不同檢查方法評(píng)估COPD 患者膈肌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的比較

沈惠英，朱新秀，陳 琪，趙琳琳，鐘連江

（桐鄉(xiāng)市第二人民醫(yī)院，浙江 桐鄉(xiāng) 314511）

膈肌是呼吸運(yùn)動(dòng)過程中最主要的吸氣肌，慢性阻塞性肺疾病 （Chronic obstructive pulmonary disease，COPD）可造成膈肌的結(jié)構(gòu)和功能出現(xiàn)變化[1-2]。已知肺功能檢查是診斷COPD 的主要手段，然而當(dāng)COPD 患者病情嚴(yán)重以至于無法配合完成肺功能檢查時(shí)，如何有效評(píng)估膈肌功能對(duì)于COPD 患者的監(jiān)測(cè)非常重要。目前臨床上主要通過X 線透視測(cè)量膈肌的形態(tài)學(xué)變化，但X 線透視存在操作復(fù)雜且同樣需要患者呼吸配合的缺點(diǎn)[3-4]。隨著超聲技術(shù)的進(jìn)步，已有研究指出超聲可以用于評(píng)估COPD 患者的病情[5-6]。超聲檢查具有無創(chuàng)、安全、可重復(fù)操作、無需患者呼吸配合即可動(dòng)態(tài)觀察膈肌運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)[7]。但目前超聲用于評(píng)估膈肌的方式多樣，準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。因此本研究通過比較不同膈肌測(cè)量方法評(píng)估不同嚴(yán)重程度COPD 的準(zhǔn)確性，以探索最優(yōu)的膈肌檢查方法，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

選擇2017 年1 月—2018 年1 月于我院接受治療的COPD 患者作為研究對(duì)象，根據(jù)COPD 全球倡議 （Global initiative for chronic obstructive lung disease，GOLD）分為4 級(jí)：GOLD 1 級(jí)，一秒鐘用力呼氣容積（Forced expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1） 占預(yù)計(jì)值百分比≥80%；GOLD 2 級(jí)，50%≤FEV1 占預(yù)計(jì)值百分比＜80%；GOLD 3 級(jí)，30%≤FEV1 占預(yù)計(jì)值百分比＜50%；GOLD 4 級(jí)FEV1 占預(yù)計(jì)值百分比＜30%[8]。每一級(jí)收集30 例患者。

納入標(biāo)準(zhǔn)： 患者符合COPD 的診斷標(biāo)準(zhǔn)且可以配合胸片以及超聲檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：①合并神經(jīng)肌肉疾病、胸廓畸形的患者；②合并其他慢性代謝性疾病的患者；③既往有胸腹腔創(chuàng)傷及手術(shù)史的患者。④近6 周有病情惡化的患者。

所有患者均知情同意，本研究獲我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 儀器和方法

1.2.1 超聲測(cè)量

選用GE logiq S8 超聲診斷儀，C1-5 凸陣探頭。所有GOLD 1～4 級(jí)患者分別行膈肌的M 型超聲法和B 超直接法檢查。①M(fèi) 型超聲法：患者仰臥位，在右肋緣下的右腋前線與右鎖骨中線的中點(diǎn)，用M型超聲測(cè)量膈肌軌跡，測(cè)波峰的垂直距離（圖1a）。②B 超直接法： 在顯示右腎最長(zhǎng)徑標(biāo)準(zhǔn)切面找到膈肌最低點(diǎn)（在圖像上用箭頭做標(biāo)記），實(shí)時(shí)觀察測(cè)量膈肌的移動(dòng)度，凍結(jié)圖像并通過回放找到最大位移處進(jìn)行測(cè)量 （圖1b）?；颊叩暮粑椒ń梃b記錄FEV1 的方法，即患者盡力最大吸氣后，用力盡快呼氣，記錄開始呼氣到呼氣結(jié)束時(shí)的膈肌運(yùn)動(dòng)幅度（Diaphragm movement amplitude，DMA）以及開始呼氣到呼氣第一秒內(nèi)膈肌的運(yùn)動(dòng)幅度（Diaphragm movement amplitude in one second，DMA1），并計(jì)算DMA1/DMA 的比值（DMA1/DMA），同樣以83%為正常值 （即預(yù)計(jì)值），對(duì)COPD 患者進(jìn)行分級(jí)：1 級(jí)：DMA1 占預(yù)計(jì)值百分比≥80%；2 級(jí)：50%≤DMA1占預(yù)計(jì)值百分比＜80%；3 級(jí)：30%≤DMA1 占預(yù)計(jì)值百分比＜50%；4 級(jí)：DMA1 占預(yù)計(jì)值百分比＜30%。以上測(cè)量均由有經(jīng)驗(yàn)的超聲醫(yī)師測(cè)量，測(cè)量3 次取平均值。

