超聲影像學(xué)技術(shù)在膈肌功能評(píng)估中的應(yīng)用進(jìn)展

陳姝米，徐曉紅,2

·綜 述·

超聲影像學(xué)技術(shù)在膈肌功能評(píng)估中的應(yīng)用進(jìn)展

陳姝米1，徐曉紅1,2

1.廣東醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，廣東湛江 524000；2.廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科，廣東湛江 524001

膈肌介于胸腹腔之間，是構(gòu)成胸腔底和腹腔頂?shù)谋〖?，是人體重要的“呼吸泵”和“咳嗽泵”。膈肌發(fā)生失用性萎縮的速度遠(yuǎn)超其他骨骼肌，對(duì)膈肌功能的評(píng)估可在一定程度上反映個(gè)體的心肺功能及運(yùn)動(dòng)耐力。超聲影像學(xué)技術(shù)可對(duì)膈肌提供多種實(shí)時(shí)可視化檢查結(jié)果。本文對(duì)超聲影像學(xué)技術(shù)在膈肌功能評(píng)估中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

膈肌；超聲檢查；功能評(píng)估

膈肌是人體最主要的吸氣肌，不僅可協(xié)同呼吸，還可與腹肌配合，維持胸腹腔及胃食管壓力，影響心臟的血液循環(huán)，以及參與機(jī)體排便、排尿、分娩及嘔吐等動(dòng)作的完成。神經(jīng)肌肉疾病、慢性呼吸系統(tǒng)疾病、肌松藥殘余阻滯、膈神經(jīng)阻滯、過度機(jī)械通氣等均會(huì)在生理和心理上促使患者發(fā)生膈肌功能障礙和膈肌萎縮。有效、及時(shí)地對(duì)膈肌功能進(jìn)行評(píng)估有助于提高患者的生存質(zhì)量并改善預(yù)后。跨膈壓和最大吸氣壓（maximal inspiratory pressure，MIP）常用于評(píng)估膈肌功能，但作為入侵檢查方式，其評(píng)估結(jié)果在一定程度上受被測者主觀因素的影響[1]。CT、磁共振等影像學(xué)技術(shù)對(duì)操作者的要求較高、耗費(fèi)時(shí)間長、價(jià)格昂貴，且需要患者在檢查室內(nèi)接受檢查，限制了其在危重癥患者中的使用。超聲作為一種便捷的診斷工具，可避免輻射風(fēng)險(xiǎn)且價(jià)格合理、準(zhǔn)確性高，能實(shí)時(shí)監(jiān)測患者的膈肌功能。本文對(duì)超聲影像學(xué)技術(shù)評(píng)價(jià)膈肌功能的超聲指標(biāo)、新興技術(shù)、發(fā)展趨勢等進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 膈肌功能評(píng)估中的常用超聲指標(biāo)

