Транскраниальный допплер
Транскраниальный допплер | |
---|---|
Синонимы | Транскраниальная цветная допплерография |
МКБ-9-СМ | 88.71 |
МеШ | Д017585 |
ЛОИНК | 24733-8 , 39044-3 , 30880-9 |
Транскраниальная допплерография ( TCD ) и транскраниальная цветная допплерография ( TCCD ) — это виды допплерографии , которые измеряют скорость кровотока через мозга головного кровеносные сосуды путем измерения эхо ультразвуковых волн, движущихся транскраниально (через череп ). Эти режимы медицинской визуализации проводят спектральный анализ принимаемых ими акустических сигналов и поэтому могут быть классифицированы как методы активной акустоцеребрографии . Их используют в качестве тестов для диагностики эмболии , стеноза , спазма сосудов вследствие субарахноидального кровоизлияния (кровотечения из разорвавшейся аневризмы ) и других проблем. Популярность этих относительно быстрых и недорогих тестов растет. [ нужна ссылка ] Тесты эффективны для выявления серповидноклеточной анемии , ишемической болезни головного мозга, субарахноидального кровоизлияния , артериовенозных мальформаций и остановки мозгового кровообращения . Эти тесты, возможно, будут полезны для периоперационного мониторинга и выявления менингеальной инфекции . [ 1 ] Оборудование, используемое для этих тестов, становится все более портативным, что позволяет врачу ездить в больницу, в кабинет врача или в дом престарелых как для стационарных, так и для амбулаторных исследований. Тесты часто используются в сочетании с другими тестами, такими как МРТ , МРА , сонных артерий дуплексное ультразвуковое исследование и компьютерная томография . Тесты также используются для исследований в области когнитивной нейробиологии (см. Функциональную транскраниальную допплерографию ниже).
Методы
[ редактировать ]Для этой процедуры можно использовать два метода записи. Первый использует визуализацию в «B-режиме» , который отображает двухмерное изображение черепа, мозга и кровеносных сосудов, видимое ультразвуковым датчиком. Как только нужный кровеносный сосуд найден, скорость кровотока можно измерить с помощью датчика с импульсным эффектом Доплера , который отображает скорость в зависимости от времени. Вместе они образуют дуплексный тест . Второй метод регистрации использует только функцию второго датчика, полагаясь вместо этого на подготовку и опыт врача в поиске правильных сосудов. Современные машины TCD всегда допускают оба метода. [ нужна ссылка ]
Как это работает
[ редактировать ]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 имеет разную частоту в зависимости от направления и скорости крови из-за эффекта Доплера . [ 2 ] Если кровь удаляется от зонда, то частота эха ниже излучаемой частоты; если кровь движется в сторону зонда, то частота эха выше излучаемой частоты. Эхосигналы анализируются и преобразуются в скорости, которые отображаются на мониторе компьютера устройства. Фактически, поскольку зонд подает импульсы с частотой до 10 кГц, информация о частоте отбрасывается из каждого импульса и восстанавливается на основе изменений фазы 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 инсонации), которые обеспечивают наименьшее искажение звуковых волн. По этой причине запись производится в височной области над скулой / скуловой дугой , через глаза, ниже челюсти и с затылка. Возраст, пол, раса и другие факторы пациента влияют на толщину и пористость кости, что затрудняет или даже делает невозможными некоторые исследования. Большинство из них все же можно выполнить для получения приемлемых ответов, иногда требуя использования альтернативных мест для просмотра сосудов.
