组织多普勒成像对慢性阻塞性肺疾病患者膈肌运动的评估价值探讨

彭浩，胡培，景红霞，肖彬，郑光美

（锦州医科大学湖北医药学院 研究生培养基地，湖北 十堰 442000）

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是全球发病率和死亡率最高的疾病之一［1］。2001 年世界卫生组织（WHO）、美国国立心肺血液研究所、美国胸科学会和欧洲呼吸病学会共同制定了“慢性阻塞性肺病全球倡议（GOLD）”［2］，随后我国也参照GOLD，制定了我国的COPD 诊治指南［3］。研究显示［4］，COPD 患者常合并膈肌运动功能障碍。目前，现有的评估膈肌运动功能的方法主要有胸部X 线、CT、MRI 及超声，还有膈肌电活动监测、跨膈压测定等方法［5-8］。超声作为一种操作简单、无创的检查方法，在膈肌功能评估有广泛应用。组织多普勒成像常用于评估各种心脏病的血流动力学变化及心肌运动状态，因此本研究利用组织多普勒成像技术，分析COPD 患者膈肌运动状况，探讨其评估膈肌运动的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选择2019 年11 月至2020 年6 月于十堰市人民医院呼吸内科就诊的COPD 患者。纳入标准：①年龄50～80 岁，性别不限；②符合中华医学会《慢性阻塞性肺疾病诊治指南（2013 年修订版）》［3］中COPD 诊断标准；③排除其他心肺疾病。排除标准：①有严重血流动力学不稳定及严重心血管疾病、心律失常；②意识模糊或听力障碍无法配合做深呼吸动作；③有胸膜疾病、胸廓畸形、胸腹腔手术史；④有神经肌肉疾病或正在使用影响肌肉功能的药物；⑤有胸腹腔积液、恶性肿瘤、代谢性疾病等。

共有符合入选标准的COPD 患者50 例。另收集同时期本院就诊的无心肺疾病、年龄相匹配的患者50 例作为对照组。研究方案经医院临床研究伦理委员会讨论批准，所有患者或家属均签署知情同意书。

1.2 诊断标准及分组

COPD 诊断标准及肺功能分级均参照2013 年慢性阻塞性肺疾病诊治指南［3］。慢阻肺病人吸入支气管扩张剂后第1 秒用力呼气容积（FEV1）/用力肺活量（FVC）<70%，再根据FEV1 占预计值百分比进行GOLD 分级，共分为四级，轻度：FEV1≥80%；中度：50%≤FEV1<80%；重度：30%≤FEV1<50%；极重度：FEV1<30%。将实验组50 例COPD患者按上述分组方法分为轻度组20 例、中度组10例、重度组10 例、极重度组10 例；对照组50 例。

1.3 仪器与方法

1.3.1 超声检查 使用GE Vivid E9 彩色多普勒超声诊断仪，M5S 心脏探头。嘱患者取仰卧位。先将探头置于剑突下，声束偏向患者右侧膈肌，嘱患者平静呼吸，根据不同体型患者选择适宜的图像深度并调节图像质量。在二维超声显示清晰的膈肌声像图后，将采样线垂直于膈肌，通过M 型超声观察膈肌的活动度，分别测量平静呼吸与深呼吸时的三个波峰至波谷的距离，并取平均值。同样地，待二维超声显示清晰的膈肌声像图后启用TVI 键，对运动的膈肌进行彩色编码，并存储一幅至少有3 个呼吸周期的动态图片。将显示清晰的右侧膈肌在呼气末膈肌运动速度减慢时取3个标记点（尽可能标记在膈肌上），分别是右侧膈肌脚、右膈顶及右侧肋缘进行分析，通过Q-Analysis 和Tissue Track 分别得到膈肌运动的速度-时间曲线图及膈肌运动的位移-时间曲线图，分别选取较平稳的3 个呼吸周期。在膈肌位移-时间曲线图中测量3 个波峰至波谷的距离及对应的时间，并计算3 个呼吸周期的位移平均值与运动速度平均值；在膈肌速度-时间曲线图中测量3 个波峰的速度即最大运动速度，并取平均值。再次嘱患者做深呼吸，用同样的方法测量并记录数据。以上操作均由同一个经验丰富的超声医师进行操作。见图1、2。