1.2.2 X 線測(cè)量

采用GE Brivo XR575 平板數(shù)字化X 線攝影系統(tǒng)（DR）?；颊叩暮粑椒ㄍ?，記錄開始呼氣到呼氣結(jié)束時(shí)，右側(cè)膈肌呼氣末頂點(diǎn)和右肋膈角頂點(diǎn)連線與水平線所成角度（Diaphragm movement angle，DMAG）（圖2），以及開始呼氣到呼氣第一秒時(shí)膈肌的運(yùn)動(dòng)角度 （Diaphragm movement angle in one second，DMAG1）。并 計(jì) 算DMAG1/DMAG 的 比 值（DMAG1/DMAG），以83%為正常值（即預(yù)計(jì)值），對(duì)COPD 患者進(jìn)行分級(jí)：1 級(jí)：DMAG1 占預(yù)計(jì)值百分比≥80%；2 級(jí)：50%≤DMAG1 占預(yù)計(jì)值百分比＜80%；3 級(jí)：30%≤DMAG1 占預(yù)計(jì)值百分比＜50%；4級(jí)：DMAG1 占預(yù)計(jì)值百分比＜30%。每一個(gè)患者的膈肌角度均由均由有經(jīng)驗(yàn)的放射科技師測(cè)量，測(cè)量3次取平均值。

圖1 超聲測(cè)量COPD 患者膈肌運(yùn)動(dòng)情況。圖1a：M 型超聲法測(cè)量膈肌運(yùn)動(dòng)情況，患者膈肌運(yùn)動(dòng)為2.11 cm；圖1b：B 超直接法測(cè)量膈肌運(yùn)動(dòng)情況，患者膈肌運(yùn)動(dòng)為3.06 cm。圖2 X線測(cè)量COPD 患者膈肌運(yùn)動(dòng)情況，圖中患者膈肌的DMAG 為41.3°。Figure 1.Ultrasound measurement of diaphragmatic motion in patients with COPD.Figure 1a:M-mode ultrasound method was used to measure the diaphragmatic movement.The diaphragmatic movement of the patient was 2.11 cm.Figure 1b:B ultrasound direct method was used to measure the diaphragmatic movement.The diaphragmatic movement of the patient was 3.06 cm.Figure 2.X-ray measurement of diaphragmatic motion in patients with COPD.The DMAG of the figure in the patient was 41.3°.

