組織多普勒成像對慢性阻塞性肺疾病患者膈肌運動的評估價值探討

彭浩，胡培，景紅霞，肖彬，鄭光美

（錦州醫科大學湖北醫藥學院 研究生培養基地，湖北 十堰 442000）

慢性阻塞性肺疾?。–OPD）是全球發病率和死亡率最高的疾病之一［1］。2001 年世界衛生組織（WHO）、美國國立心肺血液研究所、美國胸科學會和歐洲呼吸病學會共同制定了“慢性阻塞性肺病全球倡議（GOLD）”［2］，隨后我國也參照GOLD，制定了我國的COPD 診治指南［3］。研究顯示［4］，COPD 患者常合并膈肌運動功能障礙。目前，現有的評估膈肌運動功能的方法主要有胸部X 線、CT、MRI 及超聲，還有膈肌電活動監測、跨膈壓測定等方法［5-8］。超聲作為一種操作簡單、無創的檢查方法，在膈肌功能評估有廣泛應用。組織多普勒成像常用于評估各種心臟病的血流動力學變化及心肌運動狀態，因此本研究利用組織多普勒成像技術，分析COPD 患者膈肌運動狀況，探討其評估膈肌運動的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選擇2019 年11 月至2020 年6 月于十堰市人民醫院呼吸內科就診的COPD 患者。納入標準：①年齡50～80 歲，性別不限；②符合中華醫學會《慢性阻塞性肺疾病診治指南（2013 年修訂版）》［3］中COPD 診斷標準；③排除其他心肺疾病。排除標準：①有嚴重血流動力學不穩定及嚴重心血管疾病、心律失常；②意識模糊或聽力障礙無法配合做深呼吸動作；③有胸膜疾病、胸廓畸形、胸腹腔手術史；④有神經肌肉疾病或正在使用影響肌肉功能的藥物；⑤有胸腹腔積液、惡性腫瘤、代謝性疾病等。

共有符合入選標準的COPD 患者50 例。另收集同時期本院就診的無心肺疾病、年齡相匹配的患者50 例作為對照組。研究方案經醫院臨床研究倫理委員會討論批準，所有患者或家屬均簽署知情同意書。

1.2 診斷標準及分組

COPD 診斷標準及肺功能分級均參照2013 年慢性阻塞性肺疾病診治指南［3］。慢阻肺病人吸入支氣管擴張劑后第1 秒用力呼氣容積（FEV1）/用力肺活量（FVC）<70%，再根據FEV1 占預計值百分比進行GOLD 分級，共分為四級，輕度：FEV1≥80%；中度：50%≤FEV1<80%；重度：30%≤FEV1<50%；極重度：FEV1<30%。將實驗組50 例COPD患者按上述分組方法分為輕度組20 例、中度組10例、重度組10 例、極重度組10 例；對照組50 例。

1.3 儀器與方法

1.3.1 超聲檢查 使用GE Vivid E9 彩色多普勒超聲診斷儀，M5S 心臟探頭。囑患者取仰臥位。先將探頭置于劍突下，聲束偏向患者右側膈肌，囑患者平靜呼吸，根據不同體型患者選擇適宜的圖像深度并調節圖像質量。在二維超聲顯示清晰的膈肌聲像圖后，將采樣線垂直于膈肌，通過M 型超聲觀察膈肌的活動度，分別測量平靜呼吸與深呼吸時的三個波峰至波谷的距離，并取平均值。同樣地，待二維超聲顯示清晰的膈肌聲像圖后啟用TVI 鍵，對運動的膈肌進行彩色編碼，并存儲一幅至少有3 個呼吸周期的動態圖片。將顯示清晰的右側膈肌在呼氣末膈肌運動速度減慢時取3個標記點（盡可能標記在膈肌上），分別是右側膈肌腳、右膈頂及右側肋緣進行分析，通過Q-Analysis 和Tissue Track 分別得到膈肌運動的速度-時間曲線圖及膈肌運動的位移-時間曲線圖，分別選取較平穩的3 個呼吸周期。在膈肌位移-時間曲線圖中測量3 個波峰至波谷的距離及對應的時間，并計算3 個呼吸周期的位移平均值與運動速度平均值；在膈肌速度-時間曲線圖中測量3 個波峰的速度即最大運動速度，并取平均值。再次囑患者做深呼吸，用同樣的方法測量并記錄數據。以上操作均由同一個經驗豐富的超聲醫師進行操作。見圖1、2。

圖1 組織多普勒膈肌位移-時間曲線

圖2 組織多普勒速度-時間曲線

1.3.2 肺功能測定 采用Ganshorn Schiller Group肺功能儀測量。支氣管舒張劑選用沙丁胺醇。囑患者平靜呼吸，呼氣末進行最大吸氣后用力呼氣，記錄第1 秒用力呼氣容積（FEV1），再繼續呼氣至最大呼氣狀態，記錄用力肺活量（FVC），計算FEV1/FVC 的比值，采用廣州呼吸疾病研究所肺功能預計值計算公式計算FEV1 占預計值百分比（FEV1%pred）。

