超聲心輸出量監(jiān)測技術的研究進展*

李　藝，葉軍明，陳　麗，郭　銳

(贛南醫(yī)學院 1.2015級麻醉學專業(yè)碩士研究生；2.麻醉系，江西　贛州　341000)

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超聲心輸出量監(jiān)測技術的研究進展*

李藝1，葉軍明2，陳麗2，郭銳2

(贛南醫(yī)學院 1.2015級麻醉學專業(yè)碩士研究生；2.麻醉系，江西贛州341000)

心輸出量(Cardiac Output, CO)是臨床常用反映循環(huán)功能狀況的指標之一。準確地測定CO對于臨床用藥、輸血、補液等治療具有重要指導意義。隨著醫(yī)療發(fā)展，對于監(jiān)測更加突出安全、無創(chuàng)、簡便、精準的要求。超聲心輸出量監(jiān)測(ultrasonic cardiac output monitor，USCOM)是目前國內(nèi)外較新的血流動力學監(jiān)測方法，為患者整體心功能評價提供了一種無創(chuàng)、準確、安全、便捷的技術。本文對USCOM的臨床應用及研究進展做一綜述。

超聲心輸出量監(jiān)測儀；心輸出量；無創(chuàng)；血流動力學

一側(cè)心室每分鐘射出的血液量，稱為心輸出量(Cardiac Output, CO)。臨床工作中，CO常作為血流動力學不穩(wěn)定患者的監(jiān)測指標，用于評估心臟的功能狀態(tài)并指導臨床用藥、輸血、補液等治療。目前，CO監(jiān)測方法如溫度稀釋法、鋰稀釋法、Fick法等，存在操作復雜、專業(yè)性強、設備要求高、費用昂貴以及有創(chuàng)穿刺的各種并發(fā)癥如血栓、導管相關性感染等弊端，不利于臨床廣泛應用[1-2]。近年，研究比較熱門的超聲心輸出量監(jiān)測(ultrasonic cardiac output monitor, USCOM)是一種應用連續(xù)波多普勒超聲測定CO的無創(chuàng)監(jiān)測技術，具有快速、簡便、準確、便宜等優(yōu)點，并在一定程度上避免了有創(chuàng)操作對患者的傷害和費用昂貴、操作復雜等缺陷[3]。超聲心輸出量監(jiān)測通過測量每搏量、CO、心指數(shù)等血流動力學指標及繪制各參數(shù)趨勢圖，監(jiān)測機體的血供與氧供，為臨床制定治療方案提供重要的依據(jù)，是搶救心律失常、心功能不全、高血壓急癥、休克、肺栓塞等血流動力學不穩(wěn)定患者的重要手段，對指導臨床精準治療具有重要意義。

1　基本原理

當聲源與接收器之間相對運動時，接收的聲波頻率與聲源的發(fā)射頻率之間存在一定差異，該現(xiàn)象稱為多普勒效應。多普勒公式Fd=2Ft×(V×cosθ)/C，F(xiàn)d為多普勒頻率，F(xiàn)t為傳導頻率，V為紅細胞速度，θ為紅細胞運行方向和連續(xù)多普勒波束運行方向之間的角度，C為連續(xù)多普勒在軟組織的速度。USCOM運用多普勒效應及管體中流體體積的計算方法，即在任一時刻流經(jīng)管體的流率(q)等于流速(V)與管腔橫截面積(A)的乘積：q=V×A，通過超聲探頭測量經(jīng)主動脈瓣或肺動脈瓣處的血流速度，設備程序自動計算出速度時間積分(VTI)，結(jié)合患者的身高體重估算主動脈瓣或肺動脈瓣的直徑，即得出血流流經(jīng)的橫截面積，從而得出每搏輸出量、 心輸出量、心指數(shù)等一系列血流動力學指標。

