患者病变同侧年卒中事件发生风险4.1%，BHI受损患者为13.9%，提示无症状严重颈动脉狭窄患者CVR受损与同侧缺血事件风险相关[25]。同样，Fabrizio Vernieri等[16]的研究也发现颈动脉闭塞患者BHI、侧支循环与脑血管事件风险明显相关，BHI正常、侧支循环良好患者随访期间没有缺血事件发生；无侧支循环患者BHI受损卒中风险增加，病变同侧年卒中发生风险高达32.7%；一支侧支循环患者病变同侧年卒中发生风险17.5%；两支侧支循环患者为2.7%。

3.2 对缺血性卒中静脉溶栓预后的预测价值应用T C D 评估急性缺血性卒中患者侧支循环的优劣能预测静脉溶栓的效果和溶栓后出血转化的风险。TCD与r t-PA溶栓联合治疗脑缺血血栓（Combined Lysis of Thrombus in Brain Ischemia Using transcranial Ultrasound and Systemic TPA，CLOTBUST）研究报道MCA闭塞患者FD的存在与静脉溶栓后神经系统功能的改善有关[25]。一项研究系统性回顾了基线侧支循环状态对静脉溶栓患者预后的影响，结果显示，相对于基线侧支循环较差的患者，具有较好侧支循环的患者在接受静脉溶栓后出现症状性颅内出血的风险较低，早期神经功能改善比例较高，且3或6个月时mRS评分＜2分的比例显著增高[26]。对缺血性卒中急性期血管再通治疗患者进行侧支循环评价对其预后具有较好的预测价值，但治疗前进行侧支循环评价是否会延迟治疗，是否可指导临床决策尚未明确，仍需进一步的研究证实。

3.3 在血管成形术前、术后评估中的应用TCD可在颈动脉内膜剥脱术（carotid endarterectomy，CEA）/颈动脉支架置入术（carotidarterystenting，CAS）术前进行无创性侧支循环评估，多项研究发现侧支循环良好的患者手术效果更好，CEA中ICA夹闭不耐受与Willis环不完整、颈动脉压迫试验MCA流速下降、CVR下降明显相关[27-30]。TCD颈动脉压迫试验也常用于颈动脉狭窄70%以上患者CEA/CAS术前的血流及侧支循环的评估。同侧MCA血流速度下降＞85%和侧支循环不良是动脉夹闭不耐受的独立预测因子，两者相结合灵敏性为64%，特异性为99%[28]。

对于CEA术中是否需要分流，TCD颈动脉压迫试验提供了有价值的指标，研究认为颈动脉压迫试验同侧MCA平均血流速度下降＞60%时CEA术中需放置分流管[29]。TCD侧支循环及CVR评估对于同时伴有对侧颈动脉闭塞的CEA/CAS患者尤为重要，ACoA、OA侧支循环的开放、CVR可评估手术的耐受度，此外，ACoA侧支循环的开放与术后对侧（闭塞侧）血流灌注改善相关[30]。因此，对于同时伴有对侧颈动脉闭塞的CEA/CAS患者应该在术前常规通过TCD对侧支循环及CVR进行评估。此外，颅内侧支循环的整体化评估有助于早期发现过度灌注综合征高危患者，指导术中及术后采取有效措施，提高手术安全性。

综上所述，TCD可根据血流速度、搏动指数、血流方向、脑血流储备能力等指标直接或间接评价脑动脉侧支循环是否有效开放与建立。TCD可实时检测脑血流动力学变化，具有无创伤、可重复、操作便捷、廉价等优势，在临床中仍然有较好的应用及发展前景。目前仍需开展更多的相关研究以探索TCD对脑侧支循环评估的诊断标准与价值，发挥其优势，结合其他影像学检查，实现对脑侧支循环的有效评估，为缺血性卒中的个体化治疗和预后判断提供有价值的指导，以期对未来卒中的防治提供更多帮助。

【点睛】本文对TCD评估脑侧支循环的方法及其在缺血性卒中风险、不同治疗方式预后的评估等方面的应用价值进行了介绍。