経頭蓋ドップラー

経頭蓋ドップラー
脳循環の経頭蓋ドップラー超音波検査
同義語	経頭蓋カラードップラー
ICD-9-CM	88.71
メッシュ	D017585
ロインク	24733-8、39044-3、30880-9

経頭蓋ドップラー( TCD ) と経頭蓋カラードップラー( TCCD ) はドップラー超音波検査の一種で、頭蓋内を伝わる超音波のエコーを測定することで脳の血管を通る血流速度を測定します。これらの医用画像診断法は、受信した音響信号のスペクトル分析を行うため、能動音響脳記録法に分類できます。これらは、塞栓、狭窄、くも膜下出血(破裂した動脈瘤からの出血)による血管けいれん、その他の問題の診断に役立つ検査として使用されます。これらの比較的迅速で安価な検査は、人気が高まっています。^{[要出典]この検査は、}鎌状赤血球症、虚血性脳血管疾患、くも膜下出血、動静脈奇形、脳循環停止の検出に有効である。この検査は、周術期モニタリングや髄膜感染症にも有用である可能性がある。^[1]これらの検査に使用される機器はますますポータブル化しており、臨床医が入院患者と外来患者の両方の検査のために病院、医院、または介護施設に移動することが可能になっている。この検査は、MRI、MRA、頸動脈デュプレックス超音波、CTスキャンなどの他の検査と併用されることが多い。この検査は、認知神経科学の研究にも使用されている（下記の機能的経頭蓋ドップラー検査を参照）。

この手順では、2 つの記録方法が使用される場合があります。1 つ目は「B モード」画像法で、超音波プローブで見た頭蓋骨、脳、血管の 2 次元画像を表示します。目的の血管が見つかったら、血流速度をパルスドップラー効果プローブで測定し、時間の経過に伴う速度をグラフ化します。これらを組み合わせると、デュプレックス テストになります。2 つ目の記録方法では、2 番目のプローブ機能のみを使用し、正しい血管を見つけるには臨床医のトレーニングと経験に頼ります。現在の TCD マシンでは、常に両方の方法を使用できます。^{[引用が必要]}

超音波プローブは高周波音波（通常は2MHzの倍数）を放射し、体内のさまざまな物質に反射します。これらのエコーはプローブ内のセンサーによって検出されます。動脈内の血液の場合、ドップラー効果により、血液の方向と速度に応じてエコーの周波数が異なります。^[2] 血液がプローブから離れる方向に動いている場合、エコーの周波数は放射された周波数よりも低くなります。血液がプローブに近づく方向に動いている場合、エコーの周波数は放射された周波数よりも高くなります。エコーは分析され、ユニットのコンピューターモニターに表示される速度に変換されます。実際、プローブは最大10kHzの速度でパルス化されるため、周波数情報は各パルスから破棄され、1つのパルスから次のパルスへの位相変化から再構築されます。

頭蓋骨は超音波の伝達の大部分を遮断するため、分析には音波の歪みが最も少ない壁の薄い領域（超音波窓と呼ばれる）を使用する必要があります。このため、記録は頬骨/頬骨弓の上の側頭部、目、顎の下、後頭部から行われます。患者の年齢、性別、人種、その他の要因が骨の厚さと多孔性に影響し、一部の検査はより困難または不可能になります。それでも、許容できる応答を得るためにほとんどの検査を実行できますが、血管を観察するために別の部位を使用する必要がある場合もあります。

患者の病歴や臨床症状から、脳卒中のリスクが非常に高いことが示唆される場合もあります。閉塞性脳卒中は、その後 3 時間 (場合によっては 4.5 時間^[3] ) にわたって組織に永久的な損傷を引き起こしますが、即座には起こりません。さまざまな薬剤 (効果とコストの低い順に、アスピリン、ストレプトキナーゼ、組織プラスミノーゲン活性化因子 (TPA) など) ^{[4] [5] [6]}によって、脳卒中の進行を逆転させることができます。問題は、脳卒中が起こっていることをすぐに知る方法です。考えられる方法の 1 つは、「薬物送達システムに操作的に接続された」埋め込み型経頭蓋ドップラー装置を使用することです^[7] 。バッテリー駆動のこの装置は、スペクトル分析ルーチンを実行するポータブル コンピューターへの RF リンクと、酸素濃度計 (脳卒中によって損なわれる可能性のある血液の酸素化の程度を監視) からの入力を使用して、薬剤投与の自動決定を行います。^[要出典]