2　操作方法

USCOM操作簡便，容易掌握，沒有超聲經(jīng)驗的醫(yī)師只要經(jīng)過簡單的訓練就能在緊急情況下使用USCOM快速了解患者的循環(huán)狀態(tài)并進行血流動力學監(jiān)測[4]。而且，學習USCOM比學習普通心臟超聲所花費的時間明顯更短[5-6]。將探頭涂上耦合劑放于胸骨上窩，在氣管周圍稍微調(diào)節(jié)一下位置，或者將探頭置于鎖骨上窩處，胸鎖乳突肌外側(cè)，方向?qū)手鲃用}瓣采集主動脈血流信號，即可測得左心CO。而右心CO則通過胸骨左側(cè)第2至第5肋間隙采集肺動脈血流信號測量，將探頭指向頭部并盡量保持探頭線與肋骨走向平行。另外，操作時仍需注意的一些事項：

2.1正常情況下，左、右CO是相等的。但在主動脈瓣或肺動脈瓣發(fā)生病變時，由于實際瓣膜面積值與計算出的理論瓣膜面積值相差太大，應選擇沒有發(fā)生病變的主動脈瓣或肺動脈瓣測量[7]。

2.2為盡量避免肺臟的氣體干擾，部分患者需向左傾斜約 20°，把左手放在頭側(cè)，使肺臟自動向左滑動，同時也擴大肋骨間的距離便于操作，使測量結(jié)果更為準確。

2.3不同體位在不同程度上影響USCOM的測定結(jié)果。Siu等[8]通過對30名健康成人分別在坐位、仰臥位等5種不同體位下使用USCOM測定CO的研究，發(fā)現(xiàn)坐位時需要花費更多的時間去采集血流信號，而且也較難獲得質(zhì)量好的超聲信號，難以準確監(jiān)測機體CO的變化，不推薦采用坐位來監(jiān)測。

3　影響因素

3.1角度和透過的軟組織USCOM使用的是連續(xù)波多普勒超聲，而多普勒超聲本身的特性就決定了這項技術測量結(jié)果的準確性要受到所監(jiān)測血流方向的角度和聲波所透過的軟組織影響。從多普勒公式Fd=2Ft×(V×cosθ)/C中可見，當多普勒波束方向與血流方向的夾角θ趨近于0°時，多普勒效應最強，測量結(jié)果最準確；然而，當θ趨近于90°時，多普勒效應消失，測量結(jié)果無意義。聲波透過的骨骼、含氣的肺組織、脂肪組織也是重要的影響因素，造成不同程度的信號干擾和偽像的形成。因此，臨床操作中應盡量調(diào)整探頭，使超聲波束與血流方向平行，同時避開肺組織、骨骼、脂肪堆積處，以減小測量誤差。若胸骨上窩處有皮膚破損、外傷或氣管切開等情況，可考慮在胸左緣3～4肋間處測量結(jié)果[9]。

3.2操作者與患者自身不難想到，監(jiān)測儀的操作者是否經(jīng)過這方面的專業(yè)培訓也是一個影響因素。但是，相關研究結(jié)果表明，操作者是否經(jīng)過專業(yè)培訓對于監(jiān)測結(jié)果影響很小， USCOM結(jié)果的準確性更多地受到來自患者的解剖和病理狀況的影響[10-11]。而且，對于存在較多病理形態(tài)學和解剖學上改變的老年人，將超聲探頭置于胸骨上窩處采集信號比經(jīng)胸更容易成功獲得準確結(jié)果[12]。

4　USCOM與其他CO測量方法比較

4.1與有創(chuàng)測量方法比較體循環(huán)與肺循環(huán)的血流量大致相等，通過測定單位時間內(nèi)流經(jīng)肺循環(huán)的血流量可估算心輸出量。物質(zhì)在注入流體后的擴散分布可通過該物質(zhì)遠近兩端的濃度差和流速的乘積計算。Fick法即運用該原理通過動、靜脈氧含量差和氧耗量計算CO。Corley等[13]研究表明，USCOM技術與Fick法在測量結(jié)果上無明顯差異(CO=-0.33±0.90 L·min-1)，具有良好的一致性。但Fick法需要置入Swan-Ganz 漂浮導管等有創(chuàng)操作，容易引起感染、血栓等嚴重并發(fā)癥，而且測量結(jié)果的準確性容易受導管尖端位置不當、或者存在左向右分流等影響。

