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Manual of Transcranial Doppler Ultrasonography
Korean J Clin Lab Sci 2024;56:277-287  
Published on September 30, 2024
Copyright © 2024 Korean Society for Clinical Laboratory Science.

Ho Tae JEONG1 , Soo Na JEON2 , Sol HAN2

1Neurology Laboratory, Chung-Ang University Hospital, Seoul, Korea
2Neurology Laboratory, Chung-Ang University Gwangmyeong Hospital, Gwangmyeong, Korea
Correspondence to: Ho Tae JEONG
Neurology Laboratory, Chung-Ang University Hospital, 102 Heukseok-ro, Dongjak-gu, Seoul 06973, Korea
E-mail: hotaejeong@cau.ac.kr
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9228-6912
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract
Transcranial Doppler (TCD) ultrasound is a crucial non-invasive tool for assessing cerebral blood flow and is widely used to diagnose and monitor cerebrovascular diseases. This paper reaffirms the importance of TCD, details examination methods and precautions, and provides a guide for practitioners. TCD evaluates the blood flow velocity to assess stenosis, occlusion, and hemodynamic changes. Distinguishing between increased blood flow volume and decreased vessel diameter based solely on velocity is challenging, necessitating a comprehensive approach to integrating clinical findings and hemodynamic changes. The reliability of TCD results depends on the skill of the examiner and requires standardized procedures and continuous training. Advances in automation and artificial intelligence promise enhanced accuracy and reliability. Future research should focus on validating and clinically applying these technologies. This paper is a review of the clinical significance of TCD, methods, and precautions, offering a valuable guide for practitioners and highlighting the potential benefits of ongoing advancements in TCD for the diagnosis and treatment of cerebrovascular diseases.
Keywords : Blood circulation, Cerebral arteries, Doppler effect, Transcranial
서 론

경두개 도플러 초음파(transcranial Doppler, TCD) 검사는 두개 내 주요 혈관의 혈류 속도를 비침습적으로 측정할 수 있는 중요한 진단 도구로, 뇌혈관 질환의 진단과 치료 효과 모니터링에 널리 사용되고 있다. TCD 검사는 초음파를 이용해 두개골을 통해 혈류 신호를 포착하고 이를 분석하여 혈관의 협착, 폐색, 그리고 혈류 역학적 변화를 평가한다[1, 2].

TCD 검사는 다양한 뇌혈관 질환을 감별하는 데 효과적인 도구로 입증되어 있다. 특히 뇌졸중, 뇌사 판정, 두개 내 압력 상승(intracranial pressure)과 같은 질환에서 유용하다. 뇌졸중 환자의 초기 진단과 치료 모니터링에 효과적이고, TCD를 통해 뇌혈류 속도를 측정하여 뇌혈관의 협착이나 폐색 여부를 확인할 수 있다[3]. TCD 검사는 뇌사 판정에도 사용된다. 뇌사 상태에서는 두개 내 압력이 증가하면서 뇌혈류가 감소하거나 소실되기 때문에, TCD를 통해 이러한 변화를 감지할 수 있으며 이전 연구 결과에서 뇌사의 주요 지표로서 TCD가 신뢰할 만한 결과를 제공한다고 보고하고 있으며, TCD는 뇌사의 진단에 있어 91%의 민감도(sensitivity)와 97%의 특이도(specificity)를 보였다. 이러한 높은 신뢰도(reliability)로 인해 TCD는 두개 내 순환 정지의 진단에서 유용한 도구로 여겨지고 있다[4]. TCD 검사는 두개 내 압력 상승을 감지하는 데도 효과적이다. 두개 내 압력이 상승하면 뇌혈류 속도에 변동이 발생하며, 이러한 변동을 TCD를 통해 실시간으로 감지할 수 있다. 두개 내 압력이 증가할 때 뇌혈관의 저항이 증가하면서 혈류의 파형이 변형되는 데 있다. 이전 연구에 따르면, 두개 내 압력이 상승할 때 뇌의 혈관은 압력을 보상하기 위해 수축하며, 이로 인해 뇌혈류의 속도와 파형에 변동이 발생한다. 구체적으로, 두개 내 압력이 증가하면 혈관 내의 혈류 속도가 감소하고, 혈류 파형의 비정상적으로 증가한 박동지수(pulsatility index)가 관찰된다. 이는 혈류 저항이 증가함에 따라 뇌로의 혈류 공급이 제한되어 발생하는 현상으로, TCD를 통해 실시간으로 이러한 변화를 감지할 수 있다[5]. TCD 검사는 이 외에도 뇌동맥류 파열 후 혈관연축, 외상성 뇌손상, 난원공개존증, 뇌혈관기형, 편두통 등 다양한 뇌혈관 및 신경계 질환의 진단, 모니터링, 치료에 중요한 역할을 한다[1, 2].

뇌졸중은 전 세계적으로 주요 사망 원인 중 하나로, 특히 노인 인구에서 높은 유병률을 보인다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 전 세계적으로 매년 약 1,500만 명이 뇌졸중을 겪으며, 이 중 약 600만 명이 사망하고 500만 명 이상이 장애를 겪고 있다. 이러한 높은 유병률은 조기 진단과 지속적인 모니터링의 중요성을 강조한다[6].

TCD 검사는 검사자의 기술과 경험에 크게 의존하는 검사이다. 검사자가 초음파 탐촉자(probe)를 두개골의 적절한 위치에 정확하게 배치하고, 각도를 올바르게 조정하는 등의 기술적 요소들이 결과의 정확성에 큰 영향을 미친다. 표준화된 검사 절차는 이러한 기술적 요소들을 체계적으로 정리하여 검사자들이 일관성 있게 검사할 수 있도록 돕는다. 이는 검사 결과의 신뢰성을 높이고, 여러 검사자 간의 결과 비교를 가능하게 한다. 표준화된 절차는 또한 신규 검사자들에게 중요한 교육 자료로 활용될 수 있다[3, 7].

