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胡汉华教授说:TCD除了常规检查,还可以做很多

发布日期【2019-07-09】 已浏览【】次

TCD的应用领域之脑血流自动调节研究

韩珂、胡汉华

脑血流自动调节:从理论到临床转化及检查流程的标准化 》

中国卒中杂志2019年3月第14卷第3期

【节选】自发的动态脑血流自动调节标准化方案的探讨


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摘要

针对诸多的CA的检查方法,对应的CA的分析方法也诸多,但至今无公认的金标准。CA的概念代表了BP(刺激或输入信号)和CBF(反应或输出信号)之间的动态关系,假设CA被简化为一个线性控制系统,由于临床广泛采用的检查方法是自发动态的CBFV与BP波动法,那么基于BP自发波动的TFA是目前研究中常用的分析方法。其理论基础是TFA可获取频率依赖的增益和相位评估,而且还能根据一致性函数评估这些数据的可靠性,所以《传递函数分析dCA:源于国际CA研究网络的白皮书》推荐了TFA的参数和设置,旨在完善和标准化dCA,使检测结果更稳定、更可靠。本团队自1998年首次发表应用频域方法分析自发dCA的研究以来,在临床研究中积累了关于仪器设备的选择、操作步骤、检查参数、报告内容及临床解读的丰富的实践经验



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仪器设备

以TFA分析方法为例,临床应用中的常规配置:①TCD仪。是无创的检查设备。配备2.0/1.6 MHz监护探头及监护头架,或者选配4.0/8.0 MHz探头及其配套的监护头架(目前深圳市德力凯医疗设备股份有限公司可定制)。需要配备实时的血流监护软件。

无创性连续逐波血压监测仪。此仪器是无创的检查设备。配备手指动脉容积夹(即指套,此为消耗品),容积夹按照尺寸分大、中、小规格,分别匹配不同粗细的手指。配备校正血压用的袖带血压。

③呼气末CO2分析仪(或模块)。此仪器是无创的检查设备。常采用红外线法或者质谱仪法测定呼气末CO2。配备规格相同的鼻导管(一次性的消耗品)。④连续心电监测仪。此仪器是无创的检查设备。选配。目前大多数仪器通过CBFV的波形可以间接算出心率,但一些专业软件需要配备连续心电监测。⑤数据整合设备。选配。是整合以上多个数据达到同步输入、输出的设备(如多功能数据采集卡)。⑥选配其他设备。根据临床研究的需要,监测参数不同,选择有创或者无创的检查设备,如近红外光谱仪(near-infrared spectroscopy,NIRS),用于无创测量局部脑氧饱和度;脑组织血氧监测仪,用于无创测量局部组织氧分压;脑血氧和血流监测一体机,属新型设备,是以色列Ornim医疗有限公司的CerOx(将近红外与局部低功率超声结合,配无创探头);颅内压监测仪,配颅内导管,用于有创测量颅内压;脑血流和无创连续血压监测一体机,是新型设备,深圳市德力凯医疗设备股份有限公司的EMS-9D Pro(实现了脑血流及无创连续逐波血压监测的同输入输出,配无创自动监护探头、压力感应指套等)。⑦专业分析软件。包括离线分析和在线即时分析软件。



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操作步骤

①对检测环境及受试者的一般要求。检测需要在有空调的环境中,理想温度是22~24 ℃。如果检测静息状态下自发的CA(基线)尽量避免干扰,如视觉或者听觉刺激(包括人员进出的干扰)。由于昼夜节律的变化,推荐在相似的时间段检测,以保证可重复性。受试者检查前至少4 h避免饮用含咖啡因的饮料、巧克力和难消化食物,还须在检查前至少12 h避免运动和摄入酒精。保健品和各种药物也能影响分析结果(如TFA),需要根据实验目的酌情考虑。受试者应休息15 min(确保血压、心率和心搏量稳定)后,取仰卧位(需同时记录头的位置)或者坐位(需双下肢不交叉)检测。
②选择脑血流速度信号。记录MCA血流速度之前,先戴监护头架,固定好探头,将TCD机器调为双通道单深度模式,监测双侧MCA,深度分别为50~65 mm,取样容积10~15 mm
3,增益的调整以血流速度频谱的包络线平滑,无毛刺样改变为宜(在临床工作中发现,DWLTCD机器增益调整为38或者52时,其频谱包络的平滑效果最佳;而德力凯TCD机器对增益无特殊要求)。双侧颞窗穿透不良者,可尝试监测双侧PCA,深度分别为6 0~70 m m,取样 容积10~15 mm3,鉴于CA评估对脑血流速度包络线平滑度的要求比较高,在MCA获取失败的条件下,PCA的失败率也较高。本团队尝试应用4~8 MHz探头及头架(自行研制)监测双侧ICA颅外段评估CA,与同侧MCA比较,也是一个有效的选择,尽管ICA和MCA的调节结果存在差异

选择血压信号。记录连续逐波血压之前,需要高度校准器对戴指套侧的手指与心脏的高度差进行校准,避免手的位置的高低对准确性的影响。需要同时用袖带血压校正逐波血压的准确性。后期的数据分析需要保持血压信号的连续性,故建议校正完成后,关闭血压的自动校正功能。