經(jīng)肺動脈導管(pulmonary artery catheter，PAC)采用溫度稀釋法(thermodilution method，TDCO)測定CO，即肺動脈導管熱稀釋法，被公認為測定CO的臨床金標準。具體方法是置入右心導管，利用PAC末端的熱敏電阻監(jiān)測肺動脈血流溫度變化，計算機得出溫度稀釋曲線下面積的積分值，結(jié)合注入液體的容積計算出CO。臨床上，該監(jiān)測方法常用于危重心臟病患者的手術、嚴重的心肌缺血、心臟驟停等心功能監(jiān)測。但該方法操作復雜、有創(chuàng)，且容易受注入的溶液溫度、容積以及注入的時間影響[14]。大量研究表明，USCOM監(jiān)測技術在測量心輸出量(CO)方面與肺動脈導管熱稀釋法具有良好的相關性[15-16]，同樣可獲得可靠、準確的數(shù)據(jù)[17-18]。但USCOM操作簡便、無創(chuàng)，比肺動脈導管熱稀釋法更具有優(yōu)勢，更適合臨床使用。

4.2與微創(chuàng)測量方法比較微創(chuàng)的脈搏指示連續(xù)心排量監(jiān)測技術(pulse index continuous cardiac output,PiCCO)是經(jīng)肺溫度稀釋技術和動脈脈搏曲線分析技術相結(jié)合的監(jiān)測方法，通過計算脈搏曲線下面積的積分值得出CO，與PAC具有相同原理但操作相對更為簡便。有研究分別采用PiCCO法和USCOM法測量PEEP機械通氣下35例重癥患者的CO，發(fā)現(xiàn)PiCCO 法與USCOM法有較好的一致性，而PiCCO法不僅可以連續(xù)測量CO，還可以測量胸腔內(nèi)血容量和血管外肺水，能夠更好地反映心臟前負荷和肺水腫情況，從而得出PiCCO法更值得臨床推廣應用[19]的結(jié)論。但PiCCO法的測量結(jié)果不僅易受血管充盈程度、心肌收縮性、血管順應性和胸膜腔內(nèi)壓的影響，而且患者體位、呼吸方式、導管放置位置等都會直接或間接地影響。更多的研究表明，USCOM法優(yōu)于有創(chuàng)性的PiCCO法[20-21]。

4.3與其他無創(chuàng)測量方法比較目前的無創(chuàng)測量方法較多，如胸部生物阻抗法、二氧化碳無創(chuàng)心排血量測定法、普通超聲心動圖、超聲多普勒法、經(jīng)食道或氣管超聲心動圖等，但各有優(yōu)缺點。胸部生物阻抗法利用心動周期中胸部電阻抗的變化測定心搏量、心率、CO等參數(shù)，但測量結(jié)果易受患者呼吸、手術操作及心律失常等影響。Napoli等[22]通過比較胸部生物阻抗法與USCOM法，認為兩者在測量心率方面的差異具有統(tǒng)計學意義的一致性，但在測量每搏量方面不具有統(tǒng)計學差異。二氧化碳無創(chuàng)心排血量測定法，即改良Fick定律法，適用范圍較窄，僅可針對氣管插管后機械通氣的患者進行監(jiān)測，且監(jiān)測數(shù)據(jù)易受解剖無效腔/潮氣量指標、肺內(nèi)分流水平等較多影響因素干擾。針對USCOM與普通超聲測量方法的比較，目前主要的研究結(jié)果表明，USCOM在心輸出量的測量方面比普通超聲心動圖、超聲多普勒法更為精確敏感，更能夠快速高效地監(jiān)測血流動力學變化，為患者提供更為優(yōu)化的血流動力學管理[23-24]。經(jīng)食管超聲多普勒法需要從口腔置入探頭，不便于長時間監(jiān)測，且探頭末端不易固定，監(jiān)測效果易受探頭擺動影響。經(jīng)氣管導管多普勒法要求使用專業(yè)的氣管導管，不僅操作過程要求的專業(yè)技術高，而且高昂的費用造成患者過重的經(jīng)濟負擔，因此無法在臨床上普及使用。另外，Trinkmann等[25]通過比較心臟磁共振與USCOM發(fā)現(xiàn)，由于USCOM忽略了左室流出道在心動周期中的直徑變化，易使測量出的CO值偏小。但這誤差并不影響USCOM的整體測量結(jié)果及其在臨床上的應用。

