超聲評估膈肌功能的應用進展

高吳茜， 陳代宇， 王 娜， 曹 俊

重慶醫科大學附屬第一醫院麻醉科，重慶 400010

呼吸肌運動引起的胸廓節律性擴張和縮小是實現肺通氣的原動力。膈肌是呼吸過程中最主要的呼吸肌，承擔約75%的呼吸肌做功負荷[1]。膈肌功能障礙與患者機械通氣時間延長、肺部并發癥發生有關，影響患者的遠期預后[2]。因而準確評估膈肌功能有重要意義。

既往膈肌功能評估包括兩方面：(1)膈肌功能學測量，如最大吸氣壓(maximal inspiratory pressure，MIP)、最大呼氣壓(maximal expiratory pressure，MEP)、跨膈壓(transdiaphragmatic pressure，Pdi)和膈肌肌電圖；(2)膈肌結構成像，如胸部X線片、CT和MRI等。但這些檢查多具有侵入性、放射性，且便利性欠佳，應用較為局限。近年來，超聲因安全性、便攜性、實時性等多種優點，已經廣泛并且準確地應用于患者就診的各個階段。其中，床旁超聲可用于監測膈肌的厚度及其變化率、移動度、移動方向等指標，進一步反映膈肌的收縮功能，進而對膈肌功能進行綜合評估[3]。本文對膈肌超聲的臨床應用進展進行綜述。

1 膈肌的生理解剖

膈肌為向上膨隆呈穹隆形的扁薄闊肌，位于胸、腹腔之間。膈肌收縮時，肌纖維長度變短，膈肌肋骨附著區域肌肉增厚，使膈肌變平向尾端運動，增大胸廓容積、降低胸腔壓力，進而實現肺通氣。

2 膈肌超聲技術

超聲檢查膈肌入路包括膈肌附著區腋前、中線肋間入路以及鎖骨中線肋下入路，可以采用B型模式和M型模式。B型模式常用于確定膈肌的空間位置；M型模式常用于測量膈肌運動期間的厚度、移動度和速率等。使用M型模式時，應根據患者呼吸頻率調整掃描速度，從而在1幅圖像中獲得至少3個呼吸周期，提高測值的準確度[4]。

2.1 腋中線肋間入路法

2.1.1 測量膈肌厚度及膈肌增厚比率(diaphragm thickening fraction，DTF) 患者取20°～40°半臥位，檢查者將10～15 MHz的高頻線陣探頭垂直于肋骨長軸放置在腋前線與腋中線之間的第7～9肋間隙。B型模式下，在距離皮膚2～4 cm深度處，獲得二維矢狀圖像(圖1)，可見位于兩層高回聲線(胸膜和腹膜)之間的低回聲膈肌[5]，測量垂直于纖維方向的胸、腹膜間距(膈肌厚度)。對于健康成年人，半臥位膈肌厚度的平均值為0. 34 cm (0. 12～1.18 cm)[6]， DTF=(吸氣末厚度-呼氣末厚度)/呼氣末厚度×100%。吸氣末和呼氣末厚度既可在B型模式下單獨測量，也能在M型模式下的1個呼吸運動周期中測量，后者操作更加簡便、探頭不易移動、誤差更小。健康成年人DTF參考范圍相對較廣，仰臥位平靜呼吸時為(80±50)%[7]。

圖 1 測量膈肌厚度的超聲圖像

2.1.2 測量胸廓內面積變化 基于M型超聲測量左側膈肌時的聲學窗較差，精確度不夠，Skaarup等[8]提出可通過受限性小、可行性大的胸廓內面積法來評估膈肌運動。受檢者取站立位，檢查者將2～5 MHz的低頻凸陣探頭垂直于肋骨長軸放置在腋前線與腋中線之間的第7～9肋間隙，探頭標志朝向受檢者尾側，B型模式下可見覆蓋于肝臟或脾臟的一條高回聲亮線，即為膈肌。吸氣時，膈肌朝尾側移動。呼吸時膈肌位置的上下移動使膈肌上方胸廓內面積發生變化，通過超聲內置面積計算功能可計算Δ胸廓內面積(吸氣末與呼氣末膈肌上方胸廓內面積差值)。Skaarup等[8]測得的該值與同期呼氣量的相關系數為0.88(95%CI 0.81～0.95)。但是該研究未給出胸廓內面積變化的參考值，未來還須增加樣本量以充分驗證面積法的可行性。

