Транскраниальная допплерография в ИТ 20.08 Алашеев

Рис. 1. Влияние угла α на значение скорости кровотока

Транскраниальная допплерография в интенсивной терапии.

Физика метода

Эффект Допплера.

Эффект Допплера – это изменение (допплеровский сдвиг) исходной

частоты ультразвуковой волны при ее отражении от двигающихся объектов. В крови такими объектами являются эритроциты, так как их в 1000 раз больше

остальных форменных элементов. Течение других жидких сред организма (ликвор, лимфа) значимого эффекта Допплера не имеют, поэтому допплерографически они не видны.

Допплеровский сдвиг.

Формула расчета допплеровского сдвига [5]:

Fd = Fo 2V cosα , где Fd – допплеровский сдвиг, Fo – исходная частота, V –

C

скорость эритроцитов, С – скорость распространения ультразвука в тканях, α - угол между продольными осями датчика и сосуда.

Сдвиг частот прямо пропорционален скорости эритроцитов и косинусу угла между продольными осями датчика и сосуда. Метод позволяет оценивать

линейную (см/с), но не объемную (л/м2) скорость кровотока. Угол α нельзя измерить, его можно лишь предположить. Скорость распространения ультразвука в тканях примерно 1540 м/с. Исходной частотой для ТКДГ является 2 МГц.

Влияние угла α на получаемые данные:

−отсутствуют, если датчик перпендикулярен сосуду (α=90О);

−без искажения, если ось датчика лежит на одной линии с осью сосуда (α=0О

или α=180О);

−необходимо помнить, что при углах α менее 25О или более 155О (так

называемые критические углы) ультразвук может не проходить между стенкой сосуда и кровью, а полностью отражается от этой границы.

Наш слух воспринимает звуки с частотой от 20 Гц до 20 кГц, куда входит диапазон допплеровского сдвига, что делает его слышимым в современных

ультразвуковых приборах. Необходимо различать шум движения крови по

сосудам и шум частотного сдвига – это разные явления. Во время исследования желательно слушать допплеровский сдвиг, так как ухо является тонким анализатором спектра частот.

Направление движения крови, то

есть знак частотного сдвига зависит от угла

α (Рис. 1). При α<90О, cos α>0, V>0, кровь движется к датчику. При α>90О, cos α<0, V<0, кровь движется от датчика.

Непрерывноволновой и импульсноволновой допплер.

Непрерывноволновой допплер (CW) используется для ТКДГ в специальных случаях, так как не имеет возможности регулировать глубину инсонации. Этого

недостатка лишен импульсноволновой режим (PW). Посылая пакеты импульсов

различными интервалами и длительностью, можно получать сигналы с произвольной глубины (depth) и заданного контрольного объема (sample). Все

допплеровские сдвиги, попадающие в контрольный объем, будут восприниматься

прибором как от одного источника.

11

Алашеев А.М., Инюшкин С.Н., Белкин А.А.

Для импульсноволнового допплера, особенно для ТКДГ, существует проблема однозначного измерения глубины и скорости кровотока (aliasing-

эффект). Физическое объяснение этого явления достаточно сложно. Суть его в том, что по мере увеличения глубины инсонации уменьшается диапазон (шкала)

воспринимаемых прибором скоростей. Это необходимо, чтобы сигналы с разных глубин не накладывались друг на друга, создавая ложное усиление кровотока. Проявляется aliasing-эффект в виде появления высоких скоростей кровотока на

фоне исходных, как бы от двух сосудов. Он исчезает после уменьшения глубины и шкалы, что отличает его от истинного сигнала от двух близко расположенных

сосудов. В последнем случае нужно уменьшить контрольный объем.

Препятствия для ультразвука и ультразвуковые окна.

