TNSRE：经颅多普勒信号评价体外反搏脑卒中康复的指标

体外反搏（ECP）是一种改善重要器官灌注的无创方法。它通过充气袖带将心电图触发的舒张压应用于下肢。舒张期血压升高和收缩后负荷同时降低会增加心脏、大脑和肾脏等重要器官的血流量。之前的研究表明，ECP通过增加血压和脑血流速度改善临床神经功能缺损，对缺血性中风患者是可行的，并且脑增强可能在治疗后至少持续3周 。一项临床试验表明，压力高达300 mmHg的1小时ECP治疗可使急性缺血性卒中患者的MCA平均流速增加15%，同时，无论使用何种压力，美国国立卫生研究院卒中量表（NIHSS）评分也会同步改善。然而，这些研究大多研究了ECP干预1小时或几分钟对脑血流速度的即时影响，仍然缺乏评估长期ECP治疗对缺血性卒中康复疗效的敏感指标。

一些实验研究表明，ECP治疗可以通过改变动物和缺血性心脏病患者的剪切应力反应表达来改善内皮功能。动物实验还表明，血管内皮功能的恢复促进了脑毛细血管周细胞的覆盖，从而改善了脑血流量。但是，ECP治疗对缺血性卒中患者脑血管内皮功能的影响鲜有报道。由于可以在血流信号的特定频率间隔内观察到内皮代谢和神经原性活动，并且通常使用无创TCD信号来分析心血管和大脑的相互作用。在这项研究中，招募了单侧缺血性卒中患者，在卒中发病后7天内有良好的检查窗口，并将他们分为两组，即ECP组和无ECP组。ECP组35例每日1小时ECP治疗，非ECP组35例常规治疗。在时域和频域上比较了两组患者的TCD信号。通过对这些TCD信号进行离散小波分析，提出了一种新的指标，并研究了其与NIHSS和BI指标的相关性。本文发表在《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》。

纳入了在卒中发病后7天内前循环区域出现单侧缺血性卒中的患者。根据世界卫生组织的定义诊断缺血性中风。排除了有心脏栓塞卒中证据的患者，如心房颤动和风湿性心脏病、颅内出血、动静脉畸形、动静脉瘘或动脉瘤、恶性肿瘤、持续性高血压（收缩压）等≥180毫米汞柱或舒张压≥100 mmHg），严重症状性外周血管疾病，并存全身性疾病。所有患者分为两组：ECP组接受35次每日1小时的治疗；无ECP组接受常规治疗，无ECP治疗。

ECP治疗与TCD监测

ECP治疗使用Vamed医疗器械公司（中国广东）的MC2设备进行，使用150 mmHg的袖带充气压力。在ECP组的第1次和第35次会议（每天一次，每周5个工作日）以及非ECP组的第1天和第35天，使用ST3 TCD系统进行TCD监测（Spencer Technologies，美国华盛顿州西雅图）。受试者躺在ECP治疗床上，用3对空气袖带包裹双腿。作为一种多尺度的信号时域和频域分析方法，离散小波分析方法通过将信号从高频逐步分解到低频，具有最佳的低频分辨率，这有助于比傅里叶和其他信号分析方法更准确地识别低频分量。由于起源于内皮代谢和神经原性活动的血流振荡的频率区间位于低频域，因此本研究中的小波分析更适合于分析TCD信号。以1000hz的频率采集MCA血流信号，并将其输入移动平均滤波器。通过对10个相邻采样点取平均值并替换为一个，进一步处理之前将信号重新采样到100 Hz。

TCD信号分析程序

然后采用离散小波分析方法对信号进行逐步分解。由于每一步都包含一半的频率降低，因此经过10步小波分解后可以得到0.1Hz以下的频率。最后，使用快速傅立叶变换分析所有小波分量的频谱，以获得振荡幅度和频率之间的关系。在入组后第1天和第35天评估NIHSS和Barthel指数（BI）。NIHSS是一种系统性评估工具，提供了中风相关神经功能缺损的定量测量，可作为临床中风评估工具，用于评估和记录急性中风患者的神经状态。NIHSS已被证明是中风患者短期和长期预后的预测指标，其设计是一种简单、有效和可靠的工具，可由医生、护士或治疗师在床边持续使用。Barthel量表/指数（BI）是一种用于衡量日常生活活动（ADL）表现的有序量表。