본 론

1. 검사장비

TCD 검사 장비는 다양한 임상적 요구를 충족시키기 위해 여러 가지 형태와 기능으로 제공된다. 휴대용 장비는 이동성과 응급 상황에서의 사용 편의성을 제공하며, 고정형 장비는 고해상도 이미지와 안정성을 제공한다. 최근 로봇 보조 장비는 자동화된 프로세스를 통해 검사의 정확성을 높이고, 다채널 장비는 복합적인 분석을 가능하게 한다. 또한, 진단 전용 및 모니터링 장비는 특정 목적에 맞춰 최적화되어 있다. 이러한 다양한 장비들은 TCD 검사의 유연성을 높이고, 다양한 임상 상황에서 최적의 진단과 치료 모니터링을 가능하게 한다. 현재 임상에서 주로 사용되는 TCD 장비들은 각기 다른 기술적 특성과 기능을 제공하여, 뇌혈관 질환의 진단과 모니터링에 효과적으로 사용된다.

병원에서 사용되는 장비를 자세히 살펴보면, Compumedics DWL Multi-Dop T 장비와 Spencer Technologies ST3 장비는 다채널 기능과 고해상도 이미지를 제공하여 복잡한 뇌혈관 질환의 평가에 유리하며, Nicolet SONARA 장비는 신경과 진단에 특화된 기능을 제공한다. Delica EMS-9U 장비는 지속적인 모니터링 기능을 갖추고 있어 중환자실 등에서 유용하며, Rimed Digi-Lite 장비는 보조 기능을 통해 자동화된 정확한 검사를 수행할 수 있다[7, 8].

2. 검사 세팅 및 준비물

1) 환자 정보 입력

TCD 검사의 일반 절차는 Table 1과 같다. 먼저, 환자의 기본 정보를 입력한다. 이에는 환자의 이름, 등록번호, 생년월일, 성별 및 나이, 혈압, 맥박 등이 포함된다. 이러한 정보는 검사 결과와 환자의 상태를 정확하게 연관 짓기 위해 필수적이다.

The general procedure for transcranial Doppler ultrasound examination

Window Patient position Insonating vessels
Transtemporal Supine Middle cerebral artery, anterior cerebral artery, posterior cerebral artery
Transorbital Supine Ophthalmic artery, carotid siphon (C4, C2)
Suboccipital Sitting/supine Vertebral artery, basilar artery
Submandibular Supine Internal carotid artery, external carotid artery, common carotid artery


2) 환자 자세 설정

환자를 편안한 자세로 눕힌다. 이는 검사의 정확성을 높이고 환자의 불편을 최소화하기 위함이다.

3) 검사 위치 설정

각 혈관에 맞는 적절한 검사 위치를 설정한다. 이는 각각의 혈관을 최적의 조건에서 검사할 수 있도록 돕는다.

4) 초음파 젤 적용

초음파 신호의 전달을 최적화하기 위해 탐촉자와 피부 사이에 초음파 젤을 충분히 바른다. 젤은 공기층을 제거하여 신호의 손실을 줄이고 명확한 이미지를 얻을 수 있게 한다.

3. 환자 주의 사항

환자는 렌즈를 착용한 경우 렌즈를 제거하고, 눈 화장을 피하고, 목이 가려지지 않는 편안한 복장으로 검사를 받아야 한다. 식사 여부는 상관이 없다. 렌즈가 착용된 상태에서 초음파 탐촉자가 눈 주위에 접근할 때, 렌즈로 인해 눈이 자극을 받을 수 있다. 이는 검사 중 불편함을 초래할 뿐만 아니라, 초음파의 정확한 측정을 방해할 수 있다. 눈 화장은 TCD 검사에서 초음파 탐촉자와의 접촉을 방해할 수 있다. 목이 가려지는 옷을 착용하면 목 주변에서 검사 시 탐촉자를 올바르게 위치시키는 데 어려움을 줄 수 있다. 또한 환자의 편안함을 증진시켜 검사가 원활하게 진행될 수 있도록 돕는다.

4. 검사방법

1) Transcranial Doppler 기본 검사(routine TCD protocol)

(1) 관자경유창(transtemporal insonation)

검사를 시작하기 전에, 환자는 검사하려는 쪽의 반대 방향으로 고개를 돌리거나 바른 자세를 유지해야 한다. 초음파 탐촉자는 수직에 가깝게 놓고 검사를 실시한다.

중간대뇌동맥(middle cerebral artery, MCA)을 검사할 때, 먼저 탐촉자를 귀둘레 앞쪽 기시부에 있는 약간 오목한 곳에 위치시킨다. 이 위치는 일반적으로 두개골이 가장 얇아 신호가 가장 잘 잡히는 곳이다. 여기서 탐촉자의 각도와 깊이를 조절해 가며 만족할 만한 혈류 신호를 찾는다. 만약 이 위치에서 만족할 만한 신호를 찾지 못한다면, 다른 위치로 탐촉자를 옮겨가며 다시 시도한다. 먼저 전상방으로 이동한 후, 약간의 전후방, 그리고 후상방 순으로 조정해 본다. 때때로 눈썹 뒤 오목한 곳에서도 신호를 찾을 수 있다. 가장 속도가 빠르고 혈류가 선명하게 보이는 위치를 찾으면, 그 위치에서 MCA의 전장을 추적한다. MCA의 혈류를 측정하기 위한 깊이는 보통 45∼60 mm 사이이므로 혈관의 해부학적 각도가 일직선에 해당하는 중간 깊이에서 시작하는 것이 관찰에 용이하다. 이를 위해 깊이를 54, 50, 46, 50, 56, 60 mm로 조절하면서 탐색한다. 이때 혈류 속도가 40 이상이거나 50 이상이며, 혈류의 모양이나 소리가 MCA에 적합하다면, 그 깊이에서 측정값을 저장한다. 일반적으로 저장하는 깊이는 46, 50, 56, 60 mm이다. 이와 같은 과정을 통해 MCA의 전체 혈류 상태를 정확히 평가하고 기록할 수 있다.

