超聲腦成像技術(shù)在微血管疾病臨床診斷的突破性進展
意識障礙（DoC）作為嚴重腦損傷后最復(fù)雜的臨床綜合征之一，其診療始終是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。神經(jīng)影像技術(shù)的發(fā)展為意識障礙的客觀評估提供了新思路，但存在明顯短板。在眾多技術(shù)路徑中，超聲成像因其無創(chuàng)、實時、便攜等特性備受關(guān)注。然而顱骨對超聲波的強衰減效應(yīng)，使得傳統(tǒng)經(jīng)顱多普勒技術(shù)難以實現(xiàn)腦實質(zhì)微血管的可視化。這一技術(shù)瓶頸在顱骨切除患者群體中出現(xiàn)了突破契機——神經(jīng)外科為控制顱內(nèi)高壓實施的去骨瓣減壓術(shù)，意外地為超聲探測開辟了天然的聲窗。
研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
意識障礙評估的臨床困境
意識障礙患者的神經(jīng)功能評估長期面臨"黑箱"困境。行為學(xué)量表CRS-R雖為金標(biāo)準(zhǔn)，但對微小意識波動的捕捉能力有限，尤其在運動傳導(dǎo)通路受損時易產(chǎn)生誤判。功能磁共振（fMRI）雖能揭示全腦網(wǎng)絡(luò)活動，但設(shè)備依賴性強、檢查時間長，且危重患者轉(zhuǎn)運風(fēng)險高。近紅外光譜技術(shù)雖可實現(xiàn)床旁監(jiān)測，但其探測深度局限在2cm以內(nèi)，難以觀察丘腦等深部關(guān)鍵核團。
超聲腦成像的技術(shù)瓶頸
傳統(tǒng)超聲多普勒技術(shù)受限于發(fā)射幀率（約30Hz）和血流信號提取算法，對微血管（<1mm）的低速血流敏感性不足。顱骨的強聲阻抗特性（衰減系數(shù)達20dB/cm/MHz）進一步限制了探測深度。即使在顳骨窗等天然薄弱區(qū)，傳統(tǒng)技術(shù)也難以實現(xiàn)深部腦區(qū)的清晰成像。
顱骨切除患者的特殊機遇
去骨瓣減壓術(shù)作為控制惡性顱內(nèi)高壓的救命措施，在挽救生命的同時形成了直徑約12cm的顱骨缺損。這個解剖學(xué)窗口使得超聲波可以直達腦實質(zhì)，為突破顱骨聲屏障提供了獨特條件。臨床觀察發(fā)現(xiàn)，術(shù)后3-6個月的顱骨修補空窗期，正是患者神經(jīng)功能恢復(fù)的關(guān)鍵階段，此時精準(zhǔn)的床旁監(jiān)測具有重要臨床價值。
技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用
超快成像技術(shù)的原理革新
uPDI技術(shù)通過平面波發(fā)射與合成聚焦技術(shù)的結(jié)合，將成像幀率提升至1000Hz以上，較傳統(tǒng)超聲提高兩個數(shù)量級。這種超高速采樣能力允許使用長達200幀的多普勒信號集合，結(jié)合奇異值分解（SVD）算法，實現(xiàn)了組織運動偽影與真實血流信號的精準(zhǔn)分離。實驗數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)對320μm微血管的檢測靈敏度達到94%，血流速度檢測下限延伸至1mm/s。
深部微血管的可視化突破
研究團隊通過優(yōu)化波束合成算法與自適應(yīng)噪聲抑制技術(shù)，在6MHz中心頻率下實現(xiàn)了6cm的有效成像深度。在5例顱骨切除患者的驗證中，成功觀察到側(cè)腦室旁、基底節(jié)區(qū)等深部結(jié)構(gòu)的微血管網(wǎng)絡(luò)。特別在1例創(chuàng)傷性腦損傷患者中，uPDI清晰顯示出丘腦腹側(cè)核群的異常血管增生，與后續(xù)DSA檢查結(jié)果高度吻合。
引入血管密度指數(shù)（VDI）和對比噪聲比（CNR）等量化指標(biāo)，建立了微循環(huán)狀態(tài)的客觀評價體系。數(shù)據(jù)分析顯示，uPDI的CNR值較傳統(tǒng)功率多普勒提升3-5倍（p<0.001），在4cm深度仍能保持12dB以上的信噪比。這種量化能力為意識障礙患者的腦代謝評估提供了新維度。
成像實驗與結(jié)果分析
患者隊列與實驗設(shè)計
研究納入5例不同病因的意識障礙患者，包括3例植物狀態(tài)和2例最小意識狀態(tài)。所有患者均存在單側(cè)額顳頂區(qū)顱骨缺損，缺損面積均>10cm²。采用L13-4線陣探頭，以5角度平面波復(fù)合發(fā)射模式獲取原始射頻數(shù)據(jù)，每次采集持續(xù)時間200ms，重復(fù)3次確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。
在基底節(jié)區(qū)出血患者中，uPDI成功顯示出直徑0.32mm的穿支動脈，其血流信號強度較背景噪聲高54dB。深部成像方面，1例腦外傷患者的丘腦血流信號穿透深度達58mm，血管密度指數(shù)為4.2%，顯著高于該患者皮層下白質(zhì)區(qū)域（1.6%）。值得注意的是，意識水平改善最顯著的患者（CRS-R評分從6升至8），其深部核團血管密度較基線增加217%。
病理特征的影像學(xué)對應(yīng)
在7歲兒童患者中，uPDI檢測到右額葉異常血管叢，呈現(xiàn)特征性的"珊瑚樣"結(jié)構(gòu)，周圍伴發(fā)2cm×1.5cm無灌注區(qū)。該發(fā)現(xiàn)與CT灌注成像顯示的盜血現(xiàn)象高度一致，為臨床決策提供了重要參考。研究同時發(fā)現(xiàn)，長期意識障礙患者（>6個月）普遍存在深部白質(zhì)區(qū)血管密度下降，提示慢性低灌注可能與預(yù)后不良相關(guān)。
總結(jié)與展望
研究首次證實了超快功率多普勒成像技術(shù)在意識障礙患者腦微循環(huán)評估中的臨床應(yīng)用價值。通過創(chuàng)新的平面波發(fā)射方案和先進的血流信號提取算法，成功突破了傳統(tǒng)超聲的深度-分辨率限制，實現(xiàn)了床旁條件下的深部微血管可視化。這種技術(shù)突破不僅為意識障礙的神經(jīng)功能評估提供了新工具，更重要的是建立了腦微循環(huán)狀態(tài)與意識水平變化的直接觀測窗口。從技術(shù)發(fā)展角度看，uPDI與傳統(tǒng)神經(jīng)影像手段形成顯著互補優(yōu)勢：相較于fMRI的宏觀血流評估，其具備微米級空間分辨率；相對于fNIRS的皮層局限，其探測深度覆蓋關(guān)鍵丘腦核團；較之PET的代謝示蹤，其無創(chuàng)無輻射特性支持長期動態(tài)監(jiān)測。這種獨特的技術(shù)優(yōu)勢，為意識障礙的病理機制研究開辟了新方向，特別是神經(jīng)血管耦合機制在意識恢復(fù)中的作用值得深入探索。
論文信息
聲明：本文僅用作學(xué)術(shù)目的。
Ge Q, Huang L, Fu Q, Han S, Wang R, He J, Li C, Luo J, Xu L. Bedside cerebral microvascular imaging of patients with disorders of consciousness: a feasibility study. Front Neurosci. 2025 Feb 12;19:1518023.
DOI:10.3389/fnins.2025.1518023.