2.2 鎖骨中線肋下入路法

2.2.1 測量膈肌移動度(diaphragm excursion，DE) 患者取20°～40°半臥位，檢查者將2～5 MHz低頻凸陣探頭沿肋弓下緣置于鎖骨中線與肋弓交點正下方。B型超聲模式下，以肝臟或脾臟為聲學窗，朝頭側、背側掃描，膈肌表現為覆蓋在肝臟或脾臟表面的一條高回聲亮線，吸氣時朝探頭移動。使超聲束垂直于膈肌的后1/3，轉換為M型模式，得到膈肌運動軌跡的正弦曲線，測量垂直軸上基線到吸氣時最高點的距離，即為DE(圖2)。Boussuges等[9]研究發現，在平靜呼吸時，健康成人男性的DE為(1.8±0.3) cm，女性為(1.6±0.3) cm。由于膈肌收縮所引起的主動位移與呼吸機壓力引起的被動位移不可區分，Dube等[10]推薦在無輔助呼吸時[T管試驗或最低允許的持續氣道正壓通氣(CPAP)水平]測量DE。

圖 2 測量膈肌移動度的超聲圖像

2.2.2 測量膈肌偏移-時間指數(excursion-time index，E-T) 膈肌做功大小可反映膈肌功能，膈肌做功量=平均潮氣壓×潮氣量×呼吸頻率[11]。Palkar等[12]提出用DE來代表平均潮氣壓和潮氣量，并將DE與吸氣時間的乘積定義為E-T。E-T反映膈肌做功承擔的吸氣阻力，大于0. 92 cm·s 時預測機械通氣患者撤機成功的靈敏度較高[12]。其中吸氣時間可在獲取DE的同時于膈肌運動曲線水平軸上測量。該研究主要針對行自主呼吸試驗(spontaneous breathing trial，SBT)的患者，E-T應用效果還須增加健康受檢者及樣本量來進一步驗證。

3 膈肌超聲的臨床應用

3.1 識別膈肌功能障礙 中樞神經系統疾病、運動神經元疾病、膈神經損傷、大量胸腹腔積液、慢性阻塞性肺疾病等均會影響膈肌功能[8]。膈肌功能障礙的嚴重程度從膈肌無力到膈肌麻痹不等，可累及單側或雙側。跨膈壓是診斷雙側膈肌麻痹的金標準，但其診斷單側膈肌麻痹的靈敏度差，這是由于有效的單側膈肌收縮在受檢者平靜呼吸時能產生足夠的跨膈壓[13]。超聲可直接對雙側膈肌進行觀察。膈肌無力的患者吸氣時，可觀察到膈肌向尾側運動，方向正常，但移動度減小；而膈肌麻痹的患者吸氣時，觀察到膈肌不運動或被動向頭側移動，且膈肌厚度變薄[9]。一般認為，平靜呼吸時DE<10 mm、深呼吸時DE<25 mm，DTF<20%與膈肌功能障礙有關[14]。

3.2 預測機械通氣患者撤機拔管時機 機械通氣是重癥患者呼吸支持的重要手段，但長期機械通氣引發的呼吸機相關膈肌功能障礙可導致患者撤機困難、住院時間延長[15]。因此，對于此類患者，確定合適的撤機拔管時機十分重要。超聲能實時監測膈肌功能，是預測能否成功拔管的輔助方法。Dres等[16]發現，DTF≥25.8%預測撤機成功的ROC曲線下面積為0.82(95%CI 0.73～0.93)。Farghaly等[17]發現，行SBT期間DE≥10.5 mm、DTF大于或等于34.2%預測撤機成功的特異度分別為87.5%和90.0%，靈敏度分別為71.5%和64.3%。然而，在191例成功通過SBT的患者中，DE與拔管失敗無關[18]，這表明一旦SBT成功完成，拔管結果主要由膈肌功能以外的因素決定。針對DE和DTF預測撤機成功的具體界值尚明確標準。目前一般認為，在患者進行SBT期間，DE≥10 mm、DTF≥30%～36%預測撤機成功的價值較高[19-20]。最近有研究[21]指出，DTF較DE有更好的診斷準確性，可能與DTF受呼吸機干擾更小有關。對于行有創機械通氣的早產兒，Bahgat等[22]指出，右側DE=2.75 mm時預測成功拔管的靈敏度為94%、特異度為89%。Xue等[23]發現，以DTF%≥21%預測拔管成功的特異度、靈敏度均較高。