MCA를 추적하다 보면 깊이 60∼70 mm (주로 64 mm 전후)에서 양방향(bidirectional)으로 혈류가 보이는 지점이 나타난다. 이 지점은 MCA와 앞대뇌동맥(anterior cerebral artery, ACA)의 분지점(bifurcation)이다. 이곳에서 toward flow는 MCA로 가는 것이고, away flow는 ACA로 가는 것이다. 이 지점은 뒤대뇌동맥(posterior cerebral artery, PCA)을 잡는 point depth이다. PCA를 검사할 때 이 깊이를 참고하면 유용하다. 따라서, MCA와 ACA의 분지점에서는 양방향 혈류 패턴을 인식하여 각각의 혈류 방향을 확인하고, PCA 검사 시 이 깊이를 기억하여 활용하는 것이 중요하다.

ACA를 검사할 때, MCA와 ACA의 분지점에서 탐촉자의 각도를 약간 앞쪽, 위쪽, 또는 아래쪽으로 조절하여 ACA의 away flow를 명확히 한 후, 깊이를 64 mm, 70 mm, 74 mm로 조절하면서 ACA의 혈류를 추적하고 기록한다. ACA의 혈류 신호는 MCA보다 더 깊은 위치에서 관찰되기 때문에 MCA 신호보다 상대적으로 약한 신호를 보이며, 혈류 속도 또한 MCA보다 약간 낮다. 양방향 혈류 패턴을 확인하고 각도를 전방과 상향으로 조절하여 깊이가 깊어질수록 toward flow가 사라지는지 확인하는 것이 포인트이다.

PCA 검사 시 MCA와 ACA의 분지점에서 bidirectional 신호를 확인하고 탐촉자의 각도를 뒤쪽, 약간 아래쪽으로 조정하여 toward flow이면서 MCA와 ACA보다 느린 P1의 혈류를 찾고, 깊이를 조절하여 P2 포션의 reverse flow를 확인하며, PCA는 각도를 뒤로 하고 flow rate가 30 전후인 toward flow이면서 깊이가 60 mm 이하에서 사라지고 70 mm 이상에서도 잘 보인다. PCA는 뇌간, 측두엽 하부, 후두엽의 주혈관으로, 시각 피질과 관련된 반응을 통해 다른 혈관과 구별할 수 있다. 눈을 뜨게 하면 속도가 증가하고 동측 경동맥 압박(ipsilateral carotid compression)에 속도 변화가 없는 경우로 구분할 수 있다.

(2) 안와경유창(transorbital insonation)

환자가 정면을 보며 눈을 감게 하고, 콘택트렌즈를 제거하게 한 뒤, 백내장이나 녹내장 같은 최근 수술 이력이 있는지 확인하여 검사를 제한할 수 있다. 환자의 수술 후 회복 상태를 충분히 평가하고, 안과 전문의와 협의하여 안전한 검사 시기를 결정하는 것이 중요하며, 일반적으로 수술 후 6주에서 8주 후에 초음파 검사가 가능한 것으로 알려져 있다. 일반적으로 강한 초음파는 백내장을 유발할 가능성이 있으므로 Power는 10% 미만으로 설정한다[1].

눈동맥(ophthalmic artery, OA) 검사 시 환자의 supraorbital margin에 탐촉자를 약간 걸치고 정중앙에서 약간 외측에 위치시켜 약간 중간으로 향하게 하며, 깊이는 45에서 60 사이에서 시작하여 찾아보고, OA는 박동지수가 1 이상으로 다른 혈관보다 높다.

Siphon 검사 시에는 OA에서 depth를 높여가면서 손목동맥(internal carotid artery, ICA)이 빠르고 풍부한 혈류를 보이는 66 전후에서 확인하고, 혈류가 잘 나타나지 않으면 탐촉자를 이동시켜 angle을 조절하여 잘 잡히도록 하며, angle을 약간 위로 하면 toward flow가 나타나는 C4 portion이 되고, C4와 유사하거나 아래위 깊이에서 angle을 조절하면 away flow가 나타나는 C2이며, toward flow & away flow가 함께 나타나면 한 가지를 잡아 C3 portion으로 확인하고, depth가 80 이상으로 넘어가면서 나타나는 flow는 siphon이 아니므로 감별에 이용된다.

(3) 뒤통수밑창(suboccipital window)

환자를 의자에 앉혀서 고개를 약간 앞으로 숙이게 하여 하는 검사 방법, 누운 상태에서 고개만 반대편으로 돌리고 베개를 위로 빼서 목뒤가 노출되게 하여 검사하는 방법, 벽을 보게 하는 방법은 각각 뒤통수(skull base) 아래쪽을 만졌을 때 움푹 들어가는 뇌바닥동맥 부분(basilar artery, BA)과 그 양옆 척추동맥(2 cm lateral; vertebral artery, VA)을 이용하여 검사한다

BA 검사를 할 때, 정중앙에서 probe를 약 15도 정도 위로 향하게 하여 depth 80∼110 mm까지 4∼6 mm 간격으로 tracing하고, 정중앙에서 신호가 잘 나오지 않을 때는 양옆에서 동일한 depth를 이용하여 BA를 찾을 수 있다.

