基于血流向量測量頸動脈血流量的穩(wěn)定性研究

劉微麗, 吳徐峰, 鄭慶斌, 孟麗君, 馮亞平,姜雪川, 李玉呈, 袁文杰

(1. 揚州大學附屬醫(yī)院 重癥醫(yī)學科, 江蘇 揚州, 225009;2. 江蘇省鹽城市第一人民醫(yī)院 重癥醫(yī)學科, 江蘇 鹽城, 224006)

重型顱腦損傷后繼發(fā)性腦損傷是造成高病死率及高致殘率的關鍵因素，缺血性損傷是其重要機制之一，而腦血流監(jiān)測是臨床治療的重要依據(jù)。目前，腦血流監(jiān)測方法主要包括CT血管造影(CTA)、數(shù)字減影血管造影(DSA)、磁共振血管造影(MRA)、熱擴散血流量測量(TDF)和激光多普勒(LDF)、近紅外光譜(NIRS)等[1]。對于ICU患者而言，每項監(jiān)測技術存在一定局限性，即使有恰當?shù)哪X灌注壓，也無法確保正常的腦血流量，因此床旁腦血流量監(jiān)測成為神經重癥醫(yī)生一直關注的熱點和難點。目前，顱內血管半徑隨著動脈壓的變化而變化，所以超聲檢查難以獲得較準確的顱內血管半徑[2]。文獻[3]報道，基于向量速度計算血流量無需血管角度校正，且可以減少誤差。本研究采用超聲技術并基于血流向量比較多種頸動脈血流量評估方法，尋找其中穩(wěn)定性較好的方法，現(xiàn)報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集40例就診患者(年齡20～60歲)的臨床資料，其中明確有頸動脈粥樣硬化斑塊的6例。根據(jù)是否有斑塊將患者分為斑塊組6例和非斑塊組34例。同時，選取體檢健康志愿者15例，年齡20～40歲。健康者納入標準: ① 測量部位清晰，探頭能與皮膚完全接觸者; ② 無貧血、心律失常、甲亢、糖尿病及高血壓病等可能引起血流動力學變化的疾病，無不良生活習慣，無椎動脈、鎖骨下動脈及頸動脈狹窄病變或粥樣硬化斑塊者; ③ 測量過程中血壓無明顯變化者; ④ 對實驗步驟知曉，同意加入實驗者。患者納入標準: ① 測量部位清晰，無深靜脈置管，探頭能與皮膚完全接觸者; ② 測量前2 h及測量過程中未使用鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛及血管活性藥物者; ③ 血流動力學穩(wěn)定，且測量過程中未發(fā)生引起血壓變化疾病者; ④ 患者或患者家屬對實驗步驟知曉，同意加入實驗。

1.2 儀器與方法

所有受檢者均用8～12 MHz超聲探頭進行檢測，檢測設備為SIEMENS公司生產的ACUSON P500。檢查前受檢者需要移除影響頸部檢查的物品，并平臥于床上，床頭抬高30 °, 安靜休息10 min, 等呼吸及心率相對平穩(wěn)后進行檢測，檢查過程中受檢者保持安靜狀態(tài)。先檢查右側，再檢查左側，檢查一側頸總動脈時囑受檢者頭偏向對側約10°。頸總動脈測量點的選擇: 測量點平環(huán)狀軟骨，且在頸總動脈分段前完成檢測。為了避免偏倚，由5名經過超聲檢查培訓的重癥醫(yī)學科醫(yī)生完成數(shù)據(jù)采集過程，確保數(shù)據(jù)無遺漏。

各種方法的操作步驟及計算血流量的依據(jù)如下。最大血流速度近似法:Vol=Vmax×血管面積(S), 即默認最大血流速度(Vmax)與平均血流速度相等。流速均值近似法:Vol= 0.5×Vmax×S, 即默認最大血流速度(Vmax)的一半與平均血流速度相等。Vmax位于血管中心線，進行血管測量時采用縱軸血管測量血流速度，橫軸血管測血管面積，通過以上公式評估血流量。采用環(huán)形近似法(圖1、圖2)對血管血流速度進行測量時，縱軸血管測血管直徑(D)、垂直血管橫軸測量血管橫截面積(S)(圖1)。探頭傾斜30 °～60 °后(圖3)測量長徑(D1)及a、b、c、d、o共5點的血流速度Va、Vb、Vc、Vd、Vo, 其中D/D1即為超聲波入射角度正弦值sinθ, 通過sinθ可計算出超聲入射角度余弦值cosθ。最終得到血流量計算公式:Vol=S×Vo/(9×cosθ)+1.5×S×Vb/(9×cosθ)+1.5×S×Vc/(9×cosθ)+2.5×S×Va/(9×cosθ)+2.5×S×Vd/(9×cosθ), 記為公式1。