	Ультразвук обладает всеми свойствами волны. Для
	его распространения необходима упругая среда. Сигнал
	не проходит через воздух, например при пневмоцефалии
	или подкожной эмфиземе. Для ликвидации воздушной
	прослойки между датчиком и кожей пациента необходимо
	нанести проводящий ультразвук гель.
	Кости черепа создают большое сопротивление
	ультразвуку.	Исключение составляет темпоральное
	(височное) окно - участки чешуи височной кости с
	пониженной плотностью костной ткани (Рис. 2).					Через
	него можно исследовать все артерии вилизиева круга как
Рис. 2. Ультразвуковые	своей, так и противоположной стороны, кроме
окна.	контралатеральной ПМА. Остальные магистральные
1 – височное,	сосуды мозга доступны через естественные отверстия
2 – глазничное,	черепа: затылочное		отверстие	–	субокципитальное
3 – субокципитальное.	(основная	артерия),	глазница	–	глазничное	окно

(глазничная артерия).

Патологические окна (после перелома или трепанации) не имеют преимущества перед естественными.

Непроницаемость окон.

С возрастом ультразвуковая проницаемость чешуи височной кости снижается. Абсолютная непроницаемость – отсутствие на максимальной

мощности прибора сигнала от интракраниальных сосудов с двух сторон при

сохранности кровотока по экстракраниальным артериям. Встречается менее чем в

1% случаев. Чаще встречается относительная непроницаемость в виде

слабого, нехарактерного для магистральных артерий, невозможного для интерпретации сигнала, чаще только с одной стороны.

Помня о критических углах α, многократно изменяйте точку локации и угол наклона датчика.

Наиболее часто затруднения локации интракраниальных сосудов

встречаются у женщин старше 70 лет с массивным черепом.

Ложная непроницаемость окон.

Прекращение церебрального кровотока.

Отсутствие сигнала от интракраниальных артерий возможно при превышении ВЧД систолического АД. Отсутствие ретроградного потока в диастолу по ВСА или ОА ставит под сомнение корректность темпоральной локации.

12

Транскраниальная допплерография в интенсивной терапии.

Повторите обследование после следующих действий:

1.Подъем головного конца на 30О.

2.Поддержка среднего АД на уровне 90 – 110 мм.рт.ст.

3.Медикаментозное снижение ВЧД.

В сомнительных случаях требуется исключение прекращения мозгового кровообращения другими методами.

Пневмоцефалия.

Отсутствие сигнала возможно у больных после краниотомии в раннем

послеоперационном периоде при повороте головы от стороны локации, чаще на стороне вмешательства.

Повторите обследование после возвращения головы в срединное

положение, или чуть наклоните к обследуемой стороне.

Подкожная эмфизема.

Подкожная эмфизема – скопление воздуха в подкожно-жировой клетчатке. Встречается у больных с трахеостомой. Эмфизему необходимо заподозрить,

когда не лоцируются СМА и ВСА с двух сторон. Обычно определяется крепитация (хруст) подкожно-жировой клетчатки.

Нет быстрого способа преодолеть это препятствие.

Резюме.

Допплеровский сдвиг отражает линейную скорость движения эритроцитов.

Скорость измеряется наиболее точно, если ось датчика лежит почти на одной линии с осью сосуда. Для ТКДГ используется импульсноволновой режим с частотой 2 МГц. Существует проблема однозначного измерения глубины и скорости кровотока (aliasing-эффект). Ультразвук – волна, ему необходима

безвоздушная проводящая среда без существенных преград (наличие

ультразвуковых окон). Непроницаемость височных окон – основная физическая проблема. Ее следует дифференцировать от прекращения мозгового кровотока, пневмоцефалии и подкожной эмфиземы.

13

Алашеев А.М., Инюшкин С.Н., Белкин А.А.

Основы гемодинамики

Закон Пуазеля.

Закон Пуазеля [4] определяет условия течения вязкой жидкости через

жесткие трубы постоянного диаметра.

	∆P =	8ηLV	илиV =	∆P ×πR4	, где ∆P – падение давления, V – скорость, R –
		πR4		8ηL

радиус, L – длина, η – вязкость.

Хотя этот закон нельзя использовать для анализа процессов, протекающих в сосудистой системе, его можно применять для понимания качественных

закономерностей.