VA 검사를 할 때, 양옆에서 중앙을 향해 15∼30도 정도의 angle을 주고 55∼75 깊이까지 depth를 설정하여 검사를 진행하며, 중앙에서는 동일한 depth로 angle을 좌 또는 우로 틀어 VA를 찾을 수도 있다.

(4) 아래턱밑창(submandibular window)

환자의 정면을 쳐다보게 하고 고개를 약간 들고 목을 완전히 노출시킨 후 약간만 고개를 반대편으로 돌린 뒤, 목빗근(sternocleidomastoid muscle, SCM)의 약간 바깥쪽(가끔 안쪽)에서 시작하여 SCM을 가로지르고 턱뼈각(mandibular angle) 쪽으로 가는 가상의 경동맥(carotid line)에 젤리를 바르고, SCM의 바깥쪽에서 목 base까지 probe를 45도 정도 위로 향하게 하여 몸쪽 온목동맥(proximal common carotid artery, CCA)을 찾은 후, SCM을 가로지르면서 Adam’s apple 근처에서 모양이 변화가 생기는 먼 쪽 온목동맥(distal CCA)을 확인하여 그 변하는 지점이 bifurcation 지점임을 알고, 이후 mandibular angle 밑이 바깥목동맥(external carotid artery, ECA)이며, 다시 bifurcation에서 위래 약간 앞쪽으로 깊이 넣으면 ICA를 찾는다. CCA, ECA, ICA는 각각 모양이 다르므로 그 모양을 기억해 두어야 한다. ICA 혈류 패턴은 고혈류 저저항(high-flow low-resistance) 형태로 높은 혈류 속도를 유지하며, 낮은 저항성을 보이는 부드러운 도플러 파형이다. 이에 반해 ECA 혈류 패턴은 고저항 저혈류(high-resistance low-flow) 형태로 낮은 혈류 속도, 높은 저항성을 보인다. CCA 혈류 패턴은 혼합된 형태로 중간 정도의 혈류 속도, 두 가지 혈관 특성을 모두 반영한 도플러 파형이다.

(5) 기본 검사의 tip

Reverse (outward) flow는 direction을 변경하여 측정하고, 만일 아예 잡히지 않는다면 window를 변경하고, 흐릿하게 잡힐 때는 angle을 조심스럽게 조절하고 gain (dB)과 sample volume (mm)을 높인다. 보통의 sample volume이 10 (장비의 종류에 따라 수치 범위가 다양)이 적절하다. Envelop이 명확하지 않을 때는 envelop을 off 시키고 나중에 reading mode에서 cursor 수동으로 systole과 diastole을 잡고, 자동 계산으로 평균 혈류 속도와 박동지수를 구한다. 또한, 잡은 후에는 freeze 하여 gain을 조절하거나 parameter를 변경하거나 이름을 바꿔 넣어 저장할 수도 있다. 바람직한 flow는 envelope 주위가 붉은색이고 왼쪽 아래에는 밝은 창처럼 흰색, 초록색, 파란색이 깔리는 결흐름(laminar flow)이고, 난류(turbulent flow)가 보인다면 stenosis를 시사하는 것이므로 angle을 조절하여 정상적인 flow임을 확인해야 한다. TCD 검사 시에는 다양한 속도의 파형이 잡힐 수 있으나 그중에서 가장 빠르고 큰 모양을 갖는 파형을 잡아야 하고 좌우의 속도나 모양을 기억하고 비교해야 한다. 기본 검사 방법에 대한 상세한 내용은 Appendix 1에 제시되어 있다.

2) TCD 모니터링 검사

(1) Microembolic signal

TCD microembolic signal (MES) 검사를 수행하기 위해서는 2 MHz 탐촉자(일반적으로 2개)와 헤드셋이 필수 요소이다. 헤드셋은 탐촉자를 환자의 머리에 안정적으로 고정하는 데 사용된다.

TCD MES 검사에서 중요한 것은 정확한 측정 위치를 선택하는 것이다. 일반적으로 양쪽 MCA에서 실시하지만 측두창이 불량하거나 병변이 위치하여 검사가 불가능한 경우 BA에서 측정 가능하다. 이들 위치에서 탐촉자를 사용하여 최대 혈류 신호를 찾는다. 최적의 신호를 찾기 위해 탐촉자를 약간씩 움직이며 조정한다. 탐촉자가 최적의 신호를 찾으면, 이를 고정한다. 이를 통해 각 측정 위치에서 안정적이고 일관된 신호를 얻을 수 있다. 헤드셋을 사용하여 탐촉자가 움직이지 않도록 고정하는 것이 좋다. MES 검출을 위해서는 일정 시간 동안 지속적인 기록이 필요하다. 일반적으로 20∼30분 동안 기록을 유지하며, 이 시간 동안 탐촉자는 고정된 위치에서 지속적으로 혈류 신호를 수집한다. 환자는 검사 중 움직이지 않도록 주의해야 하며, 편안한 자세를 유지한다. 검사 결과는 자동 탐색과 수동 탐색을 통해 확인할 수 있다. 자동 탐색 기능은 신속하고 편리하지만, 수동 탐색이 더 정확한 결과를 확인할 수 있다. 검사자의 수동 탐색을 통해 MES 신호를 더욱 세밀하게 분석하고, 놓칠 수 있는 미세 신호까지 탐지할 수 있다.

(2) MES 검사 tips

MES 검사의 장비 설정에서 중요한 것은 작은 sample volume과 적절한 scale을 사용하는 것이다. 작은 sample volume을 통해 보다 정밀한 측정이 가능하며, 적절한 scale을 통해 세부적인 혈류 변화를 감지할 수 있다. Gain은 낮게 설정하여 잡음비를 개선하여 미세 색전 신호를 더 명확하게 볼 수 있도록 한다. Envelope curve를 제거하고 가능한 낮은 power 설정이 안전 범위 내에서 최적의 신호를 얻을 수 있다. Sweep speed는 일반적으로 4.1 cm/sec로 설정하는 것이 효과적이다. TCD MES 검사는 가능한 한 빠르게 시행하는 것이 양성률이 높다.

