使用床旁超声测量膈肌厚度和功能

介绍

超声波是指超出人类听觉上限的声波。超声在医疗领域之外还有很多应用，最著名的可能是第一次世界大战中用于军事用途的 SONAR（声纳导航和测距）的开发；现在，超声已被常规用于医疗诊断和治疗。医学超声或诊断超声利用高频声波（>20 千赫）提供体内软组织结构的图像。这些声波的脉冲频率为 1 到 2 千万次/秒（兆赫兹，MHz），可以传入体内检查解剖结构，如肝脏、心脏和骨骼肌。床旁超声波正日益成为危重病评估和管理的基石。

上世纪 40 年代，卡尔-杜西克博士首次将超声应用于医学领域，他试图通过测量超声波束在头部的传输来确定脑肿瘤的位置。随着技术的进步，新的技术不断被开发出来，包括振幅模式（A 模式）和亮度模式（B 模式），随后在 1960 年开发出了二维扫描仪。超声诊断在临床实践中已变得非常重要，因为它避免了电离辐射的暴露，而且可以在床边进行，避免了院内转运的风险。超声波对患者安全、耐受性好、可靠且可重复性高。

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膈肌是一个薄而圆顶形的肌肉结构，作为人体主要的呼吸泵，推动自主呼吸。膈肌将胸腔和腹腔分开，由三个不同部分组成：中央腱、肋膈膜和腹膈膜（图1）。膈肌的中央腱是一个无法收缩的结构，允许主要的血管从胸腔通过到腹腔。肋膈膜的纤维从肋骨或剑突延伸至中央腱。腹膈膜插入到前三个腰椎。在吸气时，肋膈膜收缩，降低膈肌的圆顶并扩大下肋骨的范围。肋膈膜支撑着腹膈膜降低圆顶的动作。

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膈肌经胸超声成像因其能够监测贴合区域的膈肌厚度而受到越来越多的关注（图1）。膈肌在超声下首次被Haber等人于1975年可视化。利用M模式超声监测膈肌厚度（Tdi）和增厚分数（TFdi），可以量化膈肌在吸气过程中的收缩和肌肉缩短。这种对肌力的评估提供了膈肌肌肉在特定吸气驱动水平和努力下的表现度量。临床超声提供了安全、可重复和可靠的膈肌功能和结构测量。在机械通气患者中，随时间变化的膈肌膜厚度变化可用于评估机械通气的负面影响，包括由于过度辅助引起的肌肉创伤（萎缩；随时间减少的呼气末厚度）或不足辅助引起的负荷性损伤（导致炎症、水肿；可能表现为随时间增加的呼气末厚度）。这些变化与不良临床结果相关。通过测量潮式呼吸过程中的增厚分数（TFdi），可以评估潮式呼吸活动（即吸气努力程度）。在最大吸气努力（TFdi,max）期间测量增厚分数，可以评估膈肌的力量（因为膈肌的产力能力与其收缩和缩短能力相关）。

关于获取和分析测量数据的最佳方案已经达成了广泛共识。掌握膈肌超声成像技术需要适度的学习曲线；对该技术及其潜在问题进行全面培训至关重要。研究表明，通过远程基于网络的培训，可以在短时间内掌握膈肌超声成像的专业知识。因此，这一方案已经优化，以提供一致的膈肌厚度和增厚分数测量结果，可适用于健康者和疑似呼吸系统病变患者。

方案

在潮式呼吸过程中评估横膈膜厚度和增厚分数

1.识别膈肌

（1）让患者仰卧，取半卧位（与平行线成 30°-45°）。脱掉右侧胸部的任何衣物。

注意：类似的步骤也可用于观察左侧半膈；左侧半膈通常更难观察，测量精度也更低。

（2） 打开便携式超声设备的平板电脑并启动相应的应用程序。使用高频线性阵列探头（最低12 MHz）进行肌肉骨骼检查。

注意：任何超声系统都可以用于执行这项技术。

（3）将线性阵列探头的尖端涂上足够的超声凝胶，并确保超声处于B模式以进行定位。用拇指和食指夹住探头的尖端来握持探头（图2A）。

（4）触诊胸壁表面以确定位于中间轴线和前腋线之间的第8、9或10肋间隙，如图1C和图2A所示，并将探头放置在贴合区（通常在第8肋间隙附近）。

（5）在矢状位面上使探头成斜角，使其完全位于肋骨之间（图2A），图像中不可见肋骨伪影（图2B）。如果图像中出现了肋骨，请通过上下倾斜探头来调整探头的角度。如果仍然可以看到肋骨，请旋转探头直到只能看到膈肌。如果仍然难以清晰地看到膈肌，请将探头上下滑动至新的肋间隙。