1.4 統計學方法

所有統計數據采用SPSS 26.0 軟件進行分析。計數資料以百分率（%）表示，比較采用χ2檢驗；計量資料以均數±標準差（）表示，兩組間膈肌活動度、運動速度及最大運動速度比較采用兩獨立樣本t檢驗；膈肌活動度與肺功能的相關性采用Pearson 相關分析，r<0.4 為相關性差，r≥0.6為相關性好。P<0.05 為差異有統計學意義。繪制ROC 曲線評估組織多普勒觀察膈肌運動診斷COPD 的效能。

2 結果

2.1 研究對象一般臨床資料比較

對照組與COPD 組患者年齡、性別、血壓差異均無統計學意義（P>0.05），COPD 組患者炎性指標高于對照組，COPD 組患者肺功能低于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）。見表1。

表1 一般臨床資料（n=50）

2.2 M 型超聲評估膈肌運動

平靜呼吸時，對照組膈肌活動度及速度均小于COPD 組（P<0.05），深呼吸時，對照組與COPD 組膈肌活動度及運動速度差異均無統計學意義（P均>0.05），見表2。

表2 平靜呼吸與深呼吸時M 型超聲評估膈肌運動（n=50,）

表2 平靜呼吸與深呼吸時M 型超聲評估膈肌運動（n=50,）

2.3 組織多普勒評估膈肌運動

①膈肌活動度：平靜呼吸時，對照組右膈腳、右膈頂及右肋緣活動度均小于COPD 組，差異有統計學意義（P<0.05）；深呼吸時，兩組右膈頂及右肋緣部位膈肌活動度差異無統計學意義（P>0.05），對照組右膈腳活動度大于COPD 組，差異有統計學意義（P<0.05），②膈肌運動速度：平靜呼吸時，對照組右膈腳、右膈頂及右肋緣三個部位均小于COPD 組（P<0.05）；深呼吸時，對照組右膈腳運動速度大于COPD 組（P<0.05），右膈頂及右肋緣兩部位膈肌運動速度在兩組間差異均無統計學意義（P均>0.05）。③膈肌運動最大運動速度：在平靜呼吸與深呼吸兩種呼吸狀態下，COPD 組右膈腳、右膈頂、右肋緣三個部位的最大運動速度均大于對照組（P<0.05）。見表3、4。

表3 平靜呼吸時膈肌運動情況比較（n=50,）

表3 平靜呼吸時膈肌運動情況比較（n=50,）

表4 深呼吸時膈肌運動情況比較（n=50,）

表4 深呼吸時膈肌運動情況比較（n=50,）

2.4 膈肌活動度與肺功能的相關性

平靜呼吸時，M 型超聲與組織多普勒測量COPD 組的膈肌移動度與肺功能（FEV1 占預計值百分比）無相關性，深呼吸時，M 型超聲測量膈肌活動度與肺功能呈正相關，組織多普勒測量COPD 組右膈腳活動度與肺功能相關系數較高（r=0.674,P=0.011）。見表5。

表5 M 型超聲與組織多普勒（TDI）測量膈肌活動度與肺功能相關性

2.5 組織多普勒觀察膈肌運動診斷COPD 的效能

深呼吸時，M 型超聲診斷COPD 的ROC 曲線下面積（area under curve,AUC）為0.639，最佳診斷界值為3.06 cm，敏感度為41.7%，特異度為91.7%；組織多普勒AUC 為0.858，最佳診斷界值為1.26 cm，敏感度為91.7%，特異度為66.7%。組織多普勒診斷COPD 的效能最高。見圖3。

圖3 深呼吸狀態下M 型超聲與組織多普勒診斷COPD 的ROC 曲線

3 討論

COPD 是一種臨床常見疾病，主要表現為慢性咳嗽、咳痰、氣短等癥狀和不可逆性氣流受限。膈肌作為最主要的吸氣肌，當COPD 患者處于長期氣流受限或者肺過度充氣時，膈肌形態學發生改變，進而引起膈肌功能障礙［9］。以往評估膈肌功能的方法許多都不便于應用于臨床。雖然也有許多研究利用超聲監測膈肌運動［10-13］，使用二維超聲與M 型超聲觀察膈肌增厚率、膈肌活動度、膈肌收縮速度，并沒有整體性具體分析膈肌運動的狀態。因此，探索準確性更好、更便捷的方法來診斷和評估C0PD 顯得非常重要。