(3) Right to left shunts (RLS), patent foramen ovale (PFO)

2 MHz 탐색자가 부착된 헤드셋을 환자의 머리에 씌우고 양측 MCA에 고정한 후, 환자를 바로 눕히고 팔오금정맥에 18게이지 바늘로 주사선을 확보하고 삼방향정지꼭지(3 way stopcock)를 설치한다. 생리식염수 8 cc와 공기 1 cc가 들어있는 두 개의 주사기를 삼방향정지꼭지에 연결하여 최소 10회 교대로 미세공기방울을 만든 뒤 이를 팔오금정맥으로 주사하고 환자의 혈액을 소량(1 cc) 혼합하여 미세공기방울을 안정화시킨다. 환자가 발살바 수기(Valsalva maneuver)를 수행하여 안정기에 잠복해 있는 right to left shunts (RLS)를 활성화시키고 약 1분 동안 혈류 신호를 모니터링하여 미세색전신호 유무를 확인한다. 공기방울이 혈류 내에서 얼마나 오래 존재하는지를 확인하기 위해 충분한 시간을 두고 모니터링한다. Patent foramen ovale (PFO)과 같은 비교적 작은 단락의 경우, 공기방울이 좌측 심방으로 이동하여 뇌혈관에 도달하기까지 보통 15초 이내에 감지되는 경향이 있다. 검사 시작 후 15∼30초 이내에 신호가 감지되는 경우 PFO일 가능성이 높다. 이에 반해 폐동정맥기형(pulmonary arteriovenous malformation)은 보통 더 큰 단락으로, 미세공기방울이 뇌로 이동하는 데 시간이 더 걸릴 수 있어, 신호가 더 길게 지속되는 경향이 있다[9, 10].

(4) RLS 검사 TIPs

PFO의 해부학적 위치와 부력 때문에 바로 앉은 자세에서 발살바 수기를 시행할 때 미세색전신호가 잘 검출되므로 여러 자세에서 반복 검사를 시행한다. PFO는 신체의 자세와 관련하여 혈류의 동역학에 영향을 받는다. 바로 앉은 자세에서는 중력과 부력의 영향을 받아 우심방의 압력이 높아질 수 있으며, 이로 인해 PFO를 통한 혈액의 흐름이 증가할 수 있다. 발살바 수기는 이 압력 차이를 더욱 극대화시켜 미세색전신호를 잘 검출할 수 있도록 도움을 준다.

(5) Vasomotor reactivity test (VMR)

TCD에서 VMR은 혈류 공급의 자동조절 능력을 평가하는 척도이다[1]. 기본 원리는 안정 상태에서 TCD 검사를 시작한 후, pCO2를 상승시켜 혈관 확장을 유발하고 혈류 속도의 증가를 모니터링하는 것이다. pCO2의 상승은 호흡 정지, 이산화탄소 흡입법, 또는 아세타졸아마이드 사용으로 유발할 수 있으며, 특히 호흡 정지법은 가장 간단하지만 피검자의 협조가 필요하고 30초 동안 숨을 참기 어려운 경우도 있다. 호흡 정지법은 환자가 가능한 한 숨을 멈춰 이산화탄소의 자연 증가를 유도하는 방법이다. 일반적으로 5%∼9%의 혈류 속도 증가가 정상으로 간주된다.

: VMR(%)=   MCA -  MCA   MCA  ×100

이산화탄소 흡입법은 환자가 일정량의 이산화 탄소를 포함한 혼합 기체를 흡입한다. 이산화탄소는 뇌혈관 확장을 유도하여 혈류 속도를 증가시킨다. 일반적으로 2∼4 %/mmHg의 이산화탄소 증가에 대한 혈류 속도 변화가 정상으로 간주된다.

: VMR(%)=hypercapnia  MCA -  MCA   MCA  ×100

혈관 확장제인 아세타졸아마이드를 정맥 투여하여 혈류 속도의 변화를 관찰하는 방법으로 아세타졸아마이드 투여 후 30%∼70%의 혈류 속도 증가가 정상으로 간주된다.

: VMR(%)=acetazolamide  MCA -  MCA    MCA  ×100

이산화탄소 흡입 및 아세타졸아마이드 사용 시 환자의 기저 질환, 특히 호흡기 및 심혈관계 이상이 있는 경우 주의가 필요하며, 환자에게 절차와 목적에 대한 충분한 설명을 제공하고, 불편함이 없도록 주의한다[1].

3) TCD를 이용한 기타 검사

TCD는 뇌사 진단을 위한 보조 검사로 사용되며, 뇌사 시 MCA, ICA, BA에서 관찰되는 특징적인 소견은 oscillating, reverberating, to-and-fro flow 또는 systolic spikes이다(Figure 1). 이는 이완기 동안 혈류가 뇌에서 반대 방향으로 흐르며, 뇌관류 부족과 두개내압 상승을 나타낸다. TCD는 뇌사 진단에 있어 민감도 90%, 특이도 98%를 보인다[9].

Fig. 1. Transcranial Doppler ultrasound characteristic flow patterns indicating cerebral circulatory arrest.

