超聲檢測評估重癥患者膈肌功能的臨床應用研究進展

董澤洋 趙夢瑤 孫希希 黃斌

膈肌是主要的呼吸肌，其收縮在肺通氣中起著重要作用，因此任何干擾膈肌神經支配、肌肉收縮功能或與胸壁的機械耦合的疾病均可導致膈肌功能障礙[1]。膈肌功能障礙主要包括膈肌膨出、膈肌無力和膈肌麻痹3 種情況[2]。膈肌功能障礙是呼吸困難的常見原因之一，對于不明原因呼吸困難的重癥患者應予以重視，盡早診斷與治療[3]。臨床上主要采用超聲檢測跨膈壓、監測膈肌電活動、X線片檢查、CT 檢查、MRI 檢查等方法評估膈肌功能，其中作為金標準的超聲經食管胃囊管檢測跨膈壓和經鼻胃管監測膈肌電活動技術，因其為侵入性操作且操作復雜，臨床上很少使用。近年來超聲以其無創、簡易便捷、實時可重復等優點，已成為一種有前途的評估膈肌功能的技術。本文就國內外應用超聲檢測評估重癥患者膈肌功能的研究進展作一綜述。

1 超聲檢測評估膈肌功能的測量指標

1.1 膈肌收縮功能指標 膈肌厚度是指在呼吸過程中膈肌自身的厚度，聲像圖上表現為高回聲的壁層胸膜和壁層腹膜間的低回聲區厚度，可反映膈肌形態有無萎縮或增厚。膈肌厚度相對于基線水平減少10%以上被視為臨床相關萎縮的臨界值[4]。

膈肌增厚分數（diaphragm thickening fraction，DTF）通過M 型超聲分別測量吸氣末及呼氣末的膈肌垂直距離而計算獲得，臨床以測量右側多見，其更能反映膈肌的動態收縮能力。膈肌收縮速度是指DTF 與吸氣時間的比值。

1.2 膈肌通氣功能指標 膈肌移動度（diaphragm excursion，DE）是指呼氣末到吸氣末膈肌水平面所移動的距離。平靜呼吸時，DE＜2 cm 提示膈肌功能障礙[4]。Dub等[5]研究發現，重癥患者膈肌因受水腫、增厚等影響，評估膈肌功能的金標準跨膈壓與膈肌厚度無關，而與DE、DTF 高度相關。

淺快呼吸指數（rapid shallow breathing index，RSBI）是指呼吸頻率與潮氣量的比值，可反映整體呼吸肌做功。而用DE 替代潮氣量計算的膈肌相關RSBI，可精確評估膈肌做功。

1.3 膈肌彈性應變指標 膈肌硬度是指膈肌受外力時，阻止膈肌發生形變的能力。慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）等可引起膈肌硬度增高，膈肌硬度與患者預后密切相關。近年較多研究利用超聲剪切波彈性成像（ultrasound shear wave elastography，SWE）技術測量剪切模量值（shear modulus，SM）以評估膈肌彈性變化，進而預測機械通氣患者撤機時機及評估COPD 患者病情[6-7]。

2 超聲檢測評估膈肌功能在重癥醫學中的臨床應用

膈肌作為人體最主要的呼吸肌，任何干擾神經傳導、肌肉收縮功能或與胸壁機械耦合的疾病過程均可導致膈肌功能障礙，引起膈肌功能障礙的病因十分復雜[8]，超聲早期發現膈肌功能障礙對于診斷與治療原發病具有重要意義。

2.1 預測機械通氣患者撤機時機的價值 機械通氣是臨床常用的呼吸支持手段，可有效改善肺通氣，提高血氧飽和度，同時緩解呼吸肌疲勞，然而長時間及高驅動壓力的機械通氣會誘發呼吸機相關膈肌功能障礙（ventilator-induced diaphragmatic dysfunction，VIDD）。據研究，ICU 中超過2/3 的機械通氣患者首次嘗試撤機時被診斷為膈肌功能障礙[9]，因此準確評估膈肌功能，確定患者的撤機時機是診療的關鍵。

