膈肌功能評估及其在機械通氣中的重要意義研究進展

張疏

（浙江省腫瘤醫院ICU 浙江 杭州 310022）

呼吸肌是人體呼吸運動的動力泵，驅動肺的氣體交換，是人體賴以生存的骨骼肌[1]。膈肌由膈神經支配，其呼吸運動占呼吸動力學的60%～80%以上，是最重要的呼吸肌[2]。膈肌功能狀態對機械通氣患者的呼吸運動、膈肌形態和功能的改變有重要影響。Goligher等[3]針對107例機械通氣患者的研究顯示，機械通氣一周后，約44%的患者膈肌厚度減少超過10%，而對照組的非機械通氣患者則未發生明顯變化。機械通氣的患者一旦出現膈肌功能障礙，可能導致延遲撤機、困難撤機甚至未能撤離呼吸機，因而延長了ICU停留時間并影響長期預后[4]。

鑒于膈肌在呼吸運動中的主導作用，在機械通氣患者中，出現膈肌功能障礙則意味著脫機困難和總機械通氣時間延長[5]，因此，膈肌功能評估成為評價患者自主呼吸能力及能否脫機的重要環節。我們將傳統的膈肌功能評估方法及臨床應用新進展作一綜述，以求進一步明確膈肌功能在機械通氣中的重要意義。

目前膈肌功能的評估方法包括X線、CT、MRI、膈神經功能監測、跨膈壓監測等。

1.常規X線

X線平片成像原理是通過X射線穿透成像和不同結構的X射線吸收測量的差異[6]。我們通常用胸部正側位片來觀察正常或異常膈肌的起始點，間接地通過肺下邊界確定膈肌的位置和輪廓；但是如果在胸腔觀察膈肌，則需要進一步的成像技術（CT或MRI）來確定膈肌的形態和結構。在X線透視下，我們可以動態觀察膈肌在一個呼吸循環中的運動[7]。Sharp等[8]對8例慢性阻塞性肺疾病患者和23例正常人進行了研究，站立狀態慢性阻塞性肺疾病患者膈肌長度比正常人短32%。Rochester等[9]研究了32例COPD患者和22例正常人在站立位置RV（殘氣量）的膈肌長度指數DLI（膈肌長度指數），發現慢性阻塞性肺疾病患者膈肌短于正常人（28%）。BeleMayf等利用人體解剖標記測量胸片上正常和肺氣腫患者的膈肌長度指數（DLI），并驗證該方法估計膈肌長度的有效性，進一步指出該方法在評估肺功能方面的意義。結果表明，肺氣腫患者膈肌長度指數小于正常人，通過肺減容術可增加膈肌長度指數[10]。

2.CT的原理

是將通過人體的X射線經計算機處理后獲得橫斷面圖像，可準確反映病變的存在并測量病灶的大小、形狀、密度和體積。它還可以充分顯示病變周圍的形態學特征，如病灶的平滑邊緣和毛刺，并了解病灶與其他器官的毗鄰結構，這有助于病灶的定位和表征[11]。CT診斷的敏感性和特異性均高于常規胸片。CT掃描時間短，不受呼吸偽影的影響，圖像的空間分辨率高，肺實質解剖清晰，價格低于MRI。因此，CT已成為研究膈肌功能的主要影像學方法。近二十年來，各種后處理軟件的應用，可獲得冠狀面和其他多平面重建圖像，使得CT的研究越來越廣泛。研究的主要內容包括膈肌及其周圍區域的結構、長度、曲率和表面積，以及肺容積的確定。

2.1 早期膈肌重建

Naidich DP在1987年用5mm厚的CT間隔首次研究正常人在膈肌松弛和收縮時，比較兩種呼吸相的不同形態。從連續掃描平面的冠狀面和矢狀面重建兩個狀態下的膈穹窿模型，并通過測量膈肌的長度和位移，繪制膈肌與肋骨之間的面積分布圖。結果顯示：膈肌移位680ml，膈穹窿右半部縮短約6.7～7.2cm，膈穹窿左半部縮短約4～4.3cm[12]。