혈관연축(vasospasm)은 지속적인 혈관의 수축 상태를 의미하며, 지주막하 출혈(subarachnoid hemorrhage, SAH) 후 3∼12일 사이에 자주 발생해 지연성 허혈성 신경 손상을 초래할 수 있다[9]. SAH 직후 시행한 TCD는 주요 뇌동맥의 혈류 속도를 측정할 수 있으며, 정기적인 반복 검사를 통해 혈류 속도의 변화와 혈관연축을 조기에 발견할 수 있다. 혈관연축은 ICA와 MCA의 혈류 속도 비율(Lindegaard ratio)이 3 이상이고 MCA 평균혈류속도(mean flow velocity, MFV)가 200 cm/ sec를 초과할 때 진단되며, MCA MFV가 120 cm/sec 미만일 경우 혈관연축은 제외된다. 측두창이 불량한 경우 후방순환계, 특히 BA를 이용한 혈관연축 진단이 대안이 될 수 있다. BA의 평균혈류속도를 관찰하여 혈관연축 여부를 평가하는데, 일반적으로 85 cm/sec를 초과하면 혈관연축의 가능성을 고려한다.

쇄골하동맥도류증후군(subclavian steal syndrome)은 VA의 시작 전에 쇄골하동맥의 협착이 있을 때 발생하며, 보통 좌측에서 더 자주 관찰된다. 이로 인해 VA에서 쇄골하동맥으로 혈류가 역류하거나 감소한다. 불확실할 경우 충혈 검사(hyperemia test)로 유발할 수 있다. TCD로 동측 VA를 관찰하면서, 동측 팔에 혈압 커프를 수축기 혈압보다 20 mmHg 높여 3∼5분간 유지한 후 급격히 풀어 혈류 역전을 확인한다.

5. 증례 1

1) 환자 정보: 66세 남성으로 갑작스러운 우측 팔다리 마비로 내원.

2) TCD findings: 좌측 MCA에서 혈류속도 감소와 flow acceleration 저하, 좌측 ACA 역행성 혈류 확인, 우측 ACA의 collateral로 생각되는 평균혈류속도 증가 확인, 우측 MCA 이상소견 없음(Figure 2). 우측 OA는 저혈류 고저항 형태의 정상적인 파형의 패턴 확인, 좌측 OA는 고혈류 저저항 형태의 역행성 혈류 확인(Figure 3).

Fig. 2. (A) TCD waveforms of the right MCA and ACA (red arrow toward flow, blue arrow away flow), (B) MRA image, (C) TCD waveforms of the left MCA and ACA (red arrow toward flow).
Abbreviations: TCD, transcranial Doppler; MCA, middle cerebral artery; ACA, anterior cerebral artery; MRA, magnetic resonance angiography.

Fig. 3. (A) TCD waveforms of the right OA, (B) OA blood flow direction (red arrow inward flow, blue arrow outward flow) artery, (C) TCD waveforms of the left OA.
Abbreviations: TCD, transcranial Doppler; OA; ophthalmic artery.

3) TCD conclusion: 좌측 MCA의 속도 감소와 혈류 가속 저하를 확인하였고, 좌측 ACA의 역행성 혈류를 관찰하였다. 우측 ACA의 속도 증가는 전교통동맥(anterior communicating artery)을 통한 측부 순환 존재를 파악할 수 있다. 또한 좌측 OA의 고혈류 저항 형태의 변화와 역행성 혈류의 관찰은 안동맥을 통한 측부 순환을 확인하는 소견이다. 위 TCD 관찰 결과를 종합하면 좌측 근위부 ICA 폐색으로 의심된다.

6. 증례 2

1) 환자 정보: 59세 여성으로 자고 일어난 후 우측 편마비 증상 있어 내원.

2) MRI 검사: 급성 뇌경색 소견 발견.

3) TCD 검사: 기본 검사에서 정상 소견 관찰됨.

4) TCD MES 검사: 고강도 일시적인 신호(high-intensity transient signals, HITS)의 카운트는 자동 탐색과 수동 탐색이 병행되었으며, 일반적인 기준은 다음과 같다: 첫째, 지속시간은 300 미만으로 짧고; 둘째, 색전의 성질에 따라 다르나 진폭은 배경 혈류 신호보다 최소 3 dB 이상; 셋째, 한 방향으로 나타날 것; 넷째, 특징적인 소리(딱, 짹)가 뒤따라야 한다. 30분 동안의 모니터링 검사에서 HITS는 양쪽 MCA에서 8번 관찰되었다(Figure 4).

Fig. 4. High-intensity transient signals (HITS, microembolic signals, MES) in the doppler spectrum during TCD monitoring of bilateral middle cerebral arteries for 30 minutes.
Abbreviations: MCA, middle cerebral artery; TCD, transcranial Doppler.

5) TCD MES conclusion: 8 MES (Rt. 4/Lt. 4) in both MCAs were noticed during monitoring for 30 minutes.

7. 증례 3

1) 환자 정보: 61세 남성으로 갑자기 발생한 구음 장애 주소로 내원.

2) MRI 검사: 좌측 뇌경색 진단.

3) TCD 검사: 기본 검사에서 정상 소견 관찰됨(Figure 5).

Fig. 5. Routine transcranial Doppler study summary report.
Abbreviations: MCA, middle cerebral artery; ACA, anterior cerebral artery; PCA, posterior cerebral artery; OA, ophthalmic artery; VA, vertebral artery; CCA, common carotid artery; ICA, internal carotid artery; ECA, external carotid artery; BA, basilar artery.

4) TCD-RLS 검사: 2 MHz 탐촉자가 부착된 헤드셋을 이용해 양쪽 MCA의 혈류 신호를 모니터링하였다. 첫 번째 실린지에 생리식염수 8 cc와 공기 1 cc, 두 번째 실린지에 미세공기방울을 안정화시키기 위한 환자 혈액 1 cc를 삼방향 정지꼭지에 연결하였다. 이후, 10회 이상 교대 혼합 후 팔오금정맥에 주사하고, 환자는 발살바 수기를 동시에 시행하였다(Figure 6). “shower” 형태의 20개 이상의 미세색전신호가 관찰되었다(Figure 7).