Скорость кровотока прямо пропорциональна градиенту давления, радиусу

сосуда в четвертой степени, обратно пропорциональна вязкости крови и длине пути эритроцита от сердца до изучаемого сегмента.

Сердечный цикл.

Движение крови по сосудам возникает вследствие изменения

артериального давления за время сердечного цикла. Механическая работа сердца преобразуется в кинетическую энергию крови, которая тратится на преодоление сосудистого сопротивления и теплоту. Изменение артериального

давления в течение сердечного цикла – один из ключевых моментов ускорения

кровотока и формирования пульсограммы (Рис. 3).

Сокращение желудочков приводит к нарастанию давления в них и, превышая артериальное, кровь изгоняется в аорту. Этот

преходящий скачок градиента давления вызывает

быстрое ускорение вытекающей крови, приводящее к пику скорости кровотока в начале систолы. Внутрижелудочковое и артериальное давление, достигая наивысшего уровня, начинает снижаться

со скоростью, зависящей от интенсивности оттока

крови из артериальной системы в капиллярную. Начало расслабления желудочков сопровождается быстрым падением внутрижелудочкового давления ниже артериального. При этом полулунные клапаны

быстро захлопываются, и удар столба крови о них

вызывает на кривой артериального пульса

дикротический подъем.

Пульсограмма – изменение параметров

кровотока в течение сердечного цикла имеет восходящую часть (анакроту), нисходящую часть (катакроту) с углублением (инцизурой) перед вторым подъемом (дикротическим зубцом). Допплерограмма

(частный случай пульсограммы) имеет все эти составляющие, которые изменяются при нарушении системной гемодинамики.

Среднее артериальное давление.

Среднее артериальное давление (САД) – это давление, при котором поддерживался бы равномерный (без пульсации) поток крови того же объема, что

и при обычном, пульсирующем кровотоке за время сердечного цикла. САД

14

Транскраниальная допплерография в интенсивной терапии.

является важным показателем системной гемодинамики. Оно необходимо для расчета перфузионного давления.

	Истинное			САД
	вычисляется			путем
	интегрирования			кривой
	артериального		давления.
	Рассчитывать	САД		через
	арифметическое		среднее
	АДс и АДд неправильно, так
	как колебание давления за
	сердечный цикл		не	имеет
	вид	симметричной
	синусоиды.			После
Рис. 4. Расчет среднего артериального давления.	вычисления		площади
	фигуры под		огибающей
	нескольких		сердечных

циклов, необходимо найти высоту прямоугольника той же площади с длиной,

равной продолжительности взятых в расчет циклов (Рис. 4). Приближенно

	САД =	АДс ×Тс + АДд × АДд			,	где Т –		время. На практике используют формула
		Тс	+Тд
	Хикема: САД =		АДп	+ АДд ,		где АДп		– пульсовое артериальное давление. Она
			3
							АДс +2АДд
	также известна в виде САД					=			.
						3

Прикроватные неинвазивные мониторы артериального давления рассчитывают САД осциллографическим методом. Давление в пневматической манжете совпадает со средним, когда амплитуда пульсации плечевой артерии максимальна.

Распределение скоростей кровотока в сечении сосуда.

Существует два режима течения жидкостей. Течение называется ламинарным (слоистым), если вдоль потока каждый выделенный тонкий слой скользит относительно

соседних, не перемешиваясь с ними, и турбулентным

(вихревым), если вдоль потока происходит интенсивное вихреобразование и перемешивание жидкости.

Ламинарное течение жидкости наблюдается при Рис. 5. Ламинарный небольших скоростях ее движения (Рис. 5). внешний слой кровоток. крови, примыкающий к поверхности сосуда, в котором она течет, из-за сил молекулярного сцепления прилипает к ней

и остается неподвижным. Скорости последующих слоев тем больше, чем больше их расстояние до поверхности артерии. Наибольшей скоростью обладает слой,

движущийся вдоль оси сосуда.