組織多普勒成像（TDI）應用多普勒效應對心肌組織的多普勒頻移信息進行彩色編碼，并刪除高速血流信號，僅顯示心肌組織的低速運動信號，從而獲得心肌運動速度的定量資料，能更直接、準確地評價左室收縮舒張功能［14］。TDI 完全依賴于心肌運動所產生的多普勒頻移信號，而不受組織回聲信號振幅大小的影響。因此，即使常規超聲圖像顯示欠清晰的患者，TDI 仍能較好地用于心肌運動顯像和進行定量分析。TDI 技術可在同一心動周期同時獲取多個部位心肌組織運動的位移-時間曲線及速度-時間曲線，并可用于心肌節段運動同步性評估。而膈肌的運動類似心肌，同樣是發出低頻高振幅的運動信號。因此，本研究將TDI技術應用于膈肌運動的整體性同步性分析，評估COPD 患者的膈肌功能有一定價值。

本研究主要在以往M 型超聲的研究基礎上，運用組織多普勒技術研究膈肌右膈腳、右膈頂及右肋緣三個部位的運動情況，從而進一步具體分析COPD 患者的膈肌運動情況。膈肌是很薄的一層圓頂狀肌肉組織，左側大部分膈肌無法用超聲清晰顯示，因此本研究是以超聲可清晰觀察到的右側膈肌來代表整體膈肌運動情況，具有一定局限性。本研究發現，M 型超聲與組織多普勒評估膈肌運動有一定差異。平靜呼吸時，M 型超聲與組織多普勒測量COPD 組患者膈肌三個部位的活動度及運動速度均大于對照組，這由于COPD 患者長期處于呼吸氣流受限狀態，每次吸氣需要吸入更大吸氣量才能滿足肺泡通氣量；而深呼吸時，M 型超聲顯示對照組與COPD 組患者膈肌的活動度與運動速度差異均無統計學意義，但組織多普勒測量COPD 組患者右膈腳活動度及運動速度均小于對照組，對照組與COPD 患者右膈頂、右肋緣的膈肌活動度與運動速度差異無統計學意義。原因為COPD 患者肺動態順應性降低及肺組織彈性降低，且COPD 患者膈肌運動功能障礙，其膈肌形態結構也可能發生改變，所以在深呼吸時并非所有部位的運動都與正常人有明顯差異。M 型超聲對于膈肌運動的觀察及測量部位比較局限且相對不固定，易受操作者與患者主觀影響，結果有一定偏差；而組織多普勒測量膈肌三個部位的運動情況，較M 型超聲更具客觀性及準確性。對于膈肌最大運動速度而言，無論是平靜呼吸還是深呼吸，COPD 組患者三個部位的膈肌最大運動速度均大于對照組，原因為COPD 患者存在持續性呼吸氣流受限，呼吸時相短，表現為呼吸急促，因此無論是平靜呼吸還是深呼吸時，COPD 患者膈肌的最大運動速度較快。

FEV1 值是第1 秒用力呼出的氣體量，FVC 是用力肺活量，FEV1/FVC 用來診斷COPD，當吸入支氣管擴張劑后，FEV1/FVC≤70%提示呼吸氣流受限，FEV1 占預計值百分比用于評估呼吸氣流受限程度。本研究結果顯示，平靜呼吸時，M 型超聲與組織多普勒測量的膈肌活動度均與肺功能（FEV1 占預計值百分比）無相關性。深呼吸時，M型超聲顯示膈肌活動度與肺功能呈正相關關系，但r值小于0.40，相關性較差；組織多普勒顯示COPD 患者膈肌活動度與肺功能呈正相關，且右膈腳的運動幅度與肺功能相關性好（r>0.60）。COPD患者肺功能越差，其膈肌功能受損更嚴重。有研究顯示［15-17］，膈肌功能障礙是COPD 加重的原因之一。同時，隨著COPD 程度加重，膈肌受慢性缺氧及炎癥反應等因素影響，可導致膈肌結構和功能異常。因此，組織多普勒評估膈肌運動與肺功能的相關性比M 型超聲更好，可采用組織多普勒觀察COPD 患者右膈腳的活動度間接評估肺功能。

本研究顯示在深呼吸狀態下，組織多普勒AUC 為0.858，M 型超聲AUC 為0.639，組織多普勒較M 型超聲對COPD 的診斷效能較高，提示組織多普勒檢測膈肌運動活動度是一個可靠的診斷COPD 的指標。根據GOLD2016 推薦，綜合評估COPD 患者病情還需結合近一年急性加重次數及COPD 評估測試（CAT）評分，而CAT 評分易受患者主觀影響。因此，組織多普勒測量膈肌活動度評估和診斷COPD 仍需更大樣本研究后作為輔助診斷指標之一。

綜上所述，組織多普勒成像作為一種具有客觀性強、可重復性強、準確性高的方法，較M 型超聲而言，評估COPD 患者的膈肌運動功能更有價值。