Имплантируемый транскраниальный допплер
[ редактировать ]Иногда история болезни пациента и клинические признаки позволяют предположить очень высокий риск инсульта. Окклюзионный инсульт вызывает необратимое повреждение тканей в течение следующих трех часов (возможно, даже 4,5 часов). [ 3 ] ), но не мгновенно. Различные препараты (например, аспирин, стрептокиназа и тканевой активатор плазминогена (ТРА) в порядке возрастания эффективности и стоимости) [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] может 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 ] Работающий от батареи, он будет использовать радиочастотную связь с портативным компьютером, выполняющим процедуру спектрального анализа вместе с входными данными от оксиметра (отслеживающего степень оксигенации крови, которую может ухудшить инсульт), для принятия автоматического решения о введении препарата. [ нужна ссылка ]
Функциональная транскраниальная допплерография (ФТКД)
[ редактировать ]Функциональная транскраниальная допплерография (fTCD) — это инструмент нейровизуализации для измерения изменений скорости мозгового кровотока вследствие активации нейронов во время когнитивных задач. [ 8 ] Функциональный TCD использует технологию пульсовой допплерографии для регистрации скорости кровотока в передней, средней и задней мозговых артериях. Подобно другим методам нейровизуализации, таким как функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), фТКД основана на тесной связи между региональными изменениями мозгового кровотока и нервной активацией. Благодаря непрерывному мониторингу скорости кровотока TCD обеспечивает лучшее временное разрешение, чем фМРТ и ПЭТ. Методика неинвазивна и проста в применении. Измерения скорости кровотока устойчивы к артефактам движения. С момента своего появления этот метод внес существенный вклад в выяснение полушарной организации когнитивных, двигательных и сенсорных функций у взрослых и детей. [ 9 ] [ 10 ] fTCD использовался для изучения церебральной латерализации основных функций мозга, таких как речь, [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] обработка лица, [ 14 ] обработка цвета, [ 15 ] и интеллект. [ 16 ] Более того, большинство известных нейроанатомических субстратов функции мозга перфузируются через основные церебральные артерии, которые можно непосредственно озонировать. Наконец, fTCD использовался в качестве модальности интерфейса мозг-компьютер . [ 17 ]
Функциональная транскраниальная допплеровская спектроскопия (fTCDS)
[ редактировать ]Этот раздел может потребовать очистки Википедии , чтобы соответствовать стандартам качества . Конкретная проблема: слишком плотный и технический. ( сентябрь 2015 г. ) |
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 различать потоковые сигналы, исходящие из корковых и подкорковых ветвей мозговых артерий виллизиева круга. Каждая базальная мозговая артерия виллизиева круга дает начало двум различным системам вторичных сосудов. Более короткая из этих двух называется ганглиозной системой, а принадлежащие ей сосуды снабжают таламус и полосатые тела; чем длиннее корковая система, ее сосуды разветвляются в мягкой мозговой оболочке и снабжают кору и нижележащее мозговое вещество. 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 корковая, и ганглиозная системы не сообщаются ни в одной точке своего периферического распределения, но совершенно независимы друг от друга, имея между частями, снабжаемыми обеими системами, границу пониженной пищевой активности. [ 18 ] В то время как сосуды ганглиозной системы являются конечными сосудами, сосуды кортикальной артериальной системы не являются строго «конечными». Кровоток в этих двух системах на территории средней мозговой артерии (СМА) снабжает 80% обоих полушарий. [ 19 ] включая большинство нейронных субстратов, участвующих в обработке лиц, речи и интеллекте в корковых и подкорковых структурах. Измерения средней скорости кровотока (MFV) в главном стволе СМА потенциально могут предоставить информацию об изменениях ниже по течению в корковых и подкорковых участках на территории СМА. Каждое дистальное плечо сосудистой системы СМА можно разделить на «ближние» и «дальние» дистальные участки отражения для корковой и ганглиозной (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 представляющая пульсирующую энергию от мест отражения на различных гармониках, кратных основной частоте. [ 20 ] [ 21 ] Макдональд в 1974 г. показал, что первые пять гармоник обычно содержат 90% всей пульсационной энергии в системе колебаний давления/потока в периферическом кровообращении. Можно предположить, что каждое плечо сосудистой системы представляет собой единственную вязкоупругую трубку, оканчивающуюся импедансом, создающим единый участок отражения. [ 22 ] Психофизиологическая стимуляция, индуцирующая вазомоторную активность в каждом терминальном участке, вызывает колебание стоячей синусоидальной волны, состоящее из суммирования волн, возникающих вследствие воздействия падающих, отраженных и переотраженных волн от дистальной к проксимальной точке измерения. Исследования fTCDS проводятся, когда участник находится в положении лежа на спине с поднятой головой примерно на 30 градусов. Головные уборы-держатели зонда (например, LAM-RAK, DWL, Sipplingen, Германия) используются с базовой опорой на двух берушах и на спинке носа. Два зонда