1.1 膈肌移動(dòng)度（diaphragmatic excursion，DE）

在呼吸過程中，膈肌不同部位的移動(dòng)度不同。臨床檢查常取移動(dòng)度較大的膈肌后部進(jìn)行測量。研究顯示，DE在不同性別、年齡、體質(zhì)量指數(shù)患者中存在差異[2-3]。Boussuges等[4]研究認(rèn)為，單側(cè)膈肌麻痹的臨床癥狀通常不明顯，患者深呼吸時(shí)兩側(cè)DE的比值超出0.5～1.6范圍，被認(rèn)為其膈肌異常。多項(xiàng)肺功能相關(guān)研究證實(shí)，DE與用力肺活量呈中高度相關(guān)性[5-6]。王艦堯等[6]利用DE協(xié)助診斷慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD），結(jié)果顯示其特異性良好。Rutka等[7]利用DE評(píng)估COPD患者的肺康復(fù)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者深吸氣時(shí)的DE平均值上升。劉江等[8]通過DE對(duì)重癥監(jiān)護(hù)室中的機(jī)械通氣患者進(jìn)行撤機(jī)結(jié)局預(yù)測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DE預(yù)測撤機(jī)失敗的曲線下面積（area under the curve，AUC）為0.871，撤機(jī)失敗的平均值為14.62mm，提示DE在撤機(jī)結(jié)果預(yù)測中具有良好價(jià)值。另有研究發(fā)現(xiàn)，DE撤機(jī)失敗的平均值為9.8mm，推測其差別可能與患者的基礎(chǔ)性疾病種類、病情的嚴(yán)重程度等相關(guān)[9]。DE對(duì)撤機(jī)成功的診斷效能與淺快呼吸指數(shù)（rapid shallow breathing index，RSBI）的優(yōu)劣存在爭議，推測其可能與樣本量和個(gè)體差異相關(guān)[10]。DE易受吸氣的影響，持續(xù)的高吸氣易造成呼吸肌疲勞，導(dǎo)致較高的DE誤診率。同時(shí)，DE可輔助臨床對(duì)胸腹部術(shù)后患者的膈肌功能障礙進(jìn)行診斷。在心臟手術(shù)術(shù)后，DE可反映患者膈肌功能的變化，為患者術(shù)后膈肌功能的恢復(fù)提供時(shí)間方面的參考依據(jù)[11]。

1.2 膈肌厚度（diaphragmatic thickness，TDI）和膈肌增厚分?jǐn)?shù)（diaphragmatic thickening fraction，DTF）

DTF=（吸氣時(shí)膈肌厚度–呼氣時(shí)膈肌厚度）/吸氣時(shí)膈肌厚度×100%，其準(zhǔn)確性和可重復(fù)性較好，是可靠的膈肌功能預(yù)測指標(biāo)[12]。Li等[13]研究顯示，健康人群中，男性的TDI高于女性。TDI受個(gè)體影響的敏感度不大，而DTF更能反映膈肌功能[14]，用力吸氣時(shí)DTF為20%的閾值被診斷為膈肌麻痹[4]。Rittayamai等[15]開展的一項(xiàng)前瞻性研究結(jié)果顯示，COPD患者的膈肌力量儲(chǔ)備率低于健康對(duì)照組，表明DTF在預(yù)測COPD患者急性重癥風(fēng)險(xiǎn)方面具有重要價(jià)值。徐迪等[16]在中重度穩(wěn)定期COPD患者的肺康復(fù)訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)，患者治療后DTF有顯著提高，表明DTF可有效評(píng)估抗阻力訓(xùn)練增加膈肌厚度及呼吸肌力量的作用。但肺實(shí)質(zhì)中不同類型的過度充氣分布可能會(huì)影響隔膜的形狀和運(yùn)動(dòng)，因此DTF在COPD患者中的應(yīng)用價(jià)值需進(jìn)一步評(píng)估。有研究以不同壓力模式評(píng)估膈肌在自主呼吸和無創(chuàng)呼吸時(shí)的功能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DTF評(píng)估膈肌的總體可重復(fù)性良好，觀察者內(nèi)部及觀察者之間的重復(fù)性系數(shù)較高[17]。對(duì)自主呼吸試驗(yàn)期間患者的膈肌進(jìn)行超聲測量，結(jié)果顯示其撤機(jī)成功的敏感度、準(zhǔn)確性和特異性分別為97.67%、95.71%和92.59%，提示DTF是反映膈肌主動(dòng)收縮功能的良好指標(biāo)[18]。DTF對(duì)膈肌功能的評(píng)估可使臨床醫(yī)生更好地了解患者圍手術(shù)期的呼吸功能情況。研究表明，肺葉切除術(shù)后1d患者的兩側(cè)膈肌DTF較術(shù)前明顯降低，術(shù)后7d患者的兩側(cè)膈肌DTF有所回升[19]。在另一項(xiàng)膈肌康復(fù)訓(xùn)練研究中，對(duì)腹腔鏡膽囊切除術(shù)患者在術(shù)后1～3d連續(xù)進(jìn)行膈肌超聲測量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者的TDI及DTF均明顯升高[20]。