2.2 三維重建技術的應用

Jurrand A和Tobin MJ等[13]在1997年應用螺旋CT重建4例正常人膈肌。在每個圖像中，通過OSIRIS軟件對膈穹窿、膈肌和胸壁的圖像進行數字化處理，然后將數字化膜片發送到MATLAB工作站進行重建。結論：（1）膈肌長度、表面積、膈穹窿、膈肌、胸壁面積與MRI檢查結果相似，證實螺旋CT技術重建膈肌形態的可靠性；（2）無論是正常人或肺功能障礙者，MRI檢查都適合受試者，既避免輻射，又提高了檢查的依從性。

3.MRI

磁共振是對氫質子在磁場中共振產生的信號進行成像的技術。磁共振成像的優點是：無創傷、無輻射、高分辨率的軟組織對比、直接冠狀位、矢狀位、橫向和斜位成像。特別是對呼吸運動的動態研究可以根據研究需求選擇目標層面進行掃描，同時也可以對胸部和膈膜進行研究，擴大研究范圍。MRI的缺陷主要是時間和經濟成本高，但近年來，利用不同的MRI掃描序列進行快速成像已成為國際上的一個熱門話題，研究包括膈肌在不同呼吸狀態下的運動、膈肌的三維重建、胸廓、肺容積和整個肺的運動。

3.1 快速梯度回波脈沖序列（MRI）來研究膈肌的運動

Gierada等人通過快速梯度回波脈沖序列證實了膈肌呼吸研究的可靠性，通過測量上矢狀橫膈膜不同點來觀察膈肌的運動。結果表明，膈肌絕對位移在右側為4.4cm，左側為4.2cm。膈肌運動幅度中部為其最大值。Unal等采用梯度回波序列和透視檢查對COPD患者膈肌運動功能進行研究，結論指出，慢性阻塞性肺疾病患者膈肌的位移減少，膈肌的位移與Fev1密切相關。Wilson TA等人采用1.5T磁共振成像評價膈肌異常運動，明確了肺氣腫患者深呼吸時膈肌運動的平均振幅為（10±0.04）cm，明顯高于正常人（0.5±0.002）cm[14]。

3.2 MRI三維重建研究膈肌面積

Paiva M等運用MRI測量膈肌的三維結構，并計算隔膜的總面積、隔膜和胸壁的表面積以及隔膜的曲率半徑，膈肌面積和胸壁面積占膈肌總面積的45±1.5%。

3.3 膈肌、胸廓和肺容積的三維重建

Heidi C等對慢性阻塞性肺功能障礙和其他正常受試者的矢狀位掃描，描述RV、TLC和FRC時膈肌和胸肌的形態和體積的變化，三維重建體積模型與實際值吻合良好，膈肌長度隨肺容積增加而減少37%，冠狀位28%，膈肌的總表面積、膈肌面積和胸壁面積在RV最大，TLC的最小值減少了48%和100%，但膈穹窿面積增加了37%[15]。

3.4 動態回波平面MRI序列（EPI）對膈肌的三維動態研究

Levin S使用動態回波平面MRI序列（EPI）將受試者的MRI圖像與連續記錄的呼吸信號同步，獲得受試者兩個呼吸周期的動態實時膈肌三維重建，測量膈肌在動態變化中的位移距離和表面積、體積，證實了在自由呼吸狀態下EPI具有足夠的空間和時間分辨率來動態研究膈肌功能[16]。

綜上所述，影像學由于其無創性、直觀性、客觀性和良好的隨訪性，對膈肌形態和功能的研究具有極大的臨床前景。不僅可以對機械通氣患者的膈肌功能進行評估，還可為指導撤機、預測撤機的結果提供新的參考依據，因此對膈肌的形態結構和膈肌的生理和病理生理學的研究有著非常廣闊的前景和意義。