с частотой 2 МГц закрепляются в держателе зонда и выполняется озонирование для определения оптимального положения для непрерывного мониторинга обоих основных стержней МКА на глубине 50 мм от поверхности зонда. Получается серийная запись MFV для каждого стимула, которая затем используется для анализа Фурье. Алгоритм преобразования Фурье использует стандартное программное обеспечение (например, Модуль временных рядов и прогнозирования STATISTICA , StatSoft, Inc. ). Самый эффективный стандартный алгоритм Фурье требует, чтобы длина входного ряда была равна степени 2. Если это не так, необходимо выполнить дополнительные вычисления. Чтобы получить необходимые временные ряды, данные усреднялись по 10-секундным сегментам для продолжительности в 1 минуту или для каждого стимула, что давало 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 было применено в качестве сглаживателя. [ 23 ] [ 24 ] Оценки спектральной плотности, полученные в результате анализа Фурье одной серии, были нанесены на график, а области частот с самыми высокими оценками были отмечены как пики. Происхождение пиков представляет интерес для определения надежности настоящего метода. Фундаментальный (F), кортикальный (C) или пик памяти (M) и подкорковый (S) наблюдались в регулярных частотных интервалах 0,125, 0,25 и 0,375 соответственно. Эти частоты можно было преобразовать в Гц, предполагая, что основной частотой сердечных колебаний является средняя частота сердечных сокращений. Основная частота (F) первой гармоники может быть определена по средней частоте 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 возникали на кратных первой гармонике, второй и третьей гармониках соответственно. Можно предположить, что расстояние до места отражения F-пика исходит от места с D 1 = длина волны/4 = cf/4 = 6,15 (м/с)/(4×1,23 Гц) = 125 см, где c – предполагаемая скорость распространения волн периферического артериального дерева по Макдональду, 1974. Учитывая извилистость сосудов, расчетное расстояние приблизительно соответствует расстоянию от места измерения на главном стволе СМА до воображаемого места суммированных отражений от верхних конечностей, близкого к кончикам пальцев при растяжении. боком. [ 25 ] Пик С возник на втором гармонический, такой, что предполагаемая длина артерии (с использованием общей сонной артерии) с = 5,5 м/с) [ 26 ] определялось как D 2 = длина волны/8 = cf 2 /8 = 28 см и частота f 2,46 Гц. Расстояние приблизительно соответствует видимой длине артерии от основного ствола СМА через извилистость сосудов и вокруг выпуклости головного мозга до конечных сосудов в дистальных участках коры, таких как затылочно-височное соединение на каротидные ангиограммы взрослых. [ 25 ] S-пик возник на третьей гармонике и, возможно, возник в предполагаемом месте при D 3 = длине волны/16 = cf 3 /16 = 9,3 см и частоте f 3 3,69 Гц. Последняя аппроксимирует видимую артериальную длину лентикулостриарных сосудов от основного ствола СМА на каротидных ангиограммах. [ 27 ] Хотя это и не отображается, ожидается, что четвертая гармоника возникнет в результате бифуркации MCA в непосредственной близости от место измерения в главном стволе MCA. До бифуркации длина от точки измерения будет равна D 4 = длина волны/32 = cf 4 /32 = 3,5 см и частота f 4 4,92 Гц. Рассчитанное расстояние приблизительно соответствует расстоянию сегмента основного ствола СМА сразу после бифуркации сонной артерии, где, вероятно, находился объем ультразвукового образца, до бифуркации СМА. Таким образом, эти оценки приблизительно соответствуют фактическим длинам. Однако было высказано предположение, что предполагаемые расстояния могут не точно коррелировать с известными морфометрическими размерами артериального дерева согласно Campbell et al., 1989. Этот метод был впервые описан Филипом Ньеманзе в 2007 году и получил название функциональной транскраниальной допплерографии. спектроскопия (fTCDS). [ 25 ] fTCDS исследует оценки спектральной плотности периодических процессов, вызываемых во время умственных задач, и, следовательно, предлагает гораздо более полную картину изменений, связанных с воздействием данного умственного стимула. На оценки спектральной плотности будут меньше всего влиять артефакты, которым не хватает периодичности, а фильтрация уменьшит влияние шума. [ 28 ] Изменения на пике C могут указывать на кортикальный долгосрочный потенциал (CLTP) или кортикальную долговременную депрессию (CLTD), которые, как предполагается, предполагают эквиваленты корковой активности во время обучения. [ 25 ] и когнитивные процессы. Трассировки скорости потока отслеживаются во время парадигмы 1, включающей квадрат шахматной доски, поскольку восприятие объекта сравнивается с лицом целиком (парадигма 2) и задачей сортировки элементов лица (парадигма 3). Расчеты с быстрым преобразованием Фурье используются для получения графиков спектральной плотности и перекрестной амплитуды в левой и правой средних мозговых артериях. С-пик, также называемый кортикальным пиком памяти (М-пик), можно увидеть возникающим во время парадигмы 3, задачи сортировки лицевых элементов, требующей итеративного вызова памяти, поскольку субъект постоянно пространственно подгоняет головоломку, сопоставляя каждый лицевой элемент в парадигме 3 с сохраненным в памяти (Парадигма 2), прежде чем приступить к формированию изображения всего лица.