2 膈肌功能評(píng)估中的其他超聲指標(biāo)

2.1 膈肌收縮速度（diaphragmatic contraction velocity，DCV）

DCV=（吸氣末膈肌運(yùn)動(dòng)幅度-呼氣末膈肌運(yùn)動(dòng)幅度）/吸氣時(shí)間，其與膈肌肌力有關(guān)。在DCV的相關(guān)研究中，因缺少健康人群公開數(shù)據(jù)，未能將其與其他膈肌功能評(píng)估方法進(jìn)行比較，研究的可重復(fù)性未得到多中心驗(yàn)證[21]。目前，DCV被更多地用于指導(dǎo)臨床撤機(jī)。研究顯示，自主呼吸試驗(yàn)開始20min后，當(dāng)其DCV>８mm/s時(shí)，預(yù)測撤機(jī)成功的敏感度、特異性、AUC分別為100.00%、86.67%和0.93，略低于RSBI，DCV在一定程度上可代替RSBI用于預(yù)測撤機(jī)[22]。但Palkar等[23]研究發(fā)現(xiàn)，成功拔管組與再次插管組患者的DCV無明顯差異，表明DCV對(duì)于預(yù)測撤機(jī)結(jié)果無明顯價(jià)值。

2.2 膈肌淺快呼吸指數(shù)（diaphragmatic rapid shallow breathing index，D-RSBI）

D-RSBI是用DE替代潮氣量，將膈肌功能與快速淺呼吸相結(jié)合，其在預(yù)測撤機(jī)方面具有良好價(jià)值。Spadaro等[24]應(yīng)用D-RSBI預(yù)測撤機(jī)失敗的敏感度、特異性和AUC分別為94.1%、64.7%和0.89，與RSBI有很好的相關(guān)性，結(jié)合DE后D-RSBI預(yù)測撤機(jī)結(jié)局的準(zhǔn)確性更高。周俊等[25]在進(jìn)行多因素回歸分析后認(rèn)為，D-RSBI并不是撤機(jī)失敗的獨(dú)立因素，其在指導(dǎo)脫機(jī)中的作用需要更多的研究數(shù)據(jù)予以驗(yàn)證。Whebell等[21]研究發(fā)現(xiàn)，D-RSBI的變化與呼吸頻率的顯著增加有關(guān)，但DE沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著下降。

3 新興超聲影像學(xué)技術(shù)

3.1 組織多普勒成像技術(shù)

膈肌的運(yùn)動(dòng)類似心肌，可發(fā)出低頻、高振幅運(yùn)動(dòng)信號(hào)。組織多普勒成像通過位移–時(shí)間曲線及速度–時(shí)間曲線對(duì)膈肌的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行整體觀測。Meng等[26]在對(duì)遲發(fā)性龐貝病患者的膈肌研究中發(fā)現(xiàn)，雙側(cè)膈肌舒張期峰值速度與呼吸力學(xué)指標(biāo)相關(guān)性較高。利用M型超聲和組織多普勒成像技術(shù)分析評(píng)估COPD患者的膈肌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，患者深呼吸時(shí)的右膈腳活動(dòng)度及運(yùn)動(dòng)速度低于對(duì)照組，而患者深呼吸時(shí)并非所有部位的DE都與正常人群有明顯差異，表明組織多普勒在一定程度上對(duì)于膈肌萎縮的“假性正?；本哂需b別價(jià)值，更能體現(xiàn)膈肌各部分的真實(shí)狀態(tài)[27]。趙浩天等[22]在評(píng)估長期機(jī)械通氣和短期機(jī)械通氣患者的膈肌情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，平穩(wěn)呼吸時(shí)患者的膈肌收縮期峰值速度和舒張期峰值速度均較低，淺快呼吸時(shí)膈肌收縮期峰值速度和舒張期峰值速度均較高，表明該指標(biāo)與患者吸氣努力程度相關(guān)。組織多普勒成像技術(shù)監(jiān)測膈肌收縮期峰值速度、舒張期峰值速度具有應(yīng)用前景，然而現(xiàn)階段應(yīng)用組織多普勒成像技術(shù)評(píng)估膈肌的研究較少，仍需大樣本研究進(jìn)行進(jìn)一步探究。

