不同检查方法评估COPD 患者膈肌运动状态的比较

沈惠英，朱新秀，陈 琪，赵琳琳，钟连江

（桐乡市第二人民医院，浙江 桐乡 314511）

膈肌是呼吸运动过程中最主要的吸气肌，慢性阻塞性肺疾病 （Chronic obstructive pulmonary disease，COPD）可造成膈肌的结构和功能出现变化[1-2]。已知肺功能检查是诊断COPD 的主要手段，然而当COPD 患者病情严重以至于无法配合完成肺功能检查时，如何有效评估膈肌功能对于COPD 患者的监测非常重要。目前临床上主要通过X 线透视测量膈肌的形态学变化，但X 线透视存在操作复杂且同样需要患者呼吸配合的缺点[3-4]。随着超声技术的进步，已有研究指出超声可以用于评估COPD 患者的病情[5-6]。超声检查具有无创、安全、可重复操作、无需患者呼吸配合即可动态观察膈肌运动的特点[7]。但目前超声用于评估膈肌的方式多样，准确性有待进一步验证。因此本研究通过比较不同膈肌测量方法评估不同严重程度COPD 的准确性，以探索最优的膈肌检查方法，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选择2017 年1 月—2018 年1 月于我院接受治疗的COPD 患者作为研究对象，根据COPD 全球倡议 （Global initiative for chronic obstructive lung disease，GOLD）分为4 级：GOLD 1 级，一秒钟用力呼气容积（Forced expiratory volume in one second，FEV1） 占预计值百分比≥80%；GOLD 2 级，50%≤FEV1 占预计值百分比＜80%；GOLD 3 级，30%≤FEV1 占预计值百分比＜50%；GOLD 4 级FEV1 占预计值百分比＜30%[8]。每一级收集30 例患者。

纳入标准： 患者符合COPD 的诊断标准且可以配合胸片以及超声检查。排除标准：①合并神经肌肉疾病、胸廓畸形的患者；②合并其他慢性代谢性疾病的患者；③既往有胸腹腔创伤及手术史的患者。④近6 周有病情恶化的患者。

所有患者均知情同意，本研究获我院伦理委员会批准。

1.2 仪器和方法

1.2.1 超声测量

选用GE logiq S8 超声诊断仪，C1-5 凸阵探头。所有GOLD 1～4 级患者分别行膈肌的M 型超声法和B 超直接法检查。①M 型超声法：患者仰卧位，在右肋缘下的右腋前线与右锁骨中线的中点，用M型超声测量膈肌轨迹，测波峰的垂直距离（图1a）。②B 超直接法： 在显示右肾最长径标准切面找到膈肌最低点（在图像上用箭头做标记），实时观察测量膈肌的移动度，冻结图像并通过回放找到最大位移处进行测量 （图1b）。患者的呼吸方法借鉴记录FEV1 的方法，即患者尽力最大吸气后，用力尽快呼气，记录开始呼气到呼气结束时的膈肌运动幅度（Diaphragm movement amplitude，DMA）以及开始呼气到呼气第一秒内膈肌的运动幅度（Diaphragm movement amplitude in one second，DMA1），并计算DMA1/DMA 的比值（DMA1/DMA），同样以83%为正常值 （即预计值），对COPD 患者进行分级：1 级：DMA1 占预计值百分比≥80%；2 级：50%≤DMA1占预计值百分比＜80%；3 级：30%≤DMA1 占预计值百分比＜50%；4 级：DMA1 占预计值百分比＜30%。以上测量均由有经验的超声医师测量，测量3 次取平均值。

1.2.2 X 线测量

采用GE Brivo XR575 平板数字化X 线摄影系统（DR）。患者的呼吸方法同上，记录开始呼气到呼气结束时，右侧膈肌呼气末顶点和右肋膈角顶点连线与水平线所成角度（Diaphragm movement angle，DMAG）（图2），以及开始呼气到呼气第一秒时膈肌的运动角度 （Diaphragm movement angle in one second，DMAG1）。并 计 算DMAG1/DMAG 的 比 值（DMAG1/DMAG），以83%为正常值（即预计值），对COPD 患者进行分级：1 级：DMAG1 占预计值百分比≥80%；2 级：50%≤DMAG1 占预计值百分比＜80%；3 级：30%≤DMAG1 占预计值百分比＜50%；4级：DMAG1 占预计值百分比＜30%。每一个患者的膈肌角度均由均由有经验的放射科技师测量，测量3次取平均值。