Fig. 6. Agitated saline contrast setup.

Fig. 7. Contrast-enhanced transcranial doppler revealed a grade 2 right-to-left shunt during the valsalva maneuver.
Abbreviation: MCA, middle cerebral artery.

5) TCD-RLS conclusion: Positive PFO study (Grade II, >20 and no curtain). 기준은 International Consensus Criteria를 참고하였다(Table 2).

International Consensus Criteria

Grade Number of microembolic signal
Negative 0
I 1∼20
II >20 and no curtain
III “Curtain” appearance

고 찰

경두개 도플러 초음파(TCD) 검사는 비침습적으로 뇌혈류를 평가할 수 있는 중요한 도구로서, 뇌혈관 질환의 진단과 치료 모니터링에 광범위하게 활용되고 있다. 특히, 뇌졸중, 뇌사 판정, 두개 내 압력 상승 등 다양한 임상 상황에서 TCD의 유용성은 이미 입증되었다[1-5]. 이러한 상황에서 TCD 검사의 중요성을 재확인하고, 검사 방법과 주의 사항을 체계적으로 정리하여 검사자들에게 유용한 가이드를 제공하는 것이 본 논문의 주요 목적이다.

TCD 검사는 혈류 속도의 변화를 분석하여 뇌혈관 협착, 폐색, 혈류 역학적 변화를 평가한다. 그러나 혈류 속도만으로는 혈류량의 증가인지, 아니면 혈관 직경의 감소인지 명확하게 구분하기 어려운 경우가 많다. 예를 들어, ACA의 혈류 속도 증가가 ACA의 협착, 반대측 ACA의 무형성, 동측 MCA 폐색 등 여러 원인 중 어떤 것인지 판별하기 위해서는 주변 혈관과의 상호작용을 종합적으로 이해해야 한다. 따라서 TCD는 단순한 수치 분석이 아니라, 임상 소견과 혈역학적 변화를 통합적으로 고려한 종합적인 접근이 필요하다. 또한, 해부학적 변이는 TCD 검사 결과의 해석에 중요한 영향을 미친다. 정상적인 Willis 환 구조를 가진 경우는 보고된 통계 범위가 넓어 다양한 해부학적 변이를 염두에 두고 검사 결과를 해석해야 한다[11]. 이는 특히 뇌졸중 환자나 뇌혈관 기형 환자의 경우 더욱 중요하다. 따라서 검사자는 환자의 해부학적 특성을 충분히 이해하고, 이를 바탕으로 검사 결과를 정확히 해석할 수 있어야 한다. 음향 창의 질 역시 TCD 검사에 큰 영향을 미친다. 고령, 여성, 동양인 및 흑인의 경우 음향 창이 좋지 않을 수 있어 신호를 포착하는 데 어려움이 있다[12]. 이러한 경우에는 다른 방법을 병행하여 검사 정확도를 높이는 방안을 고려해야 한다. 예를 들어, 반대쪽 음향 창을 활용하거나, 다른 영상 기법을 병행하여 정확한 진단을 내리는 것이 중요하다.

TCD 검사는 검사자의 기술에 크게 의존하는 검사이다. 초음파 탐촉자를 두개골의 적절한 위치에 정확하게 배치하고, 각도를 올바르게 조정하는 기술적 숙련도가 결과의 정확성에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 지속적인 교육과 훈련을 통해 검사자의 기술적 숙련도를 높이는 것이 중요하다. 이는 특히 신규 검사자들에게 중요하며, 표준화된 검사 절차를 통해 일관된 검사 결과를 얻을 수 있다.

앞으로 TCD 검사의 정확성과 유용성을 높이기 위해서는 자동화된 시스템과 인공지능(AI) 기술을 활용한 진단 보조 도구가 개발될 필요가 있다. 로봇 보조 장비와 다채널 장비는 이미 검사의 정확성을 높이는 데 기여하고 있으며, 앞으로 더 발전된 기술이 도입될 것이다[13, 14]. 또한, 원격 진단 및 모니터링 기술의 발전에 따라 TCD 검사는 더 넓은 범위에서 활용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 중환자실이나 응급 상황에서도 신속하고 정확한 진단이 가능해질 것이다.

결론적으로, TCD 검사는 뇌혈관 질환의 진단과 치료 모니터링에 있어 필수적인 도구로서, 기술적 발전과 표준화된 절차를 통해 그 유용성이 더욱 증대될 것이다. 검사자들은 지속적인 교육과 훈련을 통해 기술을 연마하고, 최신 기술을 적극적으로 도입함으로써 TCD 검사의 잠재력을 최대한 활용해야 한다. 이는 환자의 치료 효과를 극대화하고, 진단의 정확성을 높이는 데 기여할 것이다.

요 약

경두개 도플러(transcranial doppler, TCD) 초음파는 뇌혈류를 평가하는 데 중요한 비침습적 도구로, 뇌혈관 질환의 진단과 모니터링에 널리 사용되고 있다. 본 논문은 TCD의 중요성을 재확인하고, 검사 방법 및 주의 사항을 정리하여 실무자에게 가이드를 제공하고자 한다. TCD는 혈류 속도 변화를 평가하여 뇌혈관 협착, 폐색, 혈류 역학적 변화를 평가한다. 그러나 혈류 속도만으로는 혈류량 증가와 혈관 직경 감소를 구분하기 어렵다. 따라서 임상 소견과 혈류 역학적 변화를 통합적으로 고려한 종합적 접근이 필요하다. TCD 결과의 신뢰성은 검사자의 기술에 크게 의존하므로 표준화된 절차와 지속적인 교육 및 훈련이 필요하다. TCD 분석의 자동화와 인공지능(AI) 기술의 발전은 정확성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 향후 연구는 이러한 새로운 기술들을 검증하고 임상에 적용하는 데 중점을 두어야 한다. 본 논문은 TCD의 중요성, 검사 방법, 주의 사항을 검토하며, 실무자에게 유용한 가이드를 제공하고자 한다. TCD의 지속적인 발전과 임상 적용 확대가 뇌혈관 질환의 진단 및 치료에 기여하기를 기대한다.