（6）在超声监视器上，找出紧靠肝脏上方的两条明亮的白色平行线，表示胸膜和腹膜（图 2B）。在这两条线之间可以看到回声相对较低的肋膈。

（7）单击增加或减少深度按钮调整图像深度，以优化膈肌的大小。确保膈肌位于显示屏中心。这将确保胸膜和腹膜线与周围结构的最大分辨率。

（8）如果图像仍不理想（即图像中可见肺部或肋骨，或胸膜和腹膜未清晰显示），则通过沿肋骨间隙上下移动探头、从底部前后移动探头或旋转探头来调整探头，以获得更好的显示效果。经膈超声常见问题举例见表 1。

图 2：潮式呼吸时的超声膈肌厚度和增厚。(A）将探头置于第八、第九或第十肋间隙，可观察到横膈膜的横截面。(B）在 B 型图像中，白色箭头显示高回声胸膜和腹膜。(C) M 型图像显示膈肌厚度在某一点随时间的变化。从左到右，黄线测量第一次呼吸呼气末（Tdi,ee）时的膈肌厚度和吸气峰（Tdi,pi）时的膈肌厚度，红线表示第二次呼吸时的膈肌厚度。健康男性的膈肌厚度（Tdi,ee）分别为 1.20 毫米和 1.25 毫米，TFdi 分别为 26% 和 23。

2.优化图像

（1）换能器位置正确后，在数据采集前通过更改以下组件来优化图像质量。

注意：在不同的超声波设备软件上，存在型号和软件差异。在本软件中，我们通过点击以下按钮来实现目标。

（2）在超声设备软件上，单击增益按钮可改变图像亮度。点击增大按钮来增大增益，使图像看起来更亮。反之，点击减小按钮可使图像变暗。如果增益过低，结构可能难以确定。如果增益过高，可能会出现无关的回声，图像也会显得过亮。

（3）如果超声设备上有此功能，单击聚焦按钮可调整聚焦以改变图像质量。单击增加按钮可增加聚焦，单击减少按钮可降低聚焦。

3.获取图像

（1）在对位置和图像质量进行优化后，点击超声软件上的 M 模式按钮，将超声置于 M 模式下。

（2）成像屏幕上会出现一条垂直扫描线。将扫描线放在胸膜线和腹膜线最清晰的切面之间。

注意：不同的超声设备在获取 M 型图像时可能会有一些差异。在启动 M 模式之前，确保有一个清晰的区域可观察到清晰的胸膜和腹膜。将扫描线放置在胸膜和腹膜在整个呼吸周期都清晰可见，且没有肺或肋骨进入视野的位置。

（3）在潮式呼吸过程中，在吸气和呼气的整个周期内运行 M-模式，然后点击冻结和保存按钮，捕捉实际状态并保存图像。如果有条件，可单击扫频速度按钮调整扫频速度，以调整采集速度，确保获得两个呼吸周期。重复此过程以获取另一张图像。

（4）用皮肤安全标记笔在患者身体上标记探头的位置，以帮助确保每次测量膈肌的位置都完全相同。这对保持测量的可重复性至关重要，因为膈肌的厚度在其表面区域会发生变化。

（5）从这些图像中可以测量膈肌厚度 (Tdi) 和增厚分数 (TFdi)。如果第二张 M 型图像的数值与第一张图像的数值相差不超过 10%，则重复采集 M 型图像，直到获得两张数值相差不超过 10%的图像为止。有关图像分析的详情，请参阅下文。