Точность
[ редактировать ]Хотя ТЦД не всегда точен из-за относительной скорости кровотока, он все же полезен для диагностики артериальных окклюзий у пациентов с острым ишемическим инсультом, особенно при использовании средней мозговой артерии. Было проведено исследование для сравнения допплера Power Motion TCD (PMD-TCD) с КТ- ангиографией (CTA), оба варианта действительны, но точность PMD-TCD не превышает 85 процентов. Преимущества PMD-TCD заключаются в портативности (поэтому его можно использовать у постели больного или в отделении неотложной помощи), подвергают пациентов меньшему облучению по сравнению с CTA (поэтому его можно повторять, если необходимо для мониторинга), и он дешевле, чем CTA. или магнитно-резонансная ангиография. [ 29 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Транскраниальный допплер: обзор клинического применения» . Архивировано из оригинала 25 апреля 2015 года . Проверено 3 июня 2013 г.
- ^ «Как работает УЗИ» . Проверено 11 сентября 2015 г.
- ^ ДеНун, Дэниел Дж. (2009). Лучше всего немедленное лечение, но даже позднее лечение tPA может помочь . Новости здоровья WebMD.
- ^ HP Адамс-младший, Б. Х. Бендиксен, Л. Дж. Каппель, Дж. Биллер, Б. Б. Лав, Д. Л. Гордон и Э. Э. Марш 3d (1993). «Классификация подтипа острого ишемического инсульта. Определения для использования в многоцентровом клиническом исследовании. TOAST. Исследование Org 10172 при лечении острого инсульта» . Гладить . 24 (1): 35–41. дои : 10.1161/01.STR.24.1.35 . ПМИД 7678184 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ «Рандомизированное контролируемое исследование стрептокиназы, аспирина и их комбинации при лечении острого ишемического инсульта. Многоцентровое исследование острого инсульта - группа Италии (MAST-I)». Ланцет . 346 (8989): 1509–14. 1995. doi : 10.1016/s0140-6736(95)92049-8 . ПМИД 7491044 . S2CID 54283278 .
- ^ Цоймер, Х; Фрайтаг, HJ; Занелла, Ф; Ти, А; Арнинг, К. (1993). «Местная внутриартериальная фибринолитическая терапия у пациентов с инсультом: урокиназа против рекомбинантного тканевого активатора плазминогена (р-ТРА)». Нейрорадиология . 35 (2): 159–62. дои : 10.1007/bf00593977 . ПМИД 8433796 . S2CID 27711059 .
- ^ Ньеманзе, Филип Чиди (2003). Имплантируемый телеметрический транскраниальный допплеровский аппарат. Патент США 6468219 .
- ^ Душек, С; Шандри, Р. (2003). «Функциональная транскраниальная допплерография как инструмент психофизиологических исследований». Психофизиология . 40 (3): 436–454. дои : 10.1111/1469-8986.00046 . ПМИД 12946117 .
- ^ Строобант, Н; Вингерхоэтс, Г. (2000). «Транскраниальный допплеровский ультразвуковой мониторинг церебральной гемодинамики при выполнении когнитивных задач: обзор». Обзор нейропсихологии . 10 (4): 213–231. дои : 10.1023/А:1026412811036 . ПМИД 11132101 . S2CID 1110818 .
- ^ Блетон, Х; Перера, С; Сейдич, Э (2016). «Когнитивные задачи и мозговой кровоток через передние мозговые артерии: исследование с помощью функциональных транскраниальных допплеровских ультразвуковых записей» . Медицинская визуализация BMC . 16 : 22–1–22–12. дои : 10.1186/s12880-016-0125-0 . ПМЦ 4788871 . ПМИД 26969112 .
- ^ Колер, М.; Кедж, ХАД; Спунер, Р.; Флиттон, А.; Хофманн Дж.; Церкви, ОФ; и др. (2015). «Изменчивость реакции латерального кровотока на язык связана с развитием речи у детей в возрасте 1–5 лет» . Обзор нейропсихологии . 145–146: 34–41. дои : 10.1016/j.bandl.2015.04.004 . ПМИД 25950747 . S2CID 34065730 .
- ^ Кнехт, С.; Деппе, М; Дрегер, Б; Бобе, Л; Ломанн, Х; Рингельштейн, Э; Хеннингсен, Х (2000). «Языковая латерализация у здоровых правшей». Мозг . 123 :74–81. дои : 10.1093/мозг/123.1.74 . ПМИД 10611122 .
- ^ Ньеманзе, ПК (1991). «Церебральная латерализация в языковом и неязыковом восприятии: анализ когнитивных стилей в слуховой модальности». Мозг и язык . 41 (3): 367–80. дои : 10.1016/0093-934x(91)90161-s . ПМИД 1933263 . S2CID 42695527 .