При турбулентном течении частицы крови приобретают составляющие скоростей, перпендикулярные течению, поэтому они могут переходить из одного

слоя в другой. Скорость частиц крови быстро возрастает по мере удаления от поверхности сосуда, затем изменяется довольно незначительно. Так как они переходят из одного слоя в другой, то их скорости в различных слоях мало

отличаются.

15

Алашеев А.М., Инюшкин С.Н., Белкин А.А.

Характер течения крови зависит от безразмерной величины, называемой

числом Рейнольдса. Re = ρηVd , где V – средняя по сечению сосуда скорость

крови, ρ – ее плотность, η – ее вязкость, d – диаметр сосуда. В норме течение

крови по артериям мозга ламинарное (Re<1000).

Чем больше эритроцитов течет с определенной скоростью, тем выше для

них суммарный эхо-сигнал. Распределение амплитуд эхо-сигналов различных скоростей называется спектром. На допплерограмме цвет (для монохромных мониторов - яркость) каждой точки пропорционален количеству эритроцитов,

имеющих соответствующую скорость. При разных состояниях кровотока в сосуде спектр может быть расширен или сужен. При турбулентном течении часть

эритроцитов в завихрениях приобретает направление противоположное основному току крови. В таком случае на допплерограмме появляются признаки ретроградного низкоскоростного кровотока.

Уравнение неразрывности струи.

Объемы несжимаемой жидкости, протекающие через различные сечения сосуда за единицу времени, равны. То есть, где просвет уже, там кровь

вынуждена течь быстрее, а где шире – медленнее. Вспомните, что скорость струи из шприца значительно превышает скорость поршня, который мы передвигаем.

Математически это уравнение выглядит так: S1V1= S2V2 или V1/V2=S2/S1, где S – площадь сечения сосуда, V – скорость течения жидкости. Кровь не является несжимаемой жидкостью, но по соотношению скоростей кровотока в СМА и ВСА можно приближенно судить о соотношении их диаметров.

Особенности церебральной гемодинамики.

Церебральное перфузионное давление.

Перфузия мозга определяется церебральным перфузионным давлением (ЦПД), то есть разностью между артериальным давлением, приносящим кровь, и венозным давлением, благодаря которому кровь оттекает от мозга. Давление в

церебральных венах примерно равно внутричерепному давлению. Формула

расчета: ЦПД =САД −ВЧД . Нормоперфузия обеспечивается в диапазоне ЦПД от

60 до 100 мм.рт.ст.

Ауторегуляция мозгового кровообращения.

В норме уровень мозгового кровотока относительно постоянен независимо

от системного артериального давления до тех пор, пока САД остается в

интервале между 60 – 160 мм.рт.ст. Способность поддерживать постоянство

мозгового кровотока обеспечивается феноменом ауторегуляции.

Резюме.

Скорость кровотока неодинаковая внутри сосуда и в наибольшей степени

зависит от радиуса артерии. Изменение артериального давления в течение сердечного цикла лежит в основе формирования допплерограммы. Среднее артериальное давление необходимо для расчета церебрального перфузионного

давления. Прикроватные неинвазивные мониторы артериального давления рассчитывают САД осциллографическим методом, что точнее формулы Хикема.

16

Транскраниальная допплерография в интенсивной терапии.

Артерии мозга

Для выполнения допплерографического исследования необходимо знать

анатомию церебральных сосудов [3], особенно:

−проекции магистральных артерий головного мозга на естественные отверстие

черепа или на проницаемые для ультразвука участки костей черепа;

−глубину залегания артерий;

−варианты строения вилизиевого круга.

Рис. 6. Анатомия сосудов основания головного мозга. Вид снизу.

1 – передняя, соединительная артерия

2– передняя мозговая артерия,

3– средняя мозговая артерия,

4– задняя соединительная артерия,

5– задняя мозговая артерия,

6– верхняя мозжечковая артерия,

7– основная (базилярная) артерия,

8– позвоночная артерия,

9– нижняя мозжечковая артерия.

Каротидная система.

Внутренняя сонная артерия.