3.2 超聲剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）技術(shù)

超聲彈性成像技術(shù)是一項(xiàng)有發(fā)展前景的臨床診斷技術(shù)，可用于肌肉質(zhì)量和體內(nèi)收縮特性的評(píng)估和監(jiān)測。Flatres等[28]利用定量SWE對(duì)健康受試者和危重患者進(jìn)行肢體肌肉和膈肌測量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)操作人員間重復(fù)性及內(nèi)靠性的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)超過0.9。施惠青[29]對(duì)COPD患者和健康成人進(jìn)行比較分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膈肌硬度與肺功能之間呈顯著的負(fù)相關(guān)，其中用力吸氣末時(shí)膈肌剪切波速度與第1秒用力呼氣容積百分比預(yù)計(jì)值之間的相關(guān)性最強(qiáng)，提示膈肌剪切波速度可用于肺功能的評(píng)價(jià)，從而間接評(píng)估COPD患者的嚴(yán)重程度。雖然SWE在評(píng)價(jià)膈肌質(zhì)量方面具有較高的準(zhǔn)確性和可行度，但其應(yīng)用也存在局限性，當(dāng)患者呼吸過速時(shí)，采樣率降低，需進(jìn)一步優(yōu)化其在重癥監(jiān)護(hù)病房的使用。

3.3 超聲斑點(diǎn)追蹤成像（speckle tracking imaging，STI）技術(shù)

STI可利用膈肌組織自然產(chǎn)生的斑點(diǎn)來跟蹤評(píng)估患者吸氣負(fù)荷下肌肉的收縮能力。應(yīng)用STI測量應(yīng)變和應(yīng)變率，可分別作為膈肌組織形變和形變速度的指標(biāo)。Oppersma等[30]研究發(fā)現(xiàn)，隨著膈肌負(fù)荷的逐步增加，應(yīng)變和應(yīng)變率增加，其與跨膈壓和膈肌電活動(dòng)高度相關(guān)。STI是一種創(chuàng)新的超聲技術(shù)，可很好地用于評(píng)估肌肉功能，彌補(bǔ)M型超聲技術(shù)在膈肌橫向移動(dòng)時(shí)的誤差。但STI是否可作為評(píng)估膈肌收縮性的可靠指標(biāo)尚未得到證實(shí)。

4 小結(jié)與展望

近年來，超聲影像學(xué)技術(shù)作為一種實(shí)時(shí)、安全、便捷的檢查方式，逐漸成為呼吸、急診危重癥、康復(fù)醫(yī)療等領(lǐng)域的重要輔助手段，其不僅可實(shí)時(shí)監(jiān)測患者的膈肌功能、床旁操作無需轉(zhuǎn)運(yùn)患者，且價(jià)格合理，準(zhǔn)確度高。未來膈肌超聲影像學(xué)技術(shù)有望基于膈肌的運(yùn)動(dòng)及結(jié)構(gòu)標(biāo)記實(shí)現(xiàn)三維重建，實(shí)現(xiàn)膈肌形態(tài)學(xué)的三維創(chuàng)新。盡管超聲影像學(xué)技術(shù)的評(píng)估方式多樣，但其亦依賴于檢查者的操作，且檢查結(jié)果常受患者個(gè)體因素及體位的影響，未來需要更多的研究進(jìn)行探索。

[1] DE VRIES H, JONKMAN A, SHI Z H, et al. Assessing breathing effort in mechanical ventilation: physiology and clinical implications[J]. Ann Transl Med, 2018, 6(19): 387.