④选择呼气末CO2信号。记录CO2波形之前,先将鼻导管的鼻子端放到鼻孔下边,另一端的采样管经过滤器连接到CO2仪器的进气口。CO2波形的高度代表CO2浓度。由于吸气中无CO2,呼气中出现CO2,正常情况下,吸气期间CO2波形是逐渐下降,呼气期间逐渐上升。波形出现的频率是呼吸频率。监测CO2信号,用于判断自主呼吸,以便调整呼吸维持稳定,避免过度通气或者通气不足。因CO2会显著影响CBF,故应记录和重视任何明显的PaCO2波动(如>1 mm Hg)。
⑤调试不同设备的信号使之同步化。是否同步化对CA参数的差异性很大(尤其对相位的干扰),所以要特别注意不同设备的信号是否存在延迟输出的问题。
⑥记录时间。因TFA分析要求至少是连续5 min的BP和CBFV数据,所以至少连续监测5 min,要求是在生理条件稳定,BP和CBFV的自发波动不间断的数据。由于Finapres的BP设备存在“physiocals”功能,会造成BP缺失的短片段,建议BP校正后关掉该功能,从而避免影响数据分析。
实践中,鉴于临床采集数据的可用性,建议连续监测10 min。本团队比较了5 min和10 min的数据分析结果,虽然两者的有效性是一致的,但考虑到多中心的可比性,建议还是标准化分析5 min数据。
3 参数的预设

 仅以TFA分析方法为例,该参数预设为TFA分析前的数据准备。
①采样频率。推荐BP和CBFV连续信号进行模拟
-数字转换时最小采样频率为50 Hz(即≥50 Hz)。实践中,考虑到设备及数据存储的可行性,通常推荐设置较Nyquist频率高4~5倍。
②数据的格式。BP和CBFV信号的记录采用2种格式,原始波形和(每搏心跳时的)平均BP和平均CBFV。2种格式的相关性很好,但相比较而言,原始波形更易被伪迹等干扰所影响,故推荐采用每搏心跳数据,即将BP舒张值的时间作为每个心动周期的起点、终点,根据波形曲线下面积计算每个心动周期的平均BP和CBFV。
③检查数据是否可用。分析BP和CBFV数据之前,首先检查信号是否存在伪迹,如伪迹连续存在超过3个心动周期,可以由线性插值插补,不会影响分析结果。如果伪迹等干扰持续时间过长则应删除该段数据。但关于通过线性插值的插补而删除的异位搏动的最大个数,一般认为0.03~0.07 Hz频率范围插补的缺失<10 s不会影响分析结果,而0.07~0.5 Hz频率范围每50 s内缺失达5 s,则分析结果不可靠,该数据应弃之。
④缺失数据的处理。通常采用插值法,包括线性插值和仿样插值,推荐采用仿样插值(即三阶多项式)。
⑤为了推进标准化,推荐如下设置,最小的再采样频率4 Hz,去趋势(无),正态化(无),滤波(无),防漏窗(Hanning取样窗),窗长(≥100 s),窗的叠加度(50%),平滑化[用系数为(1/4,1/2,1/4)三角形平均窗],一致性临界值(95%CI,基于自由度或者Monte Carlo模拟)。
备注:关于设置④~⑤建议感兴趣者查阅英文原文或中文译文

⑥参数单位的选择。一致性函数无单位。相位的单位用角度(α
0)或者弧度(αrad),两者可以直接换算[公式α0=(αrad/π)×180]。增益的单位用绝对值(cm·s-1·mm Hg-1)或百分比

(%·mm Hg-1)。

4 报告 以TFA分析方法的结果为例。

4.1 报告内容 需要描述特定频带范围内的一致性、增益、相位的均值。具体包括3部分:①频率的范围。频率的范围为0.02~0.5 Hz,最常用的频带分段如下:极低频0.02~0.07 Hz,低频0.07~0.2 Hz,高频0.2~0.5 Hz。②每个频率范围内的参数。包括一致性、增益、相位(即时间差)。③对应参数的平均值及标准差。报告内容是低、中、高频段分别对应的一致性、增益、相位的均值和标准差。
备注:如果可能,还需要提供每个频段内BP和CBFV的功率谱密度,以及BP和CBFV的均值和自身的变异度。由于低于0.02 Hz频率的BP和CBFV的相位和增益不可信,所以频率的下限为0.02 Hz。如果数据的频谱分辨率高且数据长超过5 min,可以尝试分析频率低于0.02 Hz(如0.008 Hz)的数据,但需附加说明。相关细节。
4.2 报告解读 结合了近年临床研究的实践。
参考值:一致性(极低频:0.51;低频:0.62;高频:0.57);增益(单位:cm·s
-1·mm Hg-1,极低频:0.68,低频:0.96,高频:1.20);相位(单位:角度,极低频:53.0,低频:25.4,高频9.38)(备注:考虑到白皮书中的数据未统一标准校正,故此参考值中的相位值偏低。)一致性,正常情况下在0~1之间变化,表示CBFV随BP变化而变化,通常应>0.4。如果太小,提示CBFV随BP变化呈非线性关系,可靠性差,则该数据不适于TFA分析。如果等于1,提示CBFV随BP变化而完全同步变化,正常情况下呈线性关系的CBFV随BP的变化是存在时间差的,虽然貌似可靠性好,但是代表调节消失。通常在高频段内一致性高,接近1;低频段内一致性相对低,故认为CA主要在低频段内发挥作用。相位差,通常在0°~90°变化,表示调节能力从差到好,通常在高频段内几乎为0°,表示CBFV随BP同步变化,提示CA差;低频段内是60°左右,提示CA好。增益,通常>1或者<1之间变化。通常在高频段内>1,表示BP无衰减的传递到CBFV,提示CA差;低频段内<1,表示BP传递到CBFV有衰减,提示CA好。
备注:在输入、输出数据呈线性关系的前提下,“相位”参数较其他TFA的参数更稳定。