為了更好的比較各種心輸出量的測量方法，相關文獻[26-27]通過對20名患者分別進行USCOM法與其他五種心輸出量的測定方法比較，即平均動脈壓法、運用FloTrac監(jiān)測心輸出量系統(tǒng)的部分二氧化碳重吸收法(NiCCO)、經(jīng)食道超聲多普勒法、鋰稀釋法、PiCCO法，發(fā)現(xiàn)患者處于外科手術麻醉情況下，鋰稀釋法得出的心輸出量比經(jīng)食道超聲多普勒法準確，但USCOM測得的心輸出量比鋰稀釋法更能反映當時的血流動力學狀況。

5　USCOM的臨床應用

超聲心輸出量監(jiān)測技術廣泛適用于麻醉科、急診科、ICU、心內(nèi)科、心胸外科、兒科、婦產(chǎn)科、燒傷科等臨床科室及心臟電生理學、心臟病學、運動生理學等基礎研究。USCOM通過自動測量的心輸出量、心指數(shù)、每搏量等血流動力學參數(shù)以及各參數(shù)的趨勢圖反映整體循環(huán)系統(tǒng)狀況，而不是簡單的血壓、心率粗略地評估。USCOM運用精準的數(shù)據(jù)可實現(xiàn)精準的診斷，進而實現(xiàn)指導用藥、輸液等合理治療。

5.1應用于麻醉科、手術室目前術中常規(guī)監(jiān)測的心率、血壓、氧飽和度、中心靜脈壓等參數(shù)，雖然能在一定程度上反映手術患者的循環(huán)狀況，但不能做到更為快速、準確、無創(chuàng)地早期發(fā)現(xiàn)圍術期血流動力學異常變化。圍術期的外科操作、麻醉操作、麻醉用藥等均可能對患者的循環(huán)產(chǎn)生不同程度的影響，特別是病情危重的手術患者，容易發(fā)生病情變化，對其進行準確的血流動力學監(jiān)測顯得尤為重要。在手術室運用USCOM技術，能更好地監(jiān)測圍術期患者的血流動力學變化，早期發(fā)現(xiàn)問題，及時采取治療措施并實時觀察治療效果，指導臨床精準治療，確保手術安全順利地完成[28]。Lester A. H.等[29]研究表明在進行老年患者的膽囊切除術中運用USCOM技術，能夠更好的把握血流動力學變化，促進手術的順利進行。另外，Critchley L、Luke等[30-31]在腹部手術中對比使用USCOM與經(jīng)食道超聲多普勒法監(jiān)測術中血流動力學變化的研究中，發(fā)現(xiàn)運用 USCOM能夠更準確地識別并快速獲取準確的血流動力學參數(shù)。在特殊人群 (如小兒、孕產(chǎn)婦、老年人)的麻醉中，運用USCOM可快速準確地評估患者的循環(huán)狀況，是保證手術安全的重要方法[32-34]。

5.2應用于急診科、ICUUSCOM除具有上述優(yōu)勢外，其便攜性也是不可忽視的優(yōu)點，尤其是對于那些不便于花費大量時間搬動轉(zhuǎn)運檢查的危急重癥患者。在院前急救時，通過便于攜帶的USCOM可快速了解患者循環(huán)狀況，為緊急救治帶來方便[35]。針對急診科、ICU常見的休克、心律失常、心衰、心肌梗死、肺栓塞等伴有血流動力學不穩(wěn)定變化的急危重癥，運用USCOM監(jiān)測血流動力學變化，不僅可以快速簡便地評估患者的容量反應性，而且能夠有效地避免因誤判液體需求量造成的肺水腫、心衰等并發(fā)癥。通過USCOM實時監(jiān)測治療狀況，使液體復蘇或其他治療措施安全精確地進行。研究表明，相比PiCCO法，運用USCOM監(jiān)測技術不僅無創(chuàng)而且使用方法簡便，更有利于對危重患者進行連續(xù)的血流動力學監(jiān)測并盡早發(fā)現(xiàn)問題作出臨床診斷和采取相應的治療措施[36]，適合在急診科、ICU的急危重癥患者中廣泛應用[6]，但需注意的是，高動力循環(huán)患者的測量結(jié)果存在高估的可能[37]。