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0 和medcalc 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料用均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用單因素方差分析進(jìn)行多組比較，采用snk-q 進(jìn)行兩兩比較。計(jì)數(shù)資料用例數(shù)表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。超聲、X 線測(cè)量膈肌運(yùn)動(dòng)與肺功能檢測(cè)結(jié)果的一致性分析采用Kappa 一致性分析法。利用ROC 曲線分析超聲及X 線鑒別COPD 不同嚴(yán)重程度的準(zhǔn)確性，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

本研究共納入COPD 患者120 例。GOLD 1 級(jí)30 例，其中男19 例，女11 例，平均年齡（60.34±13.36）歲，體質(zhì)量指數(shù)（BMI）22.08±2.88。GOLD 2 級(jí)30 例，其中男20 例，女10 例，平均年齡（63.21±11.58）歲，BMI 21.87±8.87。GOLD 3 級(jí)30 例，其中男18 例，女12 例，平均年齡（64.12±10.07）歲，BMI 21.76±3.68。GOLD 4 級(jí)30 例，其中男18 例，女12例，平均年齡（62.76±11.66）歲，BMI 21.75±7.87。各組間年齡及BMI 近似，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＞0.05）。

2.1 四組GOLD 分級(jí)下不同膈肌測(cè)量方法的結(jié)果比較

比較四組GOLD 分級(jí)下，兩種超聲方法記錄的COPD 患者用力呼氣時(shí)的DMA 以及X 線記錄的DMAG，見表1。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種膈肌測(cè)量方法獲得的結(jié)果均隨著GOLD 分級(jí)的逐漸升高而逐漸降低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。進(jìn)一步的兩兩比較發(fā)現(xiàn)，GOLD 2 級(jí)患者M(jìn) 型超聲法以及X 線測(cè)量的結(jié)果均顯著低于GOLD 1 級(jí)患者，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。GOLD 3 級(jí)患者三種膈肌測(cè)量結(jié)果均顯著低于GOLD 1、2 級(jí)患者，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。GOLD 4 級(jí)患者三種膈肌測(cè)量結(jié)果均顯著低于GOLD 1～3 級(jí)患者，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。

表1 不同等級(jí)COPD 患者中兩種超聲DMA 及X 線DMAG 比較

2.2 3 種膈肌測(cè)量方法對(duì)COPD 進(jìn)行分級(jí)與GOLD分級(jí)的一致性分析

3 種膈肌測(cè)量方法對(duì)COPD 進(jìn)行分級(jí)與GOLD分級(jí)的一致性分析見表2～4。3 種膈肌測(cè)量方法中，M 型超聲法與GOLD 分級(jí)的一致性最好 （Kappa=0.911，P=0.000），X 線測(cè)量法次之（Kappa=0.700，P=0.000），B 超直接法一致性相對(duì)最低（Kappa=0.811，P=0.000）。

表2 M 型超聲法與GOLD 分級(jí)的一致性分析

表3 B 超直接法與GOLD 分級(jí)的一致性分析

表4 X 線測(cè)量法與GOLD 分級(jí)的一致性分析

2.3 比較M 型超聲與X 線鑒別COPD 患者不同GOLD 等級(jí)的效能

選擇與GOLD 分級(jí)的一致性較好的M 型超聲法和X 線測(cè)量法進(jìn)行進(jìn)一步的ROC 曲線分析，探索COPD 患者用力呼氣時(shí)，M 型超聲記錄的DMA以及X 線記錄的DMAG 鑒別不同GOLD 等級(jí)的能力。結(jié)果如圖3 和表5 所示。M 型超聲法和X 線測(cè)量法在鑒別GOLD 1 級(jí)vs.GOLD 2 級(jí)方面AUC均較低（0.711，0.750），兩者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。在鑒別GOLD 2 級(jí)vs.GOLD 3 級(jí)方面，M型超聲法和X 線測(cè)量法均獲得最好的AUC（0.928，0.938），兩者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。其中M 型超聲法和X 線測(cè)量法的特異性均為96.67%，但敏感性一般（73.33%，76.67%）。在鑒別GOLD 3 級(jí) vs.GOLD 4 級(jí)方面，M 型超聲法的AUC（0.916）大于X 線測(cè)量法（0.764），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（z=2.101，P=0.036）。M 型超聲法的最佳診斷點(diǎn)為4.58 cm，此時(shí)敏感性為100%，特異性為73.33%。