图1 超声测量COPD 患者膈肌运动情况。图1a：M 型超声法测量膈肌运动情况，患者膈肌运动为2.11 cm；图1b：B 超直接法测量膈肌运动情况，患者膈肌运动为3.06 cm。图2 X线测量COPD 患者膈肌运动情况，图中患者膈肌的DMAG 为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 统计学方法

采用SPSS 19.0 和medcalc 统计软件进行统计学分析。计量资料用均值±标准差表示，采用单因素方差分析进行多组比较，采用snk-q 进行两两比较。计数资料用例数表示，组间比较采用χ2检验。超声、X 线测量膈肌运动与肺功能检测结果的一致性分析采用Kappa 一致性分析法。利用ROC 曲线分析超声及X 线鉴别COPD 不同严重程度的准确性，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

本研究共纳入COPD 患者120 例。GOLD 1 级30 例，其中男19 例，女11 例，平均年龄（60.34±13.36）岁，体质量指数（BMI）22.08±2.88。GOLD 2 级30 例，其中男20 例，女10 例，平均年龄（63.21±11.58）岁，BMI 21.87±8.87。GOLD 3 级30 例，其中男18 例，女12 例，平均年龄（64.12±10.07）岁，BMI 21.76±3.68。GOLD 4 级30 例，其中男18 例，女12例，平均年龄（62.76±11.66）岁，BMI 21.75±7.87。各组间年龄及BMI 近似，差异无统计学意义 （P＞0.05）。

2.1 四组GOLD 分级下不同膈肌测量方法的结果比较

比较四组GOLD 分级下，两种超声方法记录的COPD 患者用力呼气时的DMA 以及X 线记录的DMAG，见表1。结果发现，三种膈肌测量方法获得的结果均随着GOLD 分级的逐渐升高而逐渐降低，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。进一步的两两比较发现，GOLD 2 级患者M 型超声法以及X 线测量的结果均显著低于GOLD 1 级患者，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。GOLD 3 级患者三种膈肌测量结果均显著低于GOLD 1、2 级患者，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。GOLD 4 级患者三种膈肌测量结果均显著低于GOLD 1～3 级患者，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。

表1 不同等级COPD 患者中两种超声DMA 及X 线DMAG 比较

2.2 3 种膈肌测量方法对COPD 进行分级与GOLD分级的一致性分析

3 种膈肌测量方法对COPD 进行分级与GOLD分级的一致性分析见表2～4。3 种膈肌测量方法中，M 型超声法与GOLD 分级的一致性最好 （Kappa=0.911，P=0.000），X 线测量法次之（Kappa=0.700，P=0.000），B 超直接法一致性相对最低（Kappa=0.811，P=0.000）。

表2 M 型超声法与GOLD 分级的一致性分析

表3 B 超直接法与GOLD 分级的一致性分析

表4 X 线测量法与GOLD 分级的一致性分析

2.3 比较M 型超声与X 线鉴别COPD 患者不同GOLD 等级的效能

选择与GOLD 分级的一致性较好的M 型超声法和X 线测量法进行进一步的ROC 曲线分析，探索COPD 患者用力呼气时，M 型超声记录的DMA以及X 线记录的DMAG 鉴别不同GOLD 等级的能力。结果如图3 和表5 所示。M 型超声法和X 线测量法在鉴别GOLD 1 级vs.GOLD 2 级方面AUC均较低（0.711，0.750），两者差异无统计学意义（P＞0.05）。在鉴别GOLD 2 级vs.GOLD 3 级方面，M型超声法和X 线测量法均获得最好的AUC（0.928，0.938），两者差异无统计学意义（P＞0.05）。其中M 型超声法和X 线测量法的特异性均为96.67%，但敏感性一般（73.33%，76.67%）。在鉴别GOLD 3 级 vs.GOLD 4 级方面，M 型超声法的AUC（0.916）大于X 线测量法（0.764），差异有统计学意义（z=2.101，P=0.036）。M 型超声法的最佳诊断点为4.58 cm，此时敏感性为100%，特异性为73.33%。

图3 M 型超声与X 线鉴别COPD 患者不同GOLD 等级的ROC 曲线。图3a：GOLD 1 级vs.GOLD 2 级的ROC 曲线；图3b：GOLD 2 级vs.GOLD 3 级的ROC 曲线；图3c：GOLD 3 级vs.GOLD 4 级的ROC 曲线。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 型超声与X 线鉴别COPD 患者不同GOLD 等级的效能