臨床常用分鐘通氣量、最大吸氣壓、RSBI、氣道閉合壓等呼吸機參數評估撤機時機，但預測效能欠佳。超聲作為一種可實時監測膈肌功能的無創檢查，在重癥醫學科中逐漸常用。Llamas-lvarez 等[10]基于雙變量Meta 分析發現預測撤機時機時，DTF 特異度更高，而DE 靈敏度更高，并推薦DTF 作為適度預測指標。而Robba 等[11]專家共識建議對于計劃撤機患者，將DE作為膈肌功能評估指標，而因DTF 操作難度大，對其仍未達成共識。Farghaly等[12]發現自主呼吸試驗期間與成功撤機相關的膈肌超聲臨界值為DE≥10.5 mm，吸氣末膈肌厚度≥21 mm，DTF%≥34.2%，并認為DE 和吸氣末膈肌厚度可能是已通過自主呼吸試驗患者撤機結局的良好預測指標。

RSBI 是臨床判斷患者脫機時機的重要指標，但易受其他呼吸肌干擾。近年來較多學者研究使用膈肌相關RSBI 評估膈肌做功，以預測撤機時機。Song 等[13]研究證明膈肌相關RSBI 預測患者撤機時機的準確性優于傳統RSBI。Pirompanich 等[14]研究發現相比單獨RSBI，DTF 聯合RSBI 明顯提高了撤機時機預測準確性。劉芳欣等[15]研究發現DTF、RSBI、SM 聯合檢測的AUC 顯著高于3 個參數單獨檢測，其診斷靈敏度、特異度及準確度均有所提高。

2.2 調整患者機械通氣策略 統計發現，需要機械通氣的重癥患者入院時膈肌功能障礙發生率約為60%，而在長期機械通氣且脫機困難的患者中發生率高達80%[16]。VIDD 常與機械通氣模式及呼吸機驅動壓力相關，過高的驅動壓力及通氣模式可致膈肌萎縮，而過低驅動壓力則可致膈肌厚度增加及功能障礙[17]。因此在保證通氣的前提下，超聲檢測評估膈肌功能并及時調整呼吸機通氣策略，對于降低膈肌功能障礙發生率有重要意義。

Haaksma 等[4]專家共識認為正壓通氣可降低吸氣末膈肌厚度及DTF，而呼氣末正壓通氣（positive endexpiratory pressure，PEEP）會增加呼氣末膈肌厚度及DTF。Zambon 等[18]基于系統評價數據庫相關研究發現，DTF 與呼吸努力具有顯著的相關性，膈肌超聲是機械通氣時監測呼吸負荷的一種新的無創工具。Dionisio等[19]對機械通氣超48 h 的患兒進行前瞻性探索性研究發現，超聲早期識別膈肌功能障礙，并使用生理水平的滴定通氣可減少VIDD 的發生率及并發癥。

2.3 兒科危重癥病情監護 由于患兒合作性差、檢查實時性差、缺乏兒科參考值等原因，胸部X 線透視、肌電圖、食管測量跨膈壓和膈神經刺激等成人評估膈肌方式對重癥患兒可能不適用。隨著床旁超聲（perioperative point of care ultrasound，POCUS）的迅速發展，膈肌POCUS 以其便捷、無輻射、實時觀察等優點，開始在兒科ICU 中用于評估膈肌功能。檢查時操作者可將胸壁運動與M 型超聲圖像相關聯，測量DE，若呼吸運動與膈肌運動不協調可提示膈肌功能障礙[20]。

IJland 等[17]使用超聲檢測評估34 例機械通氣兒童膈肌和呼吸肌功能，發現膈肌的萎縮進展與其肌肉收縮活動無相關性；撤機失敗患兒的呼吸肌、膈肌厚度減少更明顯。Bahgat 等[21]對計劃拔管的早產兒進行膈肌超聲評估，發現DE 在預測拔管成功率方面具有最高的靈敏度和特異度。Hamadah 等[22]對心臟術后入住ICU 的患兒進行回顧性隊列研究，對32 例符合納入標準的患兒進行超聲檢查，其中29 例超聲膈肌功能評估結果與放射科醫生和重癥監護醫生有相近的診斷，余3 例在嚴重程度及分類上存在細微差異，但對疾病的診治無明顯影響。