5.3應用于兒科、婦產(chǎn)科USCOM監(jiān)測技術尤其適合如嬰幼兒、孕產(chǎn)婦等不宜采用有創(chuàng)監(jiān)測的人群[38-39]。而且，嬰幼兒的主動脈瓣和肺動脈瓣距胸腔體表多普勒監(jiān)測窗更近，超聲信號的強度和質(zhì)量均比成人高，更適宜應用USCOM技術。在兒科病房，使用USCOM監(jiān)測CO等血流動力學變化，可有效地避免有創(chuàng)監(jiān)測對患兒的傷害和院內(nèi)感染等問題，幫助臨床醫(yī)生實時監(jiān)測患兒的病情狀況，早期發(fā)現(xiàn)異常情況，盡早作出診斷并采取治療措施，同時方便監(jiān)測治療效果，提高危重病患兒的救治率，是一種快速準確、安全無創(chuàng)并具有良好重復性的床邊監(jiān)測方法[40]。一般情況下，在妊娠期間，由于孕婦的血流動力學變化很大，有必要進行適當?shù)脑衅跈z查。使用USCOM可以無創(chuàng)、快速、準確地測得循環(huán)系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)，便于早期發(fā)現(xiàn)問題，為孕婦和胎兒的安全提供保障[41-42]。若是孕婦心功能存在異常情況，監(jiān)測循環(huán)功能就顯得更為重要。

6　總　結(jié)

綜上所述，USCOM技術運用連續(xù)波多普勒技術經(jīng)皮監(jiān)測升主動脈或肺動脈的血流速度、心室射血時間、心率、每搏量、心輸出量、心指數(shù)、外周血管阻力等多項指標，準確監(jiān)測心臟搏動時發(fā)生的血流動力學變化。對于患者，USCOM技術無創(chuàng)、安全、便宜、舒適；對于臨床工作人員，USCOM技術具有良好的重復性、敏感度高、準確度高、易掌握、使用簡便、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)第一時間獲得患者的血流動力學資料，快速指導臨床精準治療，值得臨床推廣應用。但USCOM忽略了左室流出道在心動周期中的直徑變化導致的測量出現(xiàn)誤差，仍然是未來需要解決的問題。另外，連續(xù)的監(jiān)測需要人工放置探頭，不便于臨床，需要作出改進。

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The Research Progress of Ultrasonic Monitoring of Cardiac Output

LIYi1,YEJun-ming2,CHENLi2,GUORui2

(1.2015-gradeProfessionalMasterGraduateStudent,majoringinAnesthesiology,GannanMedicalUniversity;2.DepartmentofAnesthesiology,TheFirstAffiliatedHospitalofGannanMedicalUniversity,GanzhouJiangxi341000)

The Cardiac Output (CO) is one of the commonly used clinical indicators reflecting the status of circulatory function. It is of great significance to quickly and accurately determine CO for clinical medicine, blood transfusion, and rehydration treatment. With the development of medicine, safety, non-invasion, convenience, and precision are emphasized for clinical monitoring. Ultrasonic cardiac output monitor (USCOM) is a relatively new hemodynamic monitoring method, which provides a non-invasive, accurate, safe and convenient tool for the evaluation of overall heart function.Here we reviewed the clinical application and research progress of USCOM.

Ultrasonic cardiac output monitor;Cardiac output;Noninvasive;Hemodynamics

葉軍明，男，教授，主任醫(yī)師。研究方向：臨床麻醉—監(jiān)測。E-mail：yjm7798@sina.com

R445.1

A

1001-5779(2016)04-0651-06

10.3969/j.issn.1001-5779.2016.04.049

2016-07-04)(責任編輯：敖慧斌)