三角函數(shù)單切面測量法: 與三角函數(shù)雙切面測量法相同，但需采用圖3A中探頭2所示的方向，得到圖3C切面圖，測得最大血管內徑，記作D1, 即斜徑; 測量橫徑，記作D2; 采用公式2和公式3計算得出結果。

橫切固定角度測量法: 本研究中使用的超聲檢查的默認測量多普勒角為45°。將三角函數(shù)單切面測量法相同的步驟所測得到的數(shù)據(jù)應用到下面公式中，最大流速近似法:Vol=Vo×S1/Cos 45°, 流速均值近似法:Vol= 0.5×Vo×S1/Cos 45°。

縱切測量法: 先明確頸總動脈位置，后將探頭旋轉至縱切面，顯示出測量時的頸總動脈的長軸圖像，調整聲束通過血管中軸線，調整聲束角度，使其與血流方向平行，再測量血流速度V1,V1為該點3～4個心動周期的平均血流速度，此時的血流量公式如下。最大流速近似法:Vol=V1×S1, 流速均值近似法:Vol=0.5×V1×S1, 見圖4A。

改良環(huán)形近似法: 采用三角函數(shù)單切面測量法相同的操作步驟算出血管橫截面積，記為S1, 然后在D1線上取5個平均點(如圖1), 記作a、b、o、c、d, 將通過脈沖多普勒超聲檢查測量的圖2中各點血流速度記作Va、Vb、Vo,Vc、Vd(Va指測量血管最上方血流,Vo指測量血管中心血流,Vd指測量血管最下方血流,Vb、Vc分別為Va與Vo、Vd與Vo中間血流)。速度均為各點3～4個心動周期的平均血流速度，此時的血流量公式為公式1。整個過程中, 5位重癥醫(yī)學科醫(yī)師檢測部位為同一位置，受檢者血壓無明顯變化, 10 min內完成全部方法的5次測量，見圖4B～4F。

1.3 統(tǒng)計學分析

應用SPSS 25.0軟件對所采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。穩(wěn)定性指標用變異系數(shù)(CV)、百分數(shù)衡量法表示，符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準差表示，采用獨立樣本t檢驗,P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

2.1 三角函數(shù)雙切面測量法與縱切測量法的比較

三角函數(shù)雙切面測量法穩(wěn)定性優(yōu)于縱切測量法，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05), 見表1。

表1 三角函數(shù)雙切面測量法與縱切測量法的比較結果

2.2 三角函數(shù)雙切面測量法與橫切固定角度測量法比較

三角函數(shù)雙切面測量法穩(wěn)定性優(yōu)于橫切固定角度測量法，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05), 見表2。

表2 三角函數(shù)雙切面測量法與橫切固定角度測量法比較結果

2.3 三角函數(shù)單切面測量法與三角函數(shù)雙切面測量法的比較

三角函數(shù)單切面測量法穩(wěn)定性優(yōu)于三角函數(shù)雙切面測量法，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05), 見表3。

表3 三角函數(shù)單切面測量法與三角函數(shù)雙切面測量法的比較結果

2.4 最大血流速度近似法與流速均值近似法的比較

最大血流速度近似法的穩(wěn)定性與流速均值近似法比較，差異無統(tǒng)計學意義(變異系數(shù): 0.201、0.201,P>0.05; 百分數(shù)衡量法: 0.568、0.568,P>0.05)。

2.5 改良環(huán)形近似法與最大血流速度近似法的比較

改良環(huán)形近似法的穩(wěn)定性與最大血流速度近似法比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05), 見表4。但斑塊組分析結果顯示，前者的穩(wěn)定性優(yōu)于后者，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05), 見表5。

表4 改良環(huán)形近似法與最大血流速度近似法的比較結果

表5 斑塊組改良環(huán)形近似法與最大血流速度近似法的比較結果

2.6 改良環(huán)形近似法中速度的分析比較

改良環(huán)形近似法實驗通過對Va、Vb、Vo,Vc、Vd分析發(fā)現(xiàn)，血管中心速度并不全是最大速度，其中有97次最大血流速度是由2個及以上位置測量得出。