機能的経頭蓋ドップラー超音波検査（fTCD）は、認知タスク中の神経活性化による脳血流速度の変化を測定する神経画像診断ツールです。^[8] 機能的TCDは、脈波ドップラー技術を使用して、前大脳動脈、中大脳動脈、後大脳動脈の血流速度を記録します。機能的磁気共鳴画像法（fMRI）や陽電子放出断層撮影（PET）などの他の神経画像診断技術と同様に、fTCDは局所的な脳血流変化と神経活性化の密接な結合に基づいています。血流速度を継続的に監視するため、TCDはfMRIやPETよりも優れた時間分解能を提供します。この技術は非侵襲的で適用が簡単です。血流速度測定は、動きのアーティファクトに対して堅牢です。導入以来、この技術は成人および小児の認知機能、運動機能、感覚機能の半球組織の解明に大きく貢献してきました。^{[9] [10]} fTCDは、言語、^{[11] [12] [13]} 顔認識、^[14] 色彩認識、^[15] 知能などの主要な脳機能の大脳側方化を研究するために使用されてきました。^{[16]さらに、脳機能の確立された神経解剖学的基質のほとんどは、直接超音波照射できる主要な脳動脈によって灌流されています。最後に、fTCDは}脳コンピューターインターフェースモダリティ として使用されてきました。^[17]