- ^ Ньеманзе, ПК (2004). «Асимметрия скорости мозгового кровотока при обработке изображений лица в состоянии покоя с опущенной головой» (PDF) . Авиационная, космическая и экологическая медицина . 75 (9): 800–5. ПМИД 15460633 .
- ^ Ньеманзе, ПК; Гомес, ЧР; Хоренштейн, С. (1992). «Церебральная латерализация и цветовое восприятие: транскраниальное допплеровское исследование» . Кортекс . 28 (1): 69–75. дои : 10.1016/s0010-9452(13)80166-9 . ПМИД 1572174 .
- ^ Ньеманзе, ПК (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 . дои : 10.1016/j.bandl.2004.06.104 . ПМИД 15721956 . S2CID 12440401 .
- ^ Мирден, А; Кушки, А; Сейдич, Э; Гергерян, AM; Чау, Т (2011). «Интерфейс мозг-компьютер на основе двустороннего транскраниального допплеровского ультразвукового исследования» . ПЛОС ОДИН . 6 (9): e24170–1–8. Бибкод : 2011PLoSO...624170M . дои : 10.1371/journal.pone.0024170 . ПМК 3168473 . ПМИД 21915292 .
- ^ Грей, Х., и Клементе, компакт-диск (1984). Анатомия человеческого тела по Грею. 30-е американское издание. Филадельфия: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс.
- ^ Тул, Дж. Ф. (1990). Цереброваскулярные нарушения. Нью-Йорк: Рэйвен Пресс.
- ^ Макдональд, Д.А. (1974). Кровоток в артериях стр. 311–350. Балтимор: Williams & Wilkins Co.
- ^ Ньеманзе, ПК, Бек, О.Дж., Гомес, Ч.Р., и Хоренштейн, С. (1991). «Фурье-анализ цереброваскулярной системы» . Гладить . 22 (6): 721–726. дои : 10.1161/01.STR.22.6.721 . ПМИД 2057969 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Кэмпбелл, К.Б., Ли, Л.К., Фраш, Х.Ф., и Ноордерграаф, А. (1989). «Места отражения пульса и эффективная длина артериальной системы». Американский журнал физиологии . 256 (6, часть 2): H1684–H1689. дои : 10.1152/ajpheart.1989.256.6.H1684 . ПМИД 2735437 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Питер Блумфилд (1 апреля 2004 г.). Фурье-анализ временных рядов: введение . Вайли-IEEE. ISBN 978-0-471-65399-8 . Проверено 22 октября 2011 г.
- ^ Бригам, EO (1974). Быстрое преобразование Фурье. Нью-Йорк: Прентис-Холл.
- ^ Jump up to: а б с д Ньеманзе, ПК (2007). «Церебральная латерализация для обработки лица: гендерные когнитивные стили, определенные с помощью анализа Фурье средней скорости мозгового кровотока в средних мозговых артериях» (PDF) . Латеральность . 12 (1): 31–49. дои : 10.1080/13576500600886796 . ПМИД 17090448 . S2CID 2964994 .
- ^ Мейндерс, Дж. М.; Корнет, Л; Брэндс, Пи Джей; Хукс, AP (2001). «Оценка локальной скорости пульсовой волны в артериях с использованием двумерных сигналов растяжения». Ультразвуковая визуализация . 23 (4): 199–215. дои : 10.1177/016173460102300401 . ПМИД 12051275 . S2CID 119853231 .
- ^ Канг, HS; Хан, Миннесота; Квон, Би Джей; Квон, ок; Ким, Ш.; Чанг, К.Х. (2005). «Оценка лентикулостриарных артерий с помощью ротационной ангиографии и 3D-реконструкции» . АДЖНР. Американский журнал нейрорадиологии . 26 (2): 306–12. ПМЦ 7974073 . ПМИД 15709128 .
- ^ Ньеманзе ПК, Транскраниальная допплеровская спектроскопия для оценки когнитивных функций мозга. Патент США 20 040 158 155 , 12 августа 2004 г.
- ^ Алехандро М. Брунер, доктор медицинских наук; Пабло М. Лавадос, доктор медицинских наук; Арнольд Хоппе, доктор медицины; Хавьера Лопес, доктор медицины; Марсела Валенсуэла, доктор медицинских наук; Родриго Ривас, доктор медицины (2009). «Точность транскраниальной допплерографии по сравнению с КТ-ангиографией в диагностике артериальных обструкций при остром ишемическом инсульте» (PDF) . Гладить . 40 (6): 2037–2041. дои : 10.1161/СТРОКЕАХА.108.542704 . ПМИД 19359640 . S2CID 51555 . Проверено 2 апреля 2015 г.