Ветвь общей сонной артерии (ОСА) после ее бифуркации обычно на уровне щитовидного хряща. ВСА доступна локации за углом нижней челюсти, где находится позади и латеральнее наружной сонной артерии (НСА) на глубине 40 – 60 мм. Средний диаметр артерии 8 – 10 см. В полость черепа ВСА проникает

через сонный канал, где она недоступна локации. Пройдя канал, артерия выходит

в кавернозный синус, где образует сифон (два поворота под прямым углом: сначала вперед, затем вверх и несколько кзади) доступный локации через глазничное окно. Интракраниальный участок ВСА от прободения твердой мозговой оболочки до разделения на СМА и ПМА доступен локации через височное окно на глубине 65 – 70 мм. Он участвует в образовании вилизиевого

круга.

Глазничная артерия.

Отходит сразу же после прохождения ВСА твердой мозговой оболочки и, располагаясь под зрительным нервом, вместе с ним уходит в глазницу.

Исследуется через глазничное окно на глубине 35-50мм. В норме кровоток по ней

направлен из черепа. Ветви ГА анастомозируют с ветвями лицевой артерии из

бассейна НСА. Этот факт объясняет ретроградный кровоток по ГА и ее ветвям, в частности по надблоковой артерии, при окклюзии ВСА.

Задняя соединительная артерия.

Отходит от ВСА, направляясь кзади, соединяется с задней мозговой

артерией (ЗМА), ветвью основной артерии (ОА). Обычно не лоцируется. Ее

17

Алашеев А.М., Инюшкин С.Н., Белкин А.А.

наличие определяется косвенно по реакции ЗМА на компрессию ОСА. ЗСоА участвует в образовании вилизиевого круга.

Передняя мозговая артерия.

Редко может быть самой крупной ветвью ВСА. Отходит несколько выше ГА. Направляется вперед и медиально. Сближается с одноименной артерией противоположной стороны и соединяется с ней короткой непарной передней

соединительной артерией (ПСоА). Сегмент А1 (от ВСА до ПСоА) доступен локации через височное окно на глубине 60-70мм. Затем артерия ложится в

борозду мозолистого тела (сегмент А2), где уже недоступна исследованию. ПМА и ПСоА участвуют в образовании вилизиевого круга.

Средняя мозговая артерия.

Является самой крупной ветвью ВСА (Рис. 6). Диаметр артерии 3 – 5 мм.

Клиновидная часть (сегмент М1) прилежит к крылу клиновидной кости. Ход артерии здесь почти перпендикулярен чешуе височной кости. Лоцируется этот сегмент из височного окна на глубине 40 – 60 мм. Далее артерия обычно

разделяется на две или более ветви (сегмент М2), которые доступны исследованию, пока не поднимутся кверху, вступая в латеральную борозду

полушария.

Низкая вариабельность расположения, меньшая глубина и угол инсонации

СМА относительно других артерий делают ее наиболее удобной для мониторинга в ОРИТ.

Вертебрально-базилярная система.

Позвоночная артерия.

Ветвь подключичной артерии. Проходит через отверстия поперечных

отростков VI – II шейных позвонков. Огибая атлант, вступает в полость черепа через большое затылочное отверстие. Позади моста головного мозга соединяется с позвоночной артерией противоположной стороны, образуя основную артерию. В силу своей вариабельности и технической сложности исследования для скрининга

в ОРИТ не используется.

Основная (базилярная) артерия.

Этот непарный сосуд располагается в базилярной борозде продолговатого мозга. Доступна локации из субокципитального окна на глубине 80-100мм. На

уровне переднего края варолиевого моста обычно делится на правую и левую

задние мозговые артерии.

Задняя мозговая артерия.

Огибая ножку мозга, направляется кзади, вверх и латерально. Сегмент Р1 от (бифуркации ОА до ЗСоА) доступен инсонации из височного окна на глубине 70

– 75 мм.

Вилизиев круг.

Артериальный круг основания головного мозга (вилизиев круг) – основной анастомоз сосудов головного мозга (Рис. 7). Он необходим для быстрого

коллатерального кровообращения при окклюзии или

компрессии магистральных артерий головного мозга.