3.3 預測術后肺部并發癥(postoperative pulmonary complication，PPC) PPC是常見術后并發癥之一，發生率為1%～23%[24]。健康受試者的膈肌活動度和厚度與呼吸肌強度和肺功能相關[3]。多項研究[25-27]表明，膈肌超聲有助于預測術后肺部并發癥。Cavayas等[25]的研究表明，在115例行心臟手術的患者中，術前低DTF可預測PPC發生風險增加，術前DTF最大值小于38.1%與PPC相關(OR=4.9，95%CI 1.81～13.50，P=0.002)。Spadaro等[26]發現，與肺切除術后無膈肌功能障礙的患者相比，術后24 h內有膈肌功能障礙(DE<10 mm)的患者PPC發生率更高[65%(33/51)vs25%(6/24)，P=0.001，OR=5.5 (95%CI 1.9～16.3)]。然而，Moury等[27]發現，盡管擇期心臟手術后DTF減小[術前1天DTF為(36±18)%，術后第1天為(12±11)%，P<0.000 1]，但其對PPC無影響，而與ICU住院時間延長有關。但該研究主要觀察指標為術后48 h內再插管，因此結果不能反映PPC的多樣性。目前，相關研究主要集中在胸腹部手術，對于接受其他類型手術的患者，膈肌超聲預測PPC的價值有待進一步確證。

3.4 評估人機同步性 人機不同步是指呼吸機運行和患者的自主呼吸不匹配，與患者不良預后相關[28]。直接監測呼吸機氣道流量和氣道壓力能檢測到人機不同步，但這種方法所測結果不夠可靠；食管壓力和膈肌電活動的測量準確性更高，但有侵入性[29]。 Matamis等[5]指出，M型超聲可以提供食管壓力相關信息，吸氣時膈肌運動的波形上升、食管壓下降，呼氣時相反。Soilemezi等[30]發現，食管壓力和M型超聲下膈肌運動軌跡一致性較高，通過監測氣道壓力、M型超聲下膈肌運動描述了雙觸發、無效觸發和反向觸發3種代表性的人機不同步形式。因此，超聲檢查膈肌運動有望成為新的評估人機不同步方式的技術。但該技術無法做到連續記錄，尚需進一步改進，評估效果需進一步臨床研究證實。

3.5 評估康復效果 卒中患者偏癱側DE下降，且DE下降與患者肺功能下降具有相關性，因此在康復治療前后評估膈肌運動差異具有重要意義[31]。Corbellini等[32]的研究表明，慢性阻塞性肺疾病患者接受肺康復后，膈肌活動能力得到改善，深吸氣時DE由(4.58 ±1.83) cm增加到(5.45±1.56)cm(P<0. 01)，吸氣量增加。Guzel等[33]以51例合并脊髓損傷或創傷性腦損傷的患者為對象，在施行康復計劃前、后12周測量患者的膈肌厚度，發現膈肌厚度與患者康復前后功能評分及功能獨立度評分變化正相關(P<0.05)，這提示膈肌厚度可能是影響康復過程的一個有效因素。

4 小 結

床旁超聲是一種無創、簡單、有效、可重復性高的膈肌評估方法，可提供有關膈肌功能的定性和定量信息，有助于臨床醫師管理患者，評估患者預后。但其使用過程中也存在局限性：(1)結果準確性依賴于操作者的技術、超聲儀器的成像質量；(2)脾臟作為聲學窗較差，使左側膈肌成像受限，檢查時間延長；(3)目前相關臨床研究樣本量較小，相關指標參考值尚未確定。因此，膈肌超聲的臨床應用價值仍需更深入的研究。

利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。