3 讨论

膈肌是人体最主要的吸气肌，承担了人体90%以上的通气功能[9-10]。研究发现，如果膈肌的位置下降1 cm，人体就可以获得250～350 mL 的空气[11]。COPD 是呼吸科的常见病，其可以导致膈肌的形态及功能发生变化。目前COPD 的诊断及疗效评估主要依靠肺功能检测，但是如果COPD 患者病情严重以至于无法配合完成肺功能检查时，如何有效评估膈肌功能对于COPD 患者的监测就显得非常重要[12]。目前国内外对膈肌功能的测量方法尚未统一，主要有X 线测量以及超声测量评估膈肌形态学与功能变化的方法[13-14]。因此本研究通过比较不同膈肌测量方法评估不同严重程度COPD 的准确性，以找出最准确的膈肌功能评估方法，进而为COPD 的康复治疗提供更准确的依据。

本研究主要比较三种膈肌检测方法，它们分别是M 型超声法、B 超直接法以及X 线测量法。研究结果发现，随着COPD 患者GOLD 等级逐级升高，三种膈肌测量方法获得的结果均逐渐降低。通过进一步的两两比较发现，除了B 超直接法在GOLD 1级和2 级之间差异不明显外，其他检测方法在GOLD 每一级的差异均有统计学意义。这提示M 型超声法和X 线测量法测量的膈肌移动度均有助于评估不同严重程度的COPD，B 超直接法在鉴别GOLD 1 级和2 级COPD 患者的能力上可能价值不明显，这可能是因为B 超直接法需要操作者凭经验在超声图像上选择测量点并且需要人工选择患者吸气末和呼气末的超声图像，难免存在误差。但在鉴别GOLD 2～4 级COPD 患者方面同样具有重要价值。

已知COPD 患者在进行了肺功能检测后可以根据GOLD 分为4 级，本研究针对GOLD 的4 个等级各纳入了30 例患者作为研究对象。为了比较不同膈肌测量方法对不同严重程度的COPD 的评估价值，我们参照了GOLD 对COPD 分级的方法，同样也对COPD 的超声以及X 线的膈肌检测结果进行了分级。然后将三种膈肌测量方法的分级结果与GOLD分级结果进行了一致性分析。结果发现3 种膈肌测量方法中，M 型超声法与GOLD 分级的一致性最好，X 线测量法次之，B 超直接法一致性相对最低。笔者认为M 型超声法一致性最好的原因是M 型超声的取样线最容易垂直于膈肌，所以其记录的膈肌移动轨迹最准确。而B 超直接法是依靠超声医生在患者吸气末时，用箭头标记右肾最长径标准切面下膈肌最低点，然后等患者用力呼气后通过肉眼再次用箭头标记，并计算两者之间的距离。所以B 超直接法的测量数据容易受人为操作误差的影响。X 线测量法由于可以观察到膈肌的整体形态，所以受人为误差的影响较少。

本研究进一步选择与GOLD 分级一致性较好的M 型超声法和X 线测量法进行ROC 曲线分析，以探索COPD 患者用力呼气时M 型超声法和X 线测量法鉴别不同严重程度COPD 的能力。结果发现M 型超声法和X 线测量法在鉴别GOLD 1 级 vs.GOLD 2 级方面AUC 均较低（0.711，0.750），提示轻度COPD 患者在呼吸各时相上的移动度没有显著的差异性。这可能是因为轻度COPD 患者的膈肌可能出现代偿性的增厚，使得膈肌的收缩力增加，因此移动度改变不明显。在鉴别GOLD 2 级vs.GOLD 3级方面，M 型超声法和X 线测量法均获得最好的AUC（0.928，0.938）。提示M 型超声法和X 线测量法均可以区分中重度COPD。在鉴别GOLD 3 级vs.GOLD 4 级方面，M 型超声法的AUC（0.916）大于X线测量法（0.764）。提示M 型超声法在区分重度和极重度COPD 的准确性上优于X 线测量法。笔者认为其可能原因是重度和极重度COPD 患者一般配合度不佳，所以可能会增加X 线测量法的测量误差，另外X 线测量法主要测量膈肌的移动角度，而重度COPD 患者膈肌移动角度一般比较小，给测量带来一定的困难，而M 型超声法主要依靠利用采样线观察膈肌局部移动度，准确性更优，所以鉴别GOLD 3级vs.GOLD 4 级的准确性更好。另外超声还具有携带方便，可以床旁观察患者膈肌运动变化的特点，更适合应用于配合度不高的重度COPD 患者[15]。

综上所述，M 型超声法相比X 线测量法和B 超直接法能够更准确的区分不同严重程度的COPD，有望用于严重COPD 患者的长期监测与管理。值得注意的是本研究为了和GOLD 分级做比较，观察的是患者用力呼吸时的膈肌移动度，并没有观察患者平静呼吸时的膈肌运动状态。所以M 型超声的膈肌检测还有待进一步的探索，以制定一套更准确的诊断标准。