- 文献综述(或调研报告):
1、经颅多普勒的发展
1842年,奥地利物理学家克约斯-约翰-多普勒率先发现了多普勒效应这种物理现象,即物体辐射的波长会因为波源和观测者之间的相对运动而发生变化,并且该现象适合于各种波。1918年,超声波被发现,并于50年代开始被逐渐应用于医学领域。1965年日本的科研组采用连续型超声波(Continue Wave ,CW)多普勒技术成功测量了浅表层颈动脉的血流速度,次年拉什莫尔等人成功设计出了脉冲型超声波(Pulse Wave,PW)多普勒诊断设备,当时所使用的超声探头发射功率多为5-10MHz,但由于成年人颅骨较为致密且超声波衰减现象严重,因此多用于儿童检测。
1982年,挪威神经外科学家R.Aaslid教授等人首创使用了经颅多普勒超声测量技术,他们采用的超声脉冲波发射频率较低(1-2MHz),并且使超声波束透过颅骨较薄的部位(颅骨超声窗)来减少衰减,此外还结合距离选通技术获取特定深度的多普勒频移信息,通过对以上信息计算得到颅内主要动脉血管的血流动力学参数,并根据血流速度分布来推测颅内血流量的变化情况。这为采用无创技术研究脑血流循环和诊断脑血管疾病开辟了新的思路与领域。
1985年,Kasai等人对彩色血流成像系统(Color Flow Imaging,CFI)的设计与信号处理方案进行了详细具体的介绍。该方法将多普勒超声测量技术和超声B型成像技术相互结合,获得被探测部位的结构灰度图与伪彩色处理的流速图相叠加的二维图像。
1988年以后,经颅多普勒开始引入我国,并在脑血管疾病临床诊断中得到了广泛应用。
传统的TCD在探测波种类上主要经历了连续波(CW)和脉冲波(PW)两个发展阶段,这两种测量方式各有其优缺点,适用于不同的功能需求。CW工作方式通过连续发射超声检测波,能够检测超声波束发射方向上的综合信息,并且理论上可检测的最大血流速度值没有上限,但由于探测波源连续不间断地发射,使得接收到的回波信号也是连续的,无法有效区分回波信号中具体的深度信息,因此这一工作模式多适用于检测浅表层动脉和外周血管;PW工作方式是按照一定的脉冲重复频率(Pulse Repletion Frequency,PRF)间断性发射超声检测波,具有距离选通功能,能够探测特定深度的血管信息,但根据采样定理可知脉冲重复频率会限制最大测量血流速度,这种测量方式多适用于检测颅内动脉血管。当前主流的TCD检测装置通常将这两种测量方式相互结合来实现功能更为全面的检查。
早期的TCD受软硬件限制非常大,集成电路技术和计算机技术都不够成熟,硬件层面上电路集成度很低,硬件与电脑之间的连接更多是通过PCI接口实现,使得经颅多普勒测量系统体积大,且拆卸困难;软件层面上计算机内存小、运算速度慢,导致只能显示粗略的灰度波形,无法提供高分辨率的彩色图谱,可检测深度、检测通道数和检测功能都比较单一,能够提供的诊断信息很少,更多的是依赖医生的经验判断。
如上文所述,最初代TCD检测系统为单通道单深度模式,每次只能对某一特定深度的特定血管进行检测。之后才慢慢发展出了双通道TCD,可用于解决与脑循环相关的生理问题,此外还可以将两个探头分别置于双侧颞骨超声窗,同时检查两侧大脑中动脉(MCA)并记录两侧大脑中动脉血流速度分布和血流中的微栓子信号。此后TCD设备能够检测的深度数量不断增加,最新型的TCD可实现双通道4深度或双通道8深度测量。
TCD测量系统主要有两大发展方向:应用的广度和应用的深度。应用的广度体现在功能的多样性,除了实现TCD的基本功能外,还能检测与评估微栓子运动情况、捕捉微栓子运动轨迹、评测颅内压与脑血管内血流速度之间的定量关系、测评帕金森患者的颅内血管,甚至具备增强溶栓药物效果的功能。而应用的深度则体现在测量技术方法的提升,例如矢量标记血流方向、PMD成像技术和三维TCD技术等新概念的提出,以及随着人工智能和机器学习等新兴技术的出现,信号和图像后处理算法得到了迅速提升与革新。
- 经颅多普勒的局限
经颅多普勒能够表征血流回波信号丰富的频率信息,会同时生成声谱图并输出血流声音,声音通道可用于辨别诊断微栓子信号,但传统的经颅多普勒(TCD)也存在着以下两个个问题:
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