意识障碍（DoC）作为严重脑损伤后最复杂的临床综合征之一，其诊疗始终是神经科学领域的重大挑战。神经影像技术的发展为意识障碍的客观评估提供了新思路，但存在明显短板。在众多技术路径中，超声成像因其无创、实时、便携等特性备受关注。然而颅骨对超声波的强衰减效应，使得传统经颅多普勒技术难以实现脑实质微血管的可视化。这一技术瓶颈在颅骨切除患者群体中出现了突破契机——神经外科为控制颅内高压实施的去骨瓣减压术，意外地为超声探测开辟了天然的声窗。

研究背景与技术挑战
意识障碍评估的临床困境
意识障碍患者的神经功能评估长期面临"黑箱"困境。行为学量表CRS-R虽为金标准，但对微小意识波动的捕捉能力有限，尤其在运动传导通路受损时易产生误判。功能磁共振（fMRI）虽能揭示全脑网络活动，但设备依赖性强、检查时间长，且危重患者转运风险高。近红外光谱技术虽可实现床旁监测，但其探测深度局限在2cm以内，难以观察丘脑等深部关键核团。

超声脑成像的技术瓶颈
传统超声多普勒技术受限于发射帧率（约30Hz）和血流信号提取算法，对微血管（<1mm）的低速血流敏感性不足。颅骨的强声阻抗特性（衰减系数达20dB/cm/MHz）进一步限制了探测深度。即使在颞骨窗等天然薄弱区，传统技术也难以实现深部脑区的清晰成像。

颅骨切除患者的特殊机遇
去骨瓣减压术作为控制恶性颅内高压的救命措施，在挽救生命的同时形成了直径约12cm的颅骨缺损。这个解剖学窗口使得超声波可以直达脑实质，为突破颅骨声屏障提供了独特条件。临床观察发现，术后3-6个月的颅骨修补空窗期，正是患者神经功能恢复的关键阶段，此时精准的床旁监测具有重要临床价值。

技术创新与应用
超快成像技术的原理革新
uPDI技术通过平面波发射与合成聚焦技术的结合，将成像帧率提升至1000Hz以上，较传统超声提高两个数量级。这种超高速采样能力允许使用长达200帧的多普勒信号集合，结合奇异值分解（SVD）算法，实现了组织运动伪影与真实血流信号的精准分离。实验数据显示，该技术对320μm微血管的检测灵敏度达到94%，血流速度检测下限延伸至1mm/s。

深部微血管的可视化突破
研究团队通过优化波束合成算法与自适应噪声抑制技术，在6MHz中心频率下实现了6cm的有效成像深度。在5例颅骨切除患者的验证中，成功观察到侧脑室旁、基底节区等深部结构的微血管网络。特别在1例创伤性脑损伤患者中，uPDI清晰显示出丘脑腹侧核群的异常血管增生，与后续DSA检查结果高度吻合。

成像实验与结果分析
患者队列与实验设计
研究纳入5例不同病因的意识障碍患者，包括3例植物状态和2例最小意识状态。所有患者均存在单侧额颞顶区颅骨缺损，缺损面积均>10cm²。采用L13-4线阵探头，以5角度平面波复合发射模式获取原始射频数据，每次采集持续时间200ms，重复3次确保数据稳定性。

总结与展望
研究首次证实了超快功率多普勒成像技术在意识障碍患者脑微循环评估中的临床应用价值。通过创新的平面波发射方案和先进的血流信号提取算法，成功突破了传统超声的深度-分辨率限制，实现了床旁条件下的深部微血管可视化。这种技术突破不仅为意识障碍的神经功能评估提供了新工具，更重要的是建立了脑微循环状态与意识水平变化的直接观测窗口。从技术发展角度看，uPDI与传统神经影像手段形成显著互补优势：相较于fMRI的宏观血流评估，其具备微米级空间分辨率；相对于fNIRS的皮层局限，其探测深度覆盖关键丘脑核团；较之PET的代谢示踪，其无创无辐射特性支持长期动态监测。这种独特的技术优势，为意识障碍的病理机制研究开辟了新方向，特别是神经血管耦合机制在意识恢复中的作用值得深入探索。

论文信息
声明：本文仅用作学术目的。
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.