超聲腦成像技術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雜的臨床綜合征之一，其診療始終是神經科學領域的重大挑戰。神經影像技術的發展為意識障礙的客觀評估提供了新思路，但存在明顯短板。在眾多技術路徑中，超聲成像因其無創、實時、便攜等特性備受關注。然而顱骨對超聲波的強衰減效應，使得傳統經顱多普勒技術難以實現腦實質微血管的可視化。這一技術瓶頸在顱骨切除患者群體中出現了突破契機——神經外科為控制顱內高壓實施的去骨瓣減壓術，意外地為超聲探測開辟了天然的聲窗。
研究背景與技術挑戰
意識障礙評估的臨床困境
意識障礙患者的神經功能評估長期面臨"黑箱"困境。行為學量表CRS-R雖為金標準，但對微小意識波動的捕捉能力有限，尤其在運動傳導通路受損時易產生誤判。功能磁共振（fMRI）雖能揭示全腦網絡活動，但設備依賴性強、檢查時間長，且危重患者轉運風險高。近紅外光譜技術雖可實現床旁監測，但其探測深度局限在2cm以內，難以觀察丘腦等深部關鍵核團。
超聲腦成像的技術瓶頸
傳統超聲多普勒技術受限于發射幀率（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，傳統技術也難以實現深部腦區的清晰成像。
顱骨切除患者的特殊機遇
去骨瓣減壓術作為控制惡性顱內高壓的救命措施，在挽救生命的同時形成了直徑約12cm的顱骨缺損。這個解剖學窗口使得超聲波可以直達腦實質，為突破顱骨聲屏障提供了獨特條件。臨床觀察發現，術后3-6個月的顱骨修補空窗期，正是患者神經功能恢復的關鍵階段，此時精準的床旁監測具有重要臨床價值。
技術創新與應用
超快成像技術的原理革新
uPDI技術通過平面波發射與合成聚焦技術的結合，將成像幀率提升至1000Hz以上，較傳統超聲提高兩個數量級。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，結合奇異值分解（SVD）算法，實現了組織運動偽影與真實血流信號的精準分離。實驗數據顯示，該技術對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
研究團隊通過優化波束合成算法與自適應噪聲抑制技術，在6MHz中心頻率下實現了6cm的有效成像深度。在5例顱骨切除患者的驗證中，成功觀察到側腦室旁、基底節區等深部結構的微血管網絡。特別在1例創傷性腦損傷患者中，uPDI清晰顯示出丘腦腹側核群的異常血管增生，與后續DSA檢查結果高度吻合。
引入血管密度指數（VDI）和對比噪聲比（CNR）等量化指標，建立了微循環狀態的客觀評價體系。數據分析顯示，uPDI的CNR值較傳統功率多普勒提升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。
成像實驗與結果分析
患者隊列與實驗設計
研究納入5例不同病因的意識障礙患者，包括3例植物狀態和2例最小意識狀態。所有患者均存在單側額顳頂區顱骨缺損，缺損面積均>10cm²。采用L13-4線陣探頭，以5角度平面波復合發射模式獲取原始射頻數據，每次采集持續時間200ms，重復3次確保數據穩定性。
在基底節區出血患者中，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，血管密度指數為4.2%，顯著高于該患者皮層下白質區域（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%。
病理特征的影像學對應
在7歲兒童患者中，uPDI檢測到右額葉異常血管叢，呈現特征性的"珊瑚樣"結構，周圍伴發2cm×1.5cm無灌注區。該發現與CT灌注成像顯示的盜血現象高度一致，為臨床決策提供了重要參考。研究同時發現，長期意識障礙患者（>6個月）普遍存在深部白質區血管密度下降，提示慢性低灌注可能與預后不良相關。
總結與展望
研究首次證實了超快功率多普勒成像技術在意識障礙患者腦微循環評估中的臨床應用價值。通過創新的平面波發射方案和先進的血流信號提取算法，成功突破了傳統超聲的深度-分辨率限制，實現了床旁條件下的深部微血管可視化。這種技術突破不僅為意識障礙的神經功能評估提供了新工具，更重要的是建立了腦微循環狀態與意識水平變化的直接觀測窗口。從技術發展角度看，uPDI與傳統神經影像手段形成顯著互補優勢：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，其探測深度覆蓋關鍵丘腦核團；較之PET的代謝示蹤，其無創無輻射特性支持長期動態監測。這種獨特的技術優勢，為意識障礙的病理機制研究開辟了新方向，特別是神經血管耦合機制在意識恢復中的作用值得深入探索。
論文信息
聲明：本文僅用作學術目的。
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.