3 討 論

1989年，國內首次利用多普勒超聲技術觀察椎動脈的二維超聲顯像與多普勒超聲血流量[4], 從此很多學者開始利用多普勒超聲對頸動脈進行測量，但大多數(shù)文章中提及的頸動脈血流量測量方法為縱切測量法[5-6], 計算方法為流速均值近似法[7], 尚無文獻支持哪種方法更接近于真實血流量或更適用于臨床。此外，先前的測量方法中，不同的操作者行相同的操作得到的結果相差很大，說明測量方法的穩(wěn)定性較差[8]。本研究的橫切固定角度測量法比縱切測量法有更好的穩(wěn)定性，主要原因為血流方向與超聲方向夾角過大。本研究得到的夾角多大于80 °, 因為測量時需要測量者將角度調整至與血流速度完全平行，當夾角大于80 °時，測量誤差相差1 °就可能會造成大于10%的誤差。采用橫切固定角度評估法測量數(shù)據(jù)時，速度的校正角度是固定值。本研究要求操作者以與皮膚45°角為超聲入射方向，并最終以45 °作為超聲與血流方向的夾角進行矯正。當夾角為45 °左右時，每相差5 °就會導致10%的速度誤差。因而，與縱切測量法相比，橫切固定角度測量法是將超聲檢查的默認測量多普勒角為45°作為默認角，可減少因角度誤差造成的測量速度誤差，但仍存在較大誤差。文獻[3]報道，基于向量速度計算血流量可以減少誤差。故本研究為進一步減少誤差，基于向量速度引入三角函數(shù)來計算所需血流量的相關數(shù)據(jù)，并命名為三角函數(shù)單、雙切面測量法。本研究結果表明，三角函數(shù)單切面測量法穩(wěn)定性優(yōu)于三角函數(shù)雙切面測量法，原因可能為三角函數(shù)雙切面測量法需要在超聲顯示的2個圖像上測量血管內徑，但實驗發(fā)現(xiàn)，脈搏周期血管內徑會發(fā)生一定變化，不同血壓條件下血管半徑不同，不同時點、不同切面測量直徑和斜徑會導致θ測量誤差較大。對于三角函數(shù)單切面測量法而言，動脈接近正圓，通過斜切血管得到的橢圓橫徑可視作血管直徑D, 這樣在一個切面上測量D1及D2可保證在同點上獲取θ的相關信息。

采用血流速度計算血流量的常用方法之一是假設法[9], 假設理想狀態(tài)下血流以層流分布，流速呈拋物線分布，最大流速位于血管中心線。本研究中的最大流速近似法和流速均值近似法計算得到的血流量分別為(531.70±176.89) mL/min和(265.85±88.45) mL/min, 血流量穩(wěn)定性較差，與研究[6-7]得出的測量結果相似，主要原因是頸總動脈血流因血管走行、血管管徑的變化及血液黏滯度等問題，在臨床上其血流量檢測較體外模擬實驗更復雜[10]。此外，最大流速不一定全部位于血管中心線，本研究發(fā)現(xiàn)，血流速度位于血中心線的占比為44%, 可能也是測量結果不穩(wěn)定的因素之一。另外一種方法計算血流量的常用方法是環(huán)形近似法，其主要從血管平面取點，測量出各個點的瞬時流速，再測量每個點的橫截面積，將所有點的血流量相加得到總血管血流量，并且取點數(shù)量越多，測得的血流量越穩(wěn)定?？紤]到取樣框的取樣范圍，本研究將所得截面直徑以截面圓點為中點，分為6等份(圖1)，并將直徑的1/6作為取樣框的大小。對于血管條件良好且無明顯頸動脈斑塊的患者而言，血管內的血流主要為層流，改良環(huán)形近似法無明顯優(yōu)勢(P>0.05), 反而增大了測量難度; 對于存在動脈斑塊的患者而言，改良環(huán)形近似法則可顯著提高血流量測量的穩(wěn)定性，原因可能是血管斑塊導致血流為非層流，血流方向可能與管壁不平行，可能會出現(xiàn)渦流、返流和二次流等復雜流動形態(tài)[11]。

本研究還存在許多不足之處: 只分析了血流速度及血流量測量的穩(wěn)定性，缺少與真實血流量的比較; 樣本量較小，需進一步擴大樣本量，減少誤差; 在改良環(huán)形近似法的比較中，因缺乏軟件未與環(huán)形近似法進行比較; 在三角函數(shù)單雙切面測量法中，運用沿橢圓形長軸5個等分點測得血流速度，然后運用三角函數(shù)得到垂直血管平面5個點的血流速度，其與真實平面5個點的測量速度可能并不相等。

綜上所述，三角函數(shù)單切面測量法可測得較為穩(wěn)定的血流速度，對于頸動脈斑塊患者，改良環(huán)形近似法可獲得較穩(wěn)定的血流量，但評估穩(wěn)定性有待進一步提高。