（6）检查完成后，点击超声软件上的 "结束检查 "按钮。

（7）要导出文件，请单击 "导出图像"，确保文件以 DICOM 格式导出。

（8）如果有残留凝胶，请擦拭患者的一侧，并使用适当的消毒湿巾对超声设备进行消毒。

4.分析图像

（1）在 MicroDicom DICOM 查看器或类似软件中打开必要的 DICOM 文件。

（2）点击 "距离 "工具（也可称为卡尺或直线），从胸膜内缘到呼气末腹膜内缘（Tdi,ee）画一条直线。

（3）如图 2B 所示，确保两个膜都不包括在测量中，并确保直线的两端直接相交（垂直），这样标记之间就不会有时间差，因为时间差可能会人为地增加距离。

（4）将此值记录为膈肌厚度 (Tdi,ee)

（5）在同一次呼吸的吸气峰值重复步骤 4.2，以获得吸气峰值时的膈肌厚度（Tdi,pi）。

（6）如果患者看起来没有呼吸，吸气时也没有明显的膈肌增厚部分，则在吸气阶段膈肌厚度的代表位置测量 Tdi,pi（在这种情况下，它将与 Tdi,ee 大致相同），如图 3 所示。

（7）如图 2C 所示，Tdi,ee 和 Tdi,pi 应从同一次呼吸中进行分析，以评估潮式呼吸期间的膈肌增厚部分（TFdi）。

（8）使用 Tdi,pi 和 Tdi,ee 计算每次呼吸的 TFdi：

（9）从同一 M 型图像中获取第二对测量值（见图 2C）。

（10）在第二幅 M 模式图像上重复步骤 1.4.1-1.4.9。至此，已获得四次 Tdi,ee 测量值和四次 TFdi 测量值。

（11）如果第二张 M 型图像的数值与第一张图像的数值相差不超过 10%，则重复采集 M 型图像，直到获得两张数值相差不超过 10%的图像为止。

图 3：最小和最大膈肌增厚部分示例。(A) 在膈肌收缩最小的情况下测量超声膈肌厚度（Tdi）和增厚分数（TFdi）。如有必要，可调整扫描速度；评估 TFdi 需要两次呼吸。在没有明确的吸气厚度峰值的情况下，吸气用力的时间由床旁临床决定。此处计算出的 TFdi 为 11%，但这是另外两次呼吸的平均值（两幅图像共捕获四次呼吸）。(B) 在最大吸气努力期间测量的最大膈肌增厚分数（TFdi,max）是通过指导患者做出最大的自愿努力来刺激的，或者在患者无法接受指导且 P0.1 >2 cm H2O 的情况下，按照 Marini mauver 进行刺激。此处计算的 TFdi,max 为 208%，但经过多次（至少三次）尝试后获得的最大值将被记录为 TFdi,max。与最小吸气努力（A）相比，最大吸气（B）时的 TFdi 和 Tdi 有明显差异。

评估膈肌最大增厚部分

注：最大膈肌增厚部分可与膈肌厚度在同一实验环节中进行评估。

1.获取图像
（1）采用与上述相同的方法，使用 B 型超声波识别膈肌，并进行相应的优化。

（2）对于机械通气的患者，通过测量呼吸机上的气道闭塞压（P0.1），确保有足够的呼吸动力进行膈肌功能评估。P0.1 至少应为 2 cm H2O 才能进行评估。如果低于 2 cm H2O，则应考虑在超声成像前减少镇静或通气支持以增加呼吸动力。

（3）一旦机械通气患者的呼吸动力充足，就应将通气支持降至最低水平（例如，压力支持通气（PSV）：0 cm H2O；呼气末正压 (PEEP)：0 cm H2O；如果气体交换需要，可维持适度的 PSV 或 PEEP），以暂时增强膈肌收缩力。

注意：取消通气支持可增加呼吸动力和力度，从而便于评估膈肌功能。

2.单击 M 模式按钮，将超声调至 M 模式

3.在运行 M 模式时，指导受试者在气道不闭塞的情况下进行最大程度的自主吸气（即吸气能力操作），并指示受试者在力所能及的情况下 "大口吸气"。

（1）如果患者无法听从命令做出最大吸气努力，可使用短暂的气道闭塞操作（Marini操作）最多 20 秒，以刺激患者增加呼吸努力。然后，松开闭塞，测量松开闭塞后的 TFdi,max 值。

