脑血管手术期间的脑灌注监测非常理想，但目前这种技术尚未普及。我们的中心开发并实施了专用的超快功率多普勒成像（UPDI）序列和新颖的后处理分析方法。这种方法能够以高空间分辨率（100μm）在术中实时（1Hz）检测脑血容量（CBV）的变化。我们在10名接受颅内动脉瘤夹闭、动静脉畸形（AVM）切除或脑血管搭桥手术的患者中进行了连续UPDI采集。当手术需要临时夹闭时，我们记录了受影响动脉血管区域内的实质灌注情况。记录从30秒基线开始，并在夹子释放后持续长达60秒。UPDI序列成功展示了穿透小动脉水平的脑灌注情况。时间序列数据捕捉到了放置和移除临时夹后皮层和白质中的缺血、侧支招募和过度灌注等血管现象。UPDI作为术中CBV监测工具显示出良好的前景，因为它可以实现对实质的定量血管监测。
引言
缺血性中风是一种导致全球高发病率和死亡率的严重疾病。手术相关中风（SrS）是脑血管手术中令人担忧的并发症，在胶质瘤手术中也被认为是一个严重的并发症。颅内动脉瘤（IA）手术中的显微外科夹闭术——最常见的脑血管手术，其SrS的风险相对较高，报告的中风率在8%到20%之间。对于复杂和巨大的病变，这一风险可能高达49.9%。此外，胶质瘤手术中的不良结果归因于SrS，其发生率在12.5%到44%之间。SrS的原因包括长时间的临时夹闭、血栓栓塞事件、术中低血压、血管痉挛或直接的血管损伤/扭曲。解决这些影响的措施从相对简单的操作（如夹子重新定位/移除、诱导高血压、暂停手术、使用罂粟碱）到更广泛的措施（降低颅内压、冷却、抗凝、流量替代）不等。
目前存在多种术中技术和设备可以帮助神经外科医生预防SrS。这些技术主要评估大血管的填充和通畅性（吲哚菁绿血管造影（ICG）和微型多普勒探头），或血流（Charbel探头）。然而，缺血性中风是由脑微循环失败引起的。上述提到的工具并不能评估组织灌注、微血管填充或血管储备能力。虽然血流探头可以量化单个血管的血流，但很难确定该血流所服务的下游区域。因此，缺血风险是基于血流和血管填充间接评估的，而没有直接测量脑灌注。这种间接方法因个体血管解剖结构、脑血管储备能力和软脑膜吻合的存在而变得复杂。因此，评估微循环状态和实质灌注对于早期检测和监测缺血非常重要。全面评估通畅性和血流通常需要结合至少两种工具（例如ICG和微型多普勒探头），这可能非常耗时，尤其是在深部或复杂的手术视野中。
或者，可以通过使用体感诱发电位或运动诱发电位进行皮层活动监测。然而，这种方法并非专门设计用于检测脑缺血，且未被广泛使用。因此，目前尚无一种技术能够让神经外科医生直接监测实质的血流动力学参数。
超快功率多普勒成像（UPDI）是一种在神经科学和临床研究中广泛应用的技术。UPDI还被用于在临床前模型中研究中风。作为一种监测组织灌注（CBV动态）的工具，UPDI相较于现有技术有几个重要优势。首先，它可以用于连续的血流动力学监测。所有其他术中血流动力学工具仅提供血管通畅性、填充或血流的快照。其次，它具有出色的时空分辨率组合，能够成像皮层下和深层结构，而上述提到的工具仅限于评估表浅血管。由于UPDI测量的是实质灌注，因此可以在不影响微血管手术部位的情况下直接在脑上进行记录。因此，UPDI可以在（显微）手术操作期间使用（与使用血流探头、DSA和ICG不同）。它的用途广泛，因为超声探头可以放置在开颅手术内的任何位置。此外，与ICG和DSA不同，它没有毒性限制。最后，作为一种超声技术，它紧凑且易于适应手术集成。然而，它尚未开发或优化用于需要长期监测的脑血管手术的临床应用。我们假设UPDI可以监测与手术事件相关的血流动力学效应，例如脑动脉的临时夹闭。本试点研究的目的是评估一种新型UPDI方法在脑血管手术期间监测脑灌注变化的可行性和安全性。
结果
总体情况