圖3 M 型超聲與X 線鑒別COPD 患者不同GOLD 等級(jí)的ROC 曲線。圖3a：GOLD 1 級(jí)vs.GOLD 2 級(jí)的ROC 曲線；圖3b：GOLD 2 級(jí)vs.GOLD 3 級(jí)的ROC 曲線；圖3c：GOLD 3 級(jí)vs.GOLD 4 級(jí)的ROC 曲線。Figure 3.ROC curves of M-mode ultrasound and X-ray to identify different GOLD grades in patients with COPD.Figure 3a:ROC curve of GOLD 1 vs.GOLD 2; Figure 3b:ROC curve of GOLD 2 vs.GOLD 3; Figure 3c:ROC curve of GOLD 3 vs.GOLD 4.

表5 M 型超聲與X 線鑒別COPD 患者不同GOLD 等級(jí)的效能

3 討論

膈肌是人體最主要的吸氣肌，承擔(dān)了人體90%以上的通氣功能[9-10]。研究發(fā)現(xiàn)，如果膈肌的位置下降1 cm，人體就可以獲得250～350 mL 的空氣[11]。COPD 是呼吸科的常見病，其可以導(dǎo)致膈肌的形態(tài)及功能發(fā)生變化。目前COPD 的診斷及療效評(píng)估主要依靠肺功能檢測(cè)，但是如果COPD 患者病情嚴(yán)重以至于無法配合完成肺功能檢查時(shí)，如何有效評(píng)估膈肌功能對(duì)于COPD 患者的監(jiān)測(cè)就顯得非常重要[12]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)膈肌功能的測(cè)量方法尚未統(tǒng)一，主要有X 線測(cè)量以及超聲測(cè)量評(píng)估膈肌形態(tài)學(xué)與功能變化的方法[13-14]。因此本研究通過比較不同膈肌測(cè)量方法評(píng)估不同嚴(yán)重程度COPD 的準(zhǔn)確性，以找出最準(zhǔn)確的膈肌功能評(píng)估方法，進(jìn)而為COPD 的康復(fù)治療提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。

本研究主要比較三種膈肌檢測(cè)方法，它們分別是M 型超聲法、B 超直接法以及X 線測(cè)量法。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著COPD 患者GOLD 等級(jí)逐級(jí)升高，三種膈肌測(cè)量方法獲得的結(jié)果均逐漸降低。通過進(jìn)一步的兩兩比較發(fā)現(xiàn)，除了B 超直接法在GOLD 1級(jí)和2 級(jí)之間差異不明顯外，其他檢測(cè)方法在GOLD 每一級(jí)的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這提示M 型超聲法和X 線測(cè)量法測(cè)量的膈肌移動(dòng)度均有助于評(píng)估不同嚴(yán)重程度的COPD，B 超直接法在鑒別GOLD 1 級(jí)和2 級(jí)COPD 患者的能力上可能價(jià)值不明顯，這可能是因?yàn)锽 超直接法需要操作者憑經(jīng)驗(yàn)在超聲圖像上選擇測(cè)量點(diǎn)并且需要人工選擇患者吸氣末和呼氣末的超聲圖像，難免存在誤差。但在鑒別GOLD 2～4 級(jí)COPD 患者方面同樣具有重要價(jià)值。