従来の FTCD では、脳の側方化の研究には限界があります。たとえば、刺激特性による側方化効果と光応答による側方化効果を区別できない場合があり、ウィリス輪の脳動脈の皮質枝と皮質下枝から発せられる血流信号を区別しません。ウィリス輪のそれぞれの基底大脳動脈は、2 つの異なる二次血管系の起点となります。この 2 つのうち短い方は神経節系と呼ばれ、それに属する血管は視床と線条体に血液を供給します。長い方は皮質系と呼ばれ、その血管は軟膜で分岐し、皮質とその下の脳物質に血液を供給します。さらに、皮質枝は長いものと短いものの 2 つのクラスに分けられます。長い動脈または髄質動脈は灰白質を通過し、その下の白質に 3～4 cm の深さまで浸透します。短い血管は皮質に限定されます。皮質系と神経節系は、末梢分布のどの地点でも連絡しておらず、完全に独立しており、2 つの系によって供給される部分の間には、栄養活動の低下の境界線がある。^[18]神経節系の血管は末端血管であるが、皮質動脈系の血管は厳密には「末端」ではない。中大脳動脈 (MCA) 領域のこれら 2 つの系の血流は、両半球の 80% に供給され、^[19]皮質および皮質下構造における顔面処理、言語処理、および知能処理に関与するほとんどの神経基質を含む。MCA 主幹の平均血流速度 (MFV) の測定は、MCA 領域内の皮質および皮質下部位の下流変化に関する情報を提供できる可能性がある。MCA 血管系の各遠位腕は、それぞれ皮質系と神経節系 (皮質下) の「近い」遠位反射部位と「遠い」遠位反射部位に分けることができる。この目的を達成するための一つの方法は、認知刺激中に取得されたMFVの周期的な時系列にフーリエ解析を適用することである。フーリエ解析は、基本周波数の倍数である様々な高調波における反射部位からの脈動エネルギーを表すピークを生成する。 ^{[20] [21]}マクドナルドは1974年に、末梢循環における圧力/流量振動システム内の全脈動エネルギーの90%が通常最初の5つの高調波に含まれることを示した。血管系の各腕は、インピーダンスで終端された単一の粘弾性チューブを表し、単一の反射部位を形成すると推定できる。^[22]各末端部位における精神生理学的刺激誘発性血管運動活動により、遠位測定点から近位測定点までの入射波、反射波、再反射波の影響による波の合計からなる定在正弦波振動が発生します。fTCDS 研究は、被験者を仰臥位にし、頭部を約 30 度上げた状態で実施します。プローブ ホルダー ヘッドギア (例: LAM-RAK、DWL、Sipplingen、ドイツ) を、2 つの耳栓と鼻稜のベース サポートとともに使用します。2 つの 2 MHz プローブをプローブ ホルダーに取り付け、プローブ表面から 50 mm の深さで両方の MCA 主幹を連続的にモニタリングするための最適な位置を決定するために超音波検査を行います。各刺激に対する MFV の連続記録を取得し、後でフーリエ解析に使用します。フーリエ変換アルゴリズムでは、標準ソフトウェア (例: 時系列および予測モジュール、STATISTICA、StatSoft, Inc. ) を使用します。最も効率的な標準フーリエアルゴリズムでは、入力系列の長さが 2 の累乗に等しいことが必要です。そうでない場合は、追加の計算を実行する必要があります。必要な時系列を導出するために、データは各刺激につき 1 分間、10 秒のセグメントで平均化され、各参加者に対して 6 つのデータ ポイント、男性と女性それぞれ 8 人全員に対して合計 48 のデータ ポイントが得られました。ピリオドグラム値の平滑化は、加重移動平均変換を使用して達成されました。ハミング ウィンドウが平滑化として適用されました。^{[23] [24]}単一系列フーリエ解析から得られたスペクトル密度推定値がプロットされ、最も高い推定値を持つ周波数領域がピークとしてマークされました。ピークの起源は、本手法の信頼性を判断する上で重要です。基本 (F)、皮質 (C) または記憶 (M)、および皮質下 (S) のピークは、それぞれ 0.125、0.25、および 0.375 の規則的な周波数間隔で発生しました。これらの周波数は、心臓の振動の基本周波数が平均心拍数であると仮定すると、Hz に変換できます。第 1 調波の基本周波数 (F) は、1 秒あたりの平均心拍数から決定できます。たとえば、心拍数が 74 bpm の場合、74 サイクル/60 または 1.23 Hz になります。言い換えると、F ピーク、C ピーク、および S ピークは、それぞれ第 1 調波の倍数、第 2 調波、および第 3 調波で発生しました。F ピークの反射部位の距離は、D _{1の部位から発生すると推定できます。}= 波長/4 = cf/4 = 6.15 (m/s)/(4×1.23 Hz) = 125 cm、ここで c は McDonald, 1974 による末梢動脈樹の想定波伝播速度です。血管の曲がり具合を考慮すると、推定距離は MCA 主幹の測定部位から、横に伸ばした時の指先に近い上肢からの反射を合計した仮想部位までの推定距離に近似します。^[25] C ピークは第 2 高調波で発生したため、推定動脈長 (総頸動脈 c = 5.5 m/s を使用) ^[26]は D ₂ = 波長/8 = cf ₂ /8 = 28 cm、周波数 f は 2.46 Hz となりました。この距離は、成人の頸動脈造影図で中大脳動脈主幹から血管の曲がりくねった部分と脳の凸部を通り、後頭側頭接合部などの遠位皮質部位の終末血管までの目に見える動脈の長さと近似している。^[25] Sピークは第3高調波で発生し、推定部位D ₃ = 波長/16 = cf ₃ /16 = 9.3 cm、周波数f ₃が3.69 Hzから発生した可能性がある。後者は、頸動脈造影図で中大脳動脈主幹からレンズ核線条体血管の目に見える動脈の長さと近似している。^[27]表示されていないが、第4高調波は中大脳動脈主幹の測定部位に最も近い中大脳動脈分岐部から発生すると予想される。測定点からの分岐前の長さは、D ₄ = 波長/32 = cf ₄ /32 = 3.5 cm、周波数f ₄は4.92 Hzで与えられる。計算された距離は、おそらく超音波サンプルボリュームが配置された頸動脈分岐直後のMCA主幹の部分からMCA分岐までの距離に近似する。したがって、これらの推定値は実際の長さに近似している。しかし、Campbellら（1989）によると、推定距離は動脈樹の既知の形態計測学的寸法と正確に相関しない可能性があることが示唆されている。この方法は、2007年にPhilip Njemanzeによって初めて説明され、機能的経頭蓋ドップラー分光法（fTCDS）と呼ばれていました。^[25] fTCDSは、精神作業中に誘発される周期的プロセスのスペクトル密度推定値を調べるため、特定の精神刺激の効果に関連する変化のより包括的な画像を提供します。スペクトル密度の推定値は周期性のないアーティファクトの影響を最も受けにくく、フィルタリングによってノイズの影響も軽減される。^[28] Cピークの変化は皮質長期電位（CLTP）または皮質長期抑制（CLTD）を示している可能性があり、これは学習中の皮質活動と同等であると提案されている^[25] および認知プロセス。チェッカーボードの正方形を含むパラダイム 1 中に、物体知覚が顔全体 (パラダイム 2) および顔の要素分類タスク (パラダイム 3) と比較されるときに、流速のトレースが監視されます。高速フーリエ変換計算を使用して、左右の中大脳動脈のスペクトル密度と交差振幅プロットを取得します。記憶 (M ピーク) 皮質ピークとも呼ばれる C ピークは、パラダイム 3 中に発生するのが確認できます。これは、顔の要素分類タスクで、反復的な記憶想起が必要です。被験者は、パラダイム 3 の各顔の要素をメモリに保存されているものと常に一致させてパズルを空間的に適合させ、その後、顔全体の画像を形成します。

TCD は血流の相対速度により必ずしも正確ではないが、特に中大脳動脈を使用する場合、急性虚血性脳卒中の患者の動脈閉塞の診断には依然として有用である。TCD のパワーモーションドップラー (PMD-TCD) と CT血管造影(CTA) を比較する研究が行われており、どちらも有効であるが、PMD-TCD の精度は 85% を超えない。PMD-TCD の利点は、携帯性 (ベッドサイドや緊急治療室で使用可能)、CTA と比較して患者の放射線量が少ない (モニタリングの必要に応じて繰り返し可能)、CTA や磁気共鳴血管造影よりも安価である。^[29]

• 頸動脈ドップラー装置
• 動脈抵抗指数
• 経頭蓋パルス超音波

• トレーニングと教育のための経頭蓋ドップラー コンピュータ モデル。