我们纳入了10名患者并进行了15次记录（10次仅有基线记录和5次包括临时夹闭；11次额叶和4次颞叶位置）。表1概述了患者特征、临床结果、记录部位及可用数据（基线和临时夹闭记录）。在治疗巨大梭形ICA动脉瘤的病例1中观察到重大中风。其余9名患者的术后结果良好，没有出现缺血的临床或影像学证据。平均临时阻断时间为42秒（范围：12-62秒）。基线记录显示信号随时间稳定，没有显著的运动伪影。我们的采集方法产生了22×22毫米的视场。UPDI清楚地展示了直径在75-150微米之间的穿通小动脉水平的血管结构，包括皮层表面和沟回内。未观察到与测量相关的不良事件。图1C,D展示了一个记录示例。
皮层灌注状态在测量间具有可比性
我们比较了不同患者基线记录的灌注状态直方图（PSH），观察到中等一致性，组内相关系数（ICC）为0.5。尽管个体PSH显示出患者特异性特征，但平均测量值的ICC非常好（ICC=0.96）。这表明平均基线表示（图4A）是显示群体趋势的一种可靠且有效的方法。平均峰值概率（PB）为0.030（标准差±0.007），平均半高全宽（FWHM）为0.596（标准差±0.196），平均峰值值（PV）为0.932（标准差±0.052）。额叶和颞叶记录具有可比性（p=0.9406，额叶：PB=0.032，标准差±0.006；FWHM=0.524，标准差±0.098；PV=0.936，标准差±0.054；颞叶：PB=0.032，标准差±0.009；FWHM=0.567，标准差±0.189；PV=0.953，标准差±0.031）。
UPDI可以检测临时夹闭期间CBV的变化
如图1所示，我们能够在脑动脉临时夹闭之前、期间和之后跟踪CBV的变化。图2显示了在AVM切除期间UPDI的结果（图2A）。尽管在临时夹闭肥厚的M3大脑中动脉分支期间ICG未显示血管填充的明显变化（图2B），但UPDI检测到AVM邻近实质区域CBV下降多达40%（图2C,D）。
临时夹闭期间的恢复与无恢复
我们观察到患者在临时夹闭期间的血流动力学变化存在显著差异。在病例1（高流量搭桥）中，在施加临时夹后立即观察到CBV急剧下降，在夹闭期间CBV保持较低水平，并在夹子释放后立即出现短暂的高于基线约40%的过度灌注。在病例5（Pcomm动脉瘤夹闭，图3A,B）中，血流动力学时间序列显示急剧下降后逐渐恢复到接近基线的CBV水平，并在夹子释放后观察到高于基线18%的过度灌注峰值。在一个年轻患者（病例6，图3C,D）中，M2段临时夹闭后信号下降约70%，在夹闭期间一分钟后恢复，并在夹子释放后表现出比基线高出约200%的剧烈过度灌注。
PSH稳健地显示灌注状态
我们将所有基线记录（汇集基线，n=15）的PSH与临时夹闭期间记录（n=5）的PSH进行了比较（见图4A-E）。在5例中有3例观察到曲线显著左偏且PB强度下降，表明缺血条件。在一个病例（病例5，临时夹闭期间恢复）中，曲线没有显著变化，表明夹闭期间灌注得以保留。在剩余的一个病例（病例3，低流量搭桥）中，临时夹闭期间未观察到CBV的显著变化。表2列出了基线状态与临时阻塞期间的PSH参数。两种状态之间存在显著差异（p<0.001）。
讨论
在血管神经外科中，手术相关中风（SrS）的风险随着手术操作的数量和复杂性的增加而增加。预测哪些患者能耐受这些操作仍然困难。在IA手术中，临时夹闭是在减少围手术期动脉瘤破裂风险和诱发缺血之间权衡，目前尚无可靠的中脑动脉（MCA）、前脑动脉（ACA）或后循环动脉的阻塞测试。此外，侧支循环的状态只能通过回流或远端填充间接可视化，这些都是非定量方法。
清晰的向血管内治疗IA转变已经发生，这意味着显微神经外科现在通常保留给无法通过血管内管理的复杂病例（病例1）。尽管血管内治疗方法发展迅速，但显微外科的核心技术基本保持不变。手术质量的提高现在由新的术中成像和测量技术推动，这些技术评估血流，如微多普勒、血流探针、吲哚菁绿血管造影（ICG）和Flow800。不幸的是，这些工具均不能直接监测脑灌注。
通过体感或运动诱发电位（SSEP和MEP）进行电生理监测也有一些缺点。总体上预测术后神经功能缺损的低灵敏度（SSEP为48%，MEP为73%）、无法检测皮层下/沟回活动以及麻醉剂和肌肉松弛剂对信号的影响是一些最重要的局限性。此外，标记显著信号改变的标准（幅度或潜伏期的变化）可能在机构和患者之间有所不同。这种变异性进一步解释了在临床环境中假阳性（过度警告）和假阴性（警告不足）的风险。