Acknowledgements

The authors would like to express their gratitude to the medical staff of the Neurology Department at Chung-Ang University healthcare system. This paper was supported by the Korean Association of Medical Technologists in 2024 and proceeded by support project for thesis submission by member practitioners. Proofreading performed by Park SK.

Funding

None

Conflict of interest

None

Author’s information (Position)

Jeong HT1, Clinical laboratory technologist; Jeon SN2, Clinical laboratory technologist; Han S2, Clinical laboratory technologist.

Authors Contributions

- Conceptualization: Jeong HT.

- Data curation: Jeong HT, Jeon SN, Han S.

- Formal analysis: Jeong HT.

- Methodology: Jeong HT, Jeon SN, Han S.

- Software: Jeong HT.

- Validation: Jeong HT, Jeon SN, Han S.

- Investigation: Jeong HT.

- Writing - original draft: Jeong HT, Jeon SN, Han S.

- Writing - review & editing: Jeong HT.

References
  1. Lee JY, Yu S, Lee SI, Jung KH, Seo WK, Park JM, et al. Transcranial Doppler ultrasound: practice standards part I. Test performance and interpretation. J J Neurosonol Neuroimag. 2016;8:1-13.
  2. Jeong HT, Kim DS, Kang KW, Nam YT, Oh JE, Cho EK. Factors affecting basilar artery pulsatility index on transcranial Doppler. Korean J Clin Lab Sci. 2018;50:477-483. https://doi.org/10.15324/kjcls.2018.50.4.477
    CrossRef
  3. Alexandrov AV, Sloan MA, Tegeler CH, Newell DN, Lumsden A, Garami Z, et al. ; American Society of Neuroimaging Practice Guidelines Committee. Practice standards for transcranial Doppler (TCD) ultrasound. Part II. Clinical indications and expected outcomes. J Neuroimaging. 2012;22:215-224. https://doi.org/10.1111/j.1552-6569.2010.00523.x
    CrossRef
  4. Hassler W, Steinmetz H, Gawlowski J. Transcranial Doppler ultrasonography in raised intracranial pressure and in intracranial circulatory arrest. J Neurosurg. 1988;68:745-751. https://doi.org/10.3171/jns.1988.68.5.0745
    Pubmed CrossRef
  5. Bellner J, Romner B, Reinstrup P, Kristiansson KA, Ryding E, Brandt L. Transcranial Doppler sonography pulsatility index (PI) reflects intracranial pressure (ICP). Surg Neurol. 2004;62:45-51; discussion 51. https://doi.org/10.1016/j.surneu.2003.12.007
    Pubmed CrossRef
  6. The top 10 causes of death [Internet]. World Health Organization [cited 2024 June 13].
    Available from: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/the-top-10-causes-of-death
  7. Sharma VK, Tsivgoulis G, Lao AY, Malkoff MD, Alexandrov AV. Noninvasive detection of diffuse intracranial disease. Stroke. 2007;38:3175-3181. https://doi.org/10.1161/strokeaha.107.490755
    Pubmed CrossRef
  8. Yeo LL, Sharma VK. Role of transcranial Doppler ultrasonography in cerebrovascular disease. Recent Pat CNS Drug Discov. 2010;5:1-13. https://doi.org/10.2174/157488910789753576
    Pubmed CrossRef
  9. Do Y, Kim YJ, Lee JH. Transcranial Doppler: examination techniques and interpretation. Ann Clin Neurophysiol. 2019;21:71-78. https://doi.org/10.14253/acn.2019.21.2.71
    CrossRef
  10. Caso V, Turc G, Abdul-Rahim AH, Castro P, Hussain S, Lal A, et al. European Stroke Organisation (ESO) Guidelines on the diagnosis and management of patent foramen ovale (PFO) after stroke. Eur Stroke J. 2024 [Epub ahead of print]. https://doi.org/10.1177/23969873241247978
    Pubmed CrossRef
  11. Kapoor K, Singh B, Dewan LI. Variations in the configuration of the circle of Willis. Anat Sci Int. 2008;83:96-106. https://doi.org/10.1111/j.1447-073x.2007.00216.x
    Pubmed CrossRef
  12. Bazan R, Braga GP, Luvizutto GJ, Hueb JC, Hokama NK, Zanati Bazan SG, et al. Evaluation of the temporal acoustic window for transcranial Doppler in a multi-ethnic population in Brazil. Ultrasound Med Biol. 2015;41:2131-2134. https://doi.org/10.1016/j.ultrasmedbio.2015.04.008
    Pubmed CrossRef
  13. Mainali S, Cardim D, Sarwal A, Merck LH, Yeatts SD, Czosnyka M, et al. Prolonged automated robotic TCD monitoring in acute Severe TBI: study design and rationale. Neurocrit Care. 2022;37:267-275. https://doi.org/10.1007/s12028-022-01483-6
    Pubmed CrossRef
  14. Gan L, Yin X, Huang J, Jia B. Transcranial Doppler analysis based on computer and artificial intelligence for acute cerebrovascular disease. Math Biosci Eng. 2023;20:1695-1715. https://doi.org/10.3934/mbe.2023077
    Pubmed CrossRef

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