易欣等[23]對新生兒肺炎患兒分組進行超聲檢測，發現DE 與肺炎嚴重程度呈正相關，重癥組患兒DE 均高于肺炎組和對照組，DE 對于臨床監測新生兒肺炎病情具有重要輔助診斷意義。

2.4 輔助判斷COPD 的嚴重程度 COPD 是指以持續性氣流受限為特征的慢性肺部疾病，肺殘氣量增加使膈肌長期處于不完全收縮狀態，同時氧化應激等會激活蛋白水解機制，促進膈肌萎縮變薄、膈肌功能障礙[24]，進而加重肺通氣功能障礙。

肺功能檢查是診斷COPD 的金標準，第一秒用力呼氣容積占預計值百分比是評價病情嚴重程度分級的重要依據[25]。而重癥患者常不具備肺功能檢查條件，近年來隨著膈肌超聲的不斷進步，其在COPD 患者中的應用得到進一步發展。

Alqahtani 等[26]對35 項M 型超聲檢測評估COPD 膈肌變化的研究進行系統評價，其中14 項研究發現COPD 患者DE 顯著減少；9 項研究說明患者膈肌厚度顯著降低，且與病情嚴重程度呈負相關，與預后呈正相關；3 項研究報告膈肌長度較短與預后較差相關。Ishak 等[27]研究發現，患有COPD 的兒童和青少年的DE低于健康對照組，而兩組膈肌厚度比較差異無統計學意義。

橫紋肌功能障礙是COPD 的常見并發癥之一。近年較多研究用超聲監測膈肌等肌肉功能，以評估患者病情、制定康復計劃等。Xu 等[6]對77 例參與者進行膈肌超聲SWE 及肺功能檢查，發現功能殘氣量時COPD組的膈肌剪切波速度高于對照組，并且此時SWE 具有極高可靠性。Chen 等[7]用二維橫波彈性成像技術測量COPD 患者的膈肌硬度和肋間肌硬度，并測量其肺功能，結果發現膈肌硬度和肋間肌硬度與肺功能結果存在較高相關性，兩者與COPD 的嚴重程度成正比；并且測量結果具有很高的復現性。

2.5 評估術后肌松殘余（postoperative residual curarization，PORC） 全身麻醉PORC 可能是術后呼吸功能不全、撤機失敗、膈肌功能障礙等肺部并發癥的潛在危險因素，可導致患者住院時間延長、預后不佳等后果。四個成串刺激T4與T1的比值（train-of-four ratio，TOFr）＜0.9 是診斷PORC 的金標準，但由于儀器昂貴操作復雜，在臨床常規開展困難，對于PORC 的判斷主要依靠麻醉醫師主觀評估。

郎珈馨等[28]研究發現肌松殘余組拔管后深呼吸DTF 和DE 明顯低于無肌松殘余組，兩者與TOFr 顯著相關。Lang 等[29]測量75 例全麻下非胸腹手術患者術后靜息呼吸與深呼吸時的DE 和DTF，采用ROC 曲線分析各參數預測PORC 的截斷值，發現深呼吸時呼吸動度預測PORC的截斷值為3.88 cm，靈敏度為85.4%，特異度為64.7%；膈肌偏移差的截斷值為1.5 cm，靈敏度為63.4%，特異度為94.2%，提示膈肌偏移差對于識別PORC 具有較高的特異度。

3 小結

膈肌超聲檢測可實時無創地評估膈肌的形態學和功能，是一項具有巨大潛力的技術，其在預測機械通氣患者成功撤機時機、輔助調整呼吸機通氣策略、判斷COPD 患者嚴重程度、監測評估兒科危重癥患兒病情、監測術后膈肌功能、輔助麻醉術后殘留治療等方面具有巨大價值。

膈肌超聲成像高度依賴于操作者臨床經驗，需要超聲醫生不斷訓練才能熟練掌握這項技術，并需不斷加強與重癥醫學科醫生的交流合作，從而為重癥患者的臨床診治提供更有力的支持。相信在不久的未來，隨著科研研究及超聲技術的不斷發展，膈肌超聲檢測在重癥醫學中必會有更多的應用和更廣闊的發展前景。