及时检测术中缺血将允许立即干预，例如夹子重新定位、执行保护性旁路、释放对脑实质的牵拉，甚至暂停手术。在胶质瘤手术中，实时监测肿瘤边缘处的组织灌注可能作为指导，确定安全切除的界限。这在低级别胶质瘤手术中尤其相关。与我们的AVM病例类似，灌注监测可以帮助解开肿瘤周围血管。
目前尚无标准化工具能够可靠指示术中缺血或中风。UPDI可能通过以无与伦比的时空频率（100 μm at 10 Hz）追踪脑血流动力学填补这一空白。为了将UPDI用于术中灌注监测，已进行了若干调整。首先，我们实施了一个定制的五自由度探头支架，用于在手术过程中动态（重新）定位探头。探头必须放置在开颅区域内部，而不干扰显微手术部位。这在低流量搭桥病例中尤其具有挑战性，因为这类手术通常采用较小的开颅窗口（直径4厘米）。关于波束形成，我们使用了较少数量的倾斜角度，以减少接收到的波形去相关性，并在集合持续时间内（500毫秒）收集更多的时间样本。此外，我们通过在分析流程中实现高阶奇异值分解（SVD）提高了图像对比度和对比噪声比。后处理的新颖之处在于应用了PSH。这形成了一个重要的转化步骤，因为它使我们能够在无需先前基线测量的情况下评估灌注状态。
此外，未来的技术进步可能有助于使用这种技术在人体中定量测量红细胞速度（RBCv）。先前的创新以测量血流和血管通畅性改善了脑血管手术的安全性，并且早期再灌注缺血区域已知可以挽救脑组织免于梗死。
使用UPDI监测CBV可能在临时夹闭期间预防中风。尽管临时夹闭常用且通常被认为安全，但预测哪些患者能耐受它仍然是一个挑战。这对于那些患有血流动力学受损大脑的患者尤其相关，如烟雾病患者。术中UPDI记录可以通过在夹闭血管的血管区域内实时CBV监测来评估侧支循环状态。UPDI不是基于流量指标。我们的方法从超快功率多普勒光谱中提取小动脉血液信号。该信号已被证明与CBV变化密切相关。当随时间测量脑血容量变化时，它可以作为脑灌注的指标，类似于CT灌注或动态磁敏感对比MRI。然而，与这些方法不同，UPDI不需要对比剂，并且可以轻松用于手术室。根据PSH的动态变化，操作者可以快速识别灌注受损或侧支招募的程度。我们的初步研究表明UPDI在这方面具有潜力，我们主张监测组织灌注而不是评估蛛网膜下腔中的血管。
局限性
单一高效收集和显示脑灌注数据（包括血流动力学时间序列和PSH）的工具是否能增强脑血管手术的安全性仍是一个问题。我们的方案并未包括术后通过DWI MRI进行的影像学检查，因为我们的研究并非旨在预测术后缺血。因此，测量总是在永久夹闭、AVM切除或搭桥吻合之前进行。我们计划在未来的研究中评估UPDI检测中风的敏感性和特异性。下一步将是通过包括PbO2探针、流量测量和术后24小时内带有DWI的MRI来验证UPDI。通过CTA进行的评估不足以检测临床上无症状的小缺血性病灶。当前的样本量可能限制了我们分析的统计功效。尽管如此，观察到的一致趋势突显了PSH作为灌注状态的独特表示及其检测缺血的潜力。我们希望在未来更大患者队列的研究中验证这些发现。
我们的记录平台还可以进一步改进，以进一步促进术中UPDI并增加适用性和改善手术集成。我们没有调整开颅尺寸以适应超声探头的定位。为了确保安全手术，超声换能器的位置不应干扰外科医生的操作。如果没有可能继续手术而且探头在位，则记录仅限于在开始显微手术部分之前的基线记录。引入定制的微型化超声换能器可以解决这一限制。实时后处理和脑体积扫描是我们目前正在努力的其他未来视角。最后，通过将我们的系统与导航连接，我们将能够标记记录点，轻松在手术过程中切换点，并将这些数据与术后扫描合并。
结论
UPDI以高时空分辨率提供脑灌注的实时监测。它提供了脑血流动力学的直接测量。UPDI作为（脑血管）手术期间连续CBV监测的工具显示出希望，因为它能够实现对实质的定量血管监测。将UPDI集成到手术程序中可能通过减少手术相关中风的风险和发生率来提高患者的安全性。
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