典型的TCD信号

共有27名患者（年龄63.7±10.5岁；纳入24名男性）前循环区域单侧缺血性卒中患者（15名接受ECP治疗，12名未接受ECP治疗）。中风发病至登记的平均间隔为3.9天。中风患者有中度神经功能缺损，平均入院NIHSS为7.1，平均BI评分为60.8。两组之间的卒中亚型存在显著差异（P=0.001）。ECP组均为大动脉病变。然而，在无ECP组中，41.7%的患者有大动脉病变，左侧有小血管病变。两组患者的年龄、性别和共病率具有可比性 。无ECP组的钙通道阻滞剂使用频率高于ECP组（P=0.008）。

在完成35个疗程后，一些患者的TCD信号中观察到“大波”现象，这表明MCA血流速度以相对较低的频率波动（约0.02 Hz）。治疗前，即第1天，这些患者的TCD信号中未观察到明显的“大波”现象。TCD信号在第35天出现明显“大波”现象的患者被归类为2型患者，而在第1天和第35天没有明显“大波”现象的1型患者被归类为2型患者。有趣的是，ECP组中出现了所有2型患者（总数为11名），这表明长期ECP治疗导致了“大波”现象。同时，并非所有ECP组患者均为2型，这表明长期ECP不能有效地引起所有患者的“大波”现象。为了理解“大波”现象的生理意义，在频域比较了有和没有“大波”现象的TCD信号。

使用离散小波分析和快速傅立叶变换计算了这两种类型TCD信号的频率特性。与治疗第1天的患者相比，治疗35天后，1型患者的TCD信号振幅在所有频域中均无显著差异。需要再次提及的是，1型患者出现在ECP组和非ECP组中，他们在不同的组中接受了不同的治疗（有或没有ECP）。在0.010 Hz（11名2型患者为±0.002 Hz）到0.034 Hz（11名2型患者为±0.004 Hz）的频率间隔内，第35天2型患者TCD信号的振幅（OA）明显高于第1天的振幅（OA），据报道，该频率间隔与内皮代谢活性和神经源性活性有关。Astage1和Astage2表示频域中不同阶段的TCD信号的OA。在第1天和第35天的基线阶段，ECP组的11名患者成功地评估了NIHSS和BI评分。同侧和对侧的IBaseline_D35VS基线_d1与NIHSS变化呈正相关（同侧相关系数=0.730，P=0.011；对侧为0.650，P=0.030）。ECP组双侧IBaseline_D35VS基线_d1指数与BI变化之间无显著相关性（均P>0.05）。

ECP组与非ECP组双侧指数I比较

首次在一些接受35次每天1小时ECP治疗的缺血性中风患者的TCD信号中观察到一种新现象，称为“大波”。利用小波分析方法，我们发现具有“大波”现象的TCD信号在0.010 Hz至0.034 Hz的频率范围内OA明显增强，这可能是由内皮代谢活动和神经源性活动引起的。血流振荡的频率间隔有不同的生理起源。据报道，0.0095-0.021Hz和0.021-0.052Hz的间隔分别由内皮代谢活动和神经源性活动引起。

总之，在ECP组中，第35天的I与基线检查第1天和ECP阶段的I均与NIHSS变化显著正相关。因此，可以推测长期ECP治疗可以通过增强内皮代谢和神经原性活性促进中风恢复。根据TCD信号得出的新指标可能在未来的医疗设备中用于中风康复的快速评估。

L. Xiong, D. Liu, Y. Wang, K. S. Wong and Y. Fan, "An Index From Transcranial Doppler Signals for Evaluation of Stroke Rehabilitation Using External Counterpulsation," in IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 29, pp. 1487-1493, 2021, doi: 10.1109/TNSRE.2021.3099203.