[2] KAT?PO?LU B, KAYKISIZ E K, SZARPAK L, et al. The evaluation of referance values for diaphragmatic excursion in Turkish population[J]. Eurasian J Critical Care, 2019, 1(2): 1–6.

[3] PA?AC M, RUTKA M, WOLNY T, et al. Ultrasonographyin assessment of respiratory muscles function: a systematic review[J]. Respiration, 2022, 101(9): 878–892.

[4] BOUSSUGES A, RIVES S, FINANCE J, et al. Assessment of diaphragmatic function by ultrasonography: current approach and perspectives[J]. World J Clin Cases, 2020, 8(12): 2408–2424.

[5] 黃志祥, 張磊, 熊利娟, 等. 肺移植圍術(shù)期膈肌運(yùn)動(dòng)與肺功能和運(yùn)動(dòng)耐量相關(guān)性的初步研究[J]. 中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志, 2022, 37(2): 162–168.

[6] 王艦堯, 高占成, 王雪, 等. 超聲評(píng)估慢性阻塞性肺疾病患者膈肌功能與肺功能關(guān)聯(lián)性研究[J]. 中國超聲醫(yī)學(xué)雜志, 2020, 36(12): 1078–1080.

[7] RUTKA M, PA?AC M, LINEK P. Diaphragmatic mobility loss in subjects with moderate to very severe COPD may improve after in-patient pulmonary rehabilitation[J]. Respir Care, 2021, 66(2): 354.

[8] 劉江, 劉立江, 楊華萍. 重癥超聲下膈肌定量參數(shù)檢測在ICU機(jī)械通氣患者撤機(jī)結(jié)局預(yù)測中的應(yīng)用價(jià)值[J]. 中國當(dāng)代醫(yī)藥, 2022, 29(7): 36–38.

[9] 林寧, 黃秋霞, 張慧珍, 等. 膈肌超聲在機(jī)械通氣患者撤機(jī)中的應(yīng)用[J]. 中國呼吸與危重監(jiān)護(hù)雜志, 2019, 18(4): 339–343.

[10] 伍松柏, 戴瑤, 何峻, 等. 超聲測量膈肌增厚分?jǐn)?shù)聯(lián)合膈肌位移在預(yù)測機(jī)械通氣成功撤機(jī)中的價(jià)值[J]. 實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志, 2021, 37(12): 1592–1597.

[11] TRALH?O A, CAVALEIRO P, ARRIGO M, et al. Early changes in diaphragmatic function evaluated using ultrasound in cardiac surgery patients: a cohort study[J]. J Clin Monit Comput, 2020, 34(3): 559–566.

[12] VANAMAIL P V, BALAKRISHNAN K, PRAHLAD S, et al. Ultrasonographic assessment of diaphragmatic inspiratory amplitude and its association with postoperative pulmonary complications in upper abdominal surgery: a prospective, longitudinal, observational study[J]. Indian J Crit Care Med, 2021, 25(9): 1031–1039.

[13] LI Z, LAI M, ZHAO S, et al. Ultrasound molecular imaging for multiple biomarkers by serial collapse of targeting microbubbles with distinct acoustic pressures[J]. Small, 2022, 18(22): e2108040.

[14] HAAKSMA M E, SMIT J M, BOUSSUGES A, et al. EXpert consensus on diaphragm ultrasonography in the critically ill (EXODUS): a Delphi consensus statement on the measurement of diaphragm ultrasound-derived parameters in a critical care setting[J]. Crit Care, 2022, 26(1): 99.

[15] RITTAYAMAI N, CHUAYCHOO B, TSCHEIKUNA J, et al. Ultrasound evaluation of diaphragm force reserve in patients with chronic obstructive pulmonary disease[J]. Ann Am Thorac Soc, 2020, 17(10): 1222–1230.