В его образовании участвуют правая и левая ЗМА, замыкающие артериальный круг сзади. ЗМА с ВСА на

каждой стороне соединяются ЗСоА. Передняя часть Рис. 7. Вилизиев круг.

18

Транскраниальная допплерография в интенсивной терапии.

круга замыкается ПСоА, расположенная между правой и левой ПМА, отходящие соответственно от правой и левой ВСА.

Известен 21 вариант строения вилизиевого круга [1]. В это число входят особенности строения ПМА, ПСоА, ЗСоА. Гипоплазия передней части – 13%,

задней – 32%, обеих частей – 36%. Таким образом, аномалия встречается в 81%. Отхождение ЗМА от ВСА встречается в 30% случаев аномалий заднего отдела круга.

Резюме.

Выполняя допплерографическое исследование, необходимо представлять стереометрию артерий основания мозга. Вариант строения вилизиевого круга

определяет способ компенсации коллатерального кровотока при окклюзии или компрессии любой сонной артерии. Вариабельность анатомии сосудов в отсутствии непосредственной их визуализации в некоторых случаях создает

затруднения однозначной идентификации инсонируемой артерии. Ряд анатомических особенностей делают среднюю мозговую артерию наиболее

удобной для мониторинга интракраниальной гемодинамики.

19

Алашеев А.М., Инюшкин С.Н., Белкин А.А.

Техника метода

Допплерографическое исследование – это оценка состояния церебральной

гемодинамики последовательной локацией, идентификацией, интерпретацией необходимого количества сосудов с проведением функциональных проб.

В зависимости от задачи можно лоцировать от 1 до 14 артерий. Для мониторинга достаточно знание техники инсонации СМА, ВСА, ОА и выполнения каротидного компрессионного теста. Из интракраниальных артерий наиболее

подходит СМА, потому что:

−легче других находится при исследовании;

−угол локации слабо зависит от строения черепа и приближается к 25О, что повышает точность исследования;

−СМА, как продолжение ВСА, имеет наибольший бассейн кровоснабжения мозга;

−большинство сосудистых катастроф происходит в зоне кровоснабжения СМА;

−каротидный компрессионный тест проводится при локации СМА. Прецеребральная гемодинамика исследуется по ВСА. Вертебрально-

базилярный бассейн оценивается по ОА.

Общие рекомендации.

Так как исследование одному больному проводится в динамике

многократно и разными специалистами, то для исключения влияния ряда факторов таких, как дополнительное изменение артериального и ликворного давления, необходимо использовать стандартное положение больного. Пациент лежит неподвижно, на спине, без подушки, голова повернута прямо, глаза

закрыты. При необходимости и по возможности попросите применить седативные

препараты, чтобы уменьшить беспокойство больного. Датчик держите удобно. Не давите на него, а лишь прижимайте к коже.

Исследование СМА.

Место локации, глубина и направление.

Височное окно ограничено (Рис. 8):

	− сверху линией, соединяющей наружный				край брови и
	−	верхний край ушной раковины;
		снизу скуловой дугой;
	− спереди наружным краем орбиты;
	−	сзади ушной раковиной
		Повязка,	послеоперационный	шов,	воспаление,
Рис. 8. Височное	гематома в месте локации затрудняют исследование. Повязку
	необходимо сместить. Помещать датчик на линию шва можно
окно.	через сутки от		момента его наложения. Наносить гель на

поврежденную кожу (ожег, рана) и дополнительно травмировать ее датчиком

разрешается только в том случае, если Вы уверены, что значимость результатов обследования превышает риск развития местных осложнений.

М1 сегмент СМА находится на 50 – 60 мм от виска.

Исходя из проекции СМА на кости черепа, целесообразно направлять

датчик в точку пересечения трех взаимно перпендикулярных плоскостей:

−горизонтальной через верхний край глазницы;

−сагиттальной через середину глазницы;

−фронтальной через середину скуловой дуги.

20