已知COPD 患者在進(jìn)行了肺功能檢測(cè)后可以根據(jù)GOLD 分為4 級(jí)，本研究針對(duì)GOLD 的4 個(gè)等級(jí)各納入了30 例患者作為研究對(duì)象。為了比較不同膈肌測(cè)量方法對(duì)不同嚴(yán)重程度的COPD 的評(píng)估價(jià)值，我們參照了GOLD 對(duì)COPD 分級(jí)的方法，同樣也對(duì)COPD 的超聲以及X 線的膈肌檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分級(jí)。然后將三種膈肌測(cè)量方法的分級(jí)結(jié)果與GOLD分級(jí)結(jié)果進(jìn)行了一致性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)3 種膈肌測(cè)量方法中，M 型超聲法與GOLD 分級(jí)的一致性最好，X 線測(cè)量法次之，B 超直接法一致性相對(duì)最低。筆者認(rèn)為M 型超聲法一致性最好的原因是M 型超聲的取樣線最容易垂直于膈肌，所以其記錄的膈肌移動(dòng)軌跡最準(zhǔn)確。而B 超直接法是依靠超聲醫(yī)生在患者吸氣末時(shí)，用箭頭標(biāo)記右腎最長(zhǎng)徑標(biāo)準(zhǔn)切面下膈肌最低點(diǎn)，然后等患者用力呼氣后通過肉眼再次用箭頭標(biāo)記，并計(jì)算兩者之間的距離。所以B 超直接法的測(cè)量數(shù)據(jù)容易受人為操作誤差的影響。X 線測(cè)量法由于可以觀察到膈肌的整體形態(tài)，所以受人為誤差的影響較少。

本研究進(jìn)一步選擇與GOLD 分級(jí)一致性較好的M 型超聲法和X 線測(cè)量法進(jìn)行ROC 曲線分析，以探索COPD 患者用力呼氣時(shí)M 型超聲法和X 線測(cè)量法鑒別不同嚴(yán)重程度COPD 的能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)M 型超聲法和X 線測(cè)量法在鑒別GOLD 1 級(jí) vs.GOLD 2 級(jí)方面AUC 均較低（0.711，0.750），提示輕度COPD 患者在呼吸各時(shí)相上的移動(dòng)度沒有顯著的差異性。這可能是因?yàn)檩p度COPD 患者的膈肌可能出現(xiàn)代償性的增厚，使得膈肌的收縮力增加，因此移動(dòng)度改變不明顯。在鑒別GOLD 2 級(jí)vs.GOLD 3級(jí)方面，M 型超聲法和X 線測(cè)量法均獲得最好的AUC（0.928，0.938）。提示M 型超聲法和X 線測(cè)量法均可以區(qū)分中重度COPD。在鑒別GOLD 3 級(jí)vs.GOLD 4 級(jí)方面，M 型超聲法的AUC（0.916）大于X線測(cè)量法（0.764）。提示M 型超聲法在區(qū)分重度和極重度COPD 的準(zhǔn)確性上優(yōu)于X 線測(cè)量法。筆者認(rèn)為其可能原因是重度和極重度COPD 患者一般配合度不佳，所以可能會(huì)增加X 線測(cè)量法的測(cè)量誤差，另外X 線測(cè)量法主要測(cè)量膈肌的移動(dòng)角度，而重度COPD 患者膈肌移動(dòng)角度一般比較小，給測(cè)量帶來一定的困難，而M 型超聲法主要依靠利用采樣線觀察膈肌局部移動(dòng)度，準(zhǔn)確性更優(yōu)，所以鑒別GOLD 3級(jí)vs.GOLD 4 級(jí)的準(zhǔn)確性更好。另外超聲還具有攜帶方便，可以床旁觀察患者膈肌運(yùn)動(dòng)變化的特點(diǎn)，更適合應(yīng)用于配合度不高的重度COPD 患者[15]。

綜上所述，M 型超聲法相比X 線測(cè)量法和B 超直接法能夠更準(zhǔn)確的區(qū)分不同嚴(yán)重程度的COPD，有望用于嚴(yán)重COPD 患者的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與管理。值得注意的是本研究為了和GOLD 分級(jí)做比較，觀察的是患者用力呼吸時(shí)的膈肌移動(dòng)度，并沒有觀察患者平靜呼吸時(shí)的膈肌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。所以M 型超聲的膈肌檢測(cè)還有待進(jìn)一步的探索，以制定一套更準(zhǔn)確的診斷標(biāo)準(zhǔn)。