4.冻结记录并保存图像。

5.重复步骤 2.1-2.4 两次，共获取三张 M 型图像进行分析，或直到超声技师确信患者已做出最大的自主努力。

6.以 DICOM 格式导出 M 型图像，以便进行仔细的离线盲法分析。

7.擦拭患者一侧以清洁残留的凝胶，并使用适当的消毒湿巾对超声设备进行消毒。

8.分析图像

（1）在 MicroDicom DICOM 查看器或类似软件中打开必要的 DICOM 文件。

（2）单击距离工具（也可称为卡尺或直线），在最大吸气试验中的呼气末（Tdi,ee）和吸气峰（Tdi,pi）处从胸膜内缘到腹膜内缘画一条直线，如图 3B 所示。

（3）确保所有测量都不包括胸膜和腹膜，并且直线的两端直接相交（垂直），这样就不会产生时间差。

（4）每次呼吸的 Fdi,max 计算公式为：

（5）将至少三次连续尝试的最高值记录为 TFdi,max。

代表性结果

按照此方案，可以测量膈肌厚度和增厚部分，作为评估膈肌结构和功能的无创且可重复的方法。测量可在床边进行，并保存起来进行离线盲法分析。随着时间的推移，这些测量值可重复获得，以纵向评估膈肌结构和功能的变化。

健康成人的静息呼气末膈肌厚度在 1.5 毫米至 5.0 毫米之间，取决于身高、性别和探头位置。健康成人在静息呼吸时，潮气 TFdi 通常在 15%-30% 之间。最大吸气时，TFdi,max 通常在 30% 到 130% 之间。最大 TFdi <20% 可诊断为严重膈肌功能障碍。表 2 总结了健康和重症患者的膈肌厚度和增厚率。

在接受有创机械通气的重症患者中，呼吸衰竭初期测量的基线膈肌厚度与临床结果相关（较高的基线 Tdi 预测较低的死亡率和较快脱离机械通气）。在这些患者中，不同患者的 Tdi 随时间的推移发生的变化差异很大。大约 40%-50% 的患者在机械通气的第一周内出现萎缩（Tdi 从基线下降超过 10%）。一小部分患者的 Tdi 在早期迅速增加，超过基线的 10%，这可能表明肌肉受伤、发炎或水肿（但不是肌肉肥大，因为肥大需要数周时间）。TFdi,max<30%预示着机械通气撤机失败的风险较高。

在图 2A 所示的示例中，第一次呼吸时膈肌厚度（黄色）呼气末为 1.20 毫米，吸气峰值为 1.51 毫米。然后可以用下面的公式计算出增厚部分，并用百分比表示。

讨论

膈肌超声为监测健康受试者和重症患者的膈肌结构和功能提供了一种无创、可靠且有效的技术。膈肌增厚分数是膈肌收缩活动和功能的床旁测量方法，比传统的膈肌功能评估金标准方法--磁抽动经膈肌压力测量方法--更加可行。通过床旁超声监测膈肌功能和厚度可检测膈肌萎缩。因此，专家建议至少进行 15 次单独的经膈肌超声波检查和分析，以培养能力。

为确保测量结果的可重复性和精确性，必须标记探头的位置。应通过调整探头位置以及仪器的深度、增益和聚焦来优化 B 型图像。应调整所用超声的扫描速度，尽可能在捕获的图像中获得至少两次呼吸。最后，应重复测量，直到获得一致的数值（10% 以内）。

获取 Tdi 和 TFdi 的一些困难在于线性探头的位置和方向。表 1 列出了一些常见情况和用户应采取的相关故障排除措施。

需要注意的是这种超声技术的一些局限性。首先，不同患者的膈肌厚度差异很大，厚度随时间的变化需要参考基线值（例如，诊断萎缩）。其次，尽管这项技术很简单，但仍需要培训才能确保胜任。一个基于网络的在线培训平台已通过验证，可帮助用户掌握该技术。第三，所述超声技术提供的肌肉结构（质量）和功能（收缩力）数据有限。剪切超声和超声弹性成像等新技术可以提供更多有关肌肉僵硬和纤维化的信息。

总之，经膈肌超声造影可提供膈肌结构和功能的关键测量指标，在健康和危重病人身上都能轻松进行。这项技术可靠有效，只需合格的使用者经过充分培训即可使用。本文概述了如何进行经膈超声检查，并提醒用户在采集数据前接受充分的培训。

来源：Bellissimo. Measuring Diaphragm Thickness and Function Using Point-of-Care Ultrasound. J Vis Exp 2023:(201).斌哥话重症

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