[16] 徐迪, 閆靚. 綜合肺康復(fù)治療改善老年慢性阻塞性肺疾病穩(wěn)定期患者肺功能及膈肌功能的效果觀察[J]. 黑龍江醫(yī)學(xué), 2021, 45(4): 367–368.

[17] VIVIER E, MEKONTSO DESSAP A, DIMASSI S, et al.Diaphragm ultrasonography to estimate the work of breathing during non-invasive ventilation[J]. Intensive Care Med, 2012, 38(5): 796–803.

[18] 梁子坤, 黃遠(yuǎn)生, 楊勇. 超聲評(píng)估膈肌功能在指導(dǎo)重癥慢阻肺機(jī)械通氣患者撤機(jī)中的應(yīng)用價(jià)值分析[J]. 影像研究與醫(yī)學(xué)應(yīng)用, 2022, 6(5): 35–37.

[19] 王彥鄰. 超聲評(píng)估肺葉切除術(shù)患者的膈肌功能及其與呼吸肌力的相關(guān)性分析[D]. 重慶: 重慶醫(yī)科大學(xué), 2021.

[20] 王喆. 膈肌康復(fù)訓(xùn)練對(duì)腹腔鏡膽囊切除術(shù)患者術(shù)后踴膈肌功能的影響[D]. 大連: 大連醫(yī)科大學(xué), 2020.

[21] WHEBELL S, SANE S, NAIDU S, et al. Use of ultrasound to determine changes in diaphragm mechanics during a spontaneous breathing trial[J]. J Intensive Care Med, 2021, 36(9): 1044–1052.

[22] 趙浩天, 劉奕, 孫麗, 等. 組織多普勒法監(jiān)測膈肌運(yùn)動(dòng)峰速度對(duì)機(jī)械通氣老年患者膈肌功能評(píng)價(jià)[J]. 中國超聲醫(yī)學(xué)雜志, 2021, 37(9): 1006–1009.

[23] PALKAR A, MAYO P, SINGH K, et al. Serial diaphragm ultrasonography to predict successful discontinuation of mechanical ventilation[J]. Lung, 2018, 196(3): 363–368.

[24] SPADARO S, GRASSO S, MAURI T, et al. Can diaphragmatic ultrasonography performed during the T-tube trial predict weaning failure? The role of diaphragmatic rapid shallow breathing index[J]. Crit Care, 2016, 20(1): 305.

[25] 周俊, 李浩, 陶珍, 等. 評(píng)價(jià)三種膈肌超聲指標(biāo)在指導(dǎo)撤機(jī)中的價(jià)值[J]. 中國醫(yī)師雜志, 2019, 21(7): 1007–1010, 1014.

[26] MENG P, OGNA A, FAYSSOIL A. M mode ultrasound and tissue Doppler imaging to assess diaphragm feature in late onset pompe disease[J]. Neurol Int, 2020, 12(3): 55–58.

[27] 彭浩, 胡培, 景紅霞, 等. 組織多普勒成像對(duì)慢性阻塞性肺疾病患者膈肌運(yùn)動(dòng)的評(píng)估價(jià)值探討[J]. 中國醫(yī)學(xué)工程, 2021, 29(6): 105–109.

[28] FLATRES A, AARAB Y, NOUGARET S, et al. Real-time shear wave ultrasound elastography: a new tool for the evaluation of diaphragm and limb muscle stiffness in critically ill patients[J]. Crit Care, 2020, 24(1): 34.

[29] 施惠青. 應(yīng)用聲脈沖輻射力成像技術(shù)研究COPD患者膈肌變化[D]. 福州: 福建醫(yī)科大學(xué), 2017.

[30] OPPERSMA E, HATAM N, DOORDUIN J, et al. Functional assessment of the diaphragm by speckle tracking ultrasound during inspiratory loading[J]. J Appl Physiol (1985), 2017, 123(5): 1063–1070.

徐曉紅，電子信箱：13828297586@qq.com

（2022–11–16）

（2022–11–21）

R730.41

A

10.3969/j.issn.1673-9701.2023.23.032