图1 组织多普勒膈肌位移-时间曲线

图2 组织多普勒速度-时间曲线

1.3.2 肺功能测定 采用Ganshorn Schiller Group肺功能仪测量。支气管舒张剂选用沙丁胺醇。嘱患者平静呼吸，呼气末进行最大吸气后用力呼气，记录第1 秒用力呼气容积（FEV1），再继续呼气至最大呼气状态，记录用力肺活量（FVC），计算FEV1/FVC 的比值，采用广州呼吸疾病研究所肺功能预计值计算公式计算FEV1 占预计值百分比（FEV1%pred）。

1.4 统计学方法

所有统计数据采用SPSS 26.0 软件进行分析。计数资料以百分率（%）表示，比较采用χ²检验；计量资料以均数±标准差（）表示，两组间膈肌活动度、运动速度及最大运动速度比较采用两独立样本t检验；膈肌活动度与肺功能的相关性采用Pearson 相关分析，r<0.4 为相关性差，r≥0.6为相关性好。P<0.05 为差异有统计学意义。绘制ROC 曲线评估组织多普勒观察膈肌运动诊断COPD 的效能。

2 结果

2.1 研究对象一般临床资料比较

对照组与COPD 组患者年龄、性别、血压差异均无统计学意义（P>0.05），COPD 组患者炎性指标高于对照组，COPD 组患者肺功能低于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）。见表1。

表1 一般临床资料（n=50）

2.2 M 型超声评估膈肌运动

平静呼吸时，对照组膈肌活动度及速度均小于COPD 组（P<0.05），深呼吸时，对照组与COPD 组膈肌活动度及运动速度差异均无统计学意义（P均>0.05），见表2。

表2 平静呼吸与深呼吸时M 型超声评估膈肌运动（n=50,）

表2 平静呼吸与深呼吸时M 型超声评估膈肌运动（n=50,）

2.3 组织多普勒评估膈肌运动

①膈肌活动度：平静呼吸时，对照组右膈脚、右膈顶及右肋缘活动度均小于COPD 组，差异有统计学意义（P<0.05）；深呼吸时，两组右膈顶及右肋缘部位膈肌活动度差异无统计学意义（P>0.05），对照组右膈脚活动度大于COPD 组，差异有统计学意义（P<0.05），②膈肌运动速度：平静呼吸时，对照组右膈脚、右膈顶及右肋缘三个部位均小于COPD 组（P<0.05）；深呼吸时，对照组右膈脚运动速度大于COPD 组（P<0.05），右膈顶及右肋缘两部位膈肌运动速度在两组间差异均无统计学意义（P均>0.05）。③膈肌运动最大运动速度：在平静呼吸与深呼吸两种呼吸状态下，COPD 组右膈脚、右膈顶、右肋缘三个部位的最大运动速度均大于对照组（P<0.05）。见表3、4。

表3 平静呼吸时膈肌运动情况比较（n=50,）

表3 平静呼吸时膈肌运动情况比较（n=50,）

表4 深呼吸时膈肌运动情况比较（n=50,）

表4 深呼吸时膈肌运动情况比较（n=50,）

2.4 膈肌活动度与肺功能的相关性

平静呼吸时，M 型超声与组织多普勒测量COPD 组的膈肌移动度与肺功能（FEV1 占预计值百分比）无相关性，深呼吸时，M 型超声测量膈肌活动度与肺功能呈正相关，组织多普勒测量COPD 组右膈脚活动度与肺功能相关系数较高（r=0.674,P=0.011）。见表5。

表5 M 型超声与组织多普勒（TDI）测量膈肌活动度与肺功能相关性

2.5 组织多普勒观察膈肌运动诊断COPD 的效能

深呼吸时，M 型超声诊断COPD 的ROC 曲线下面积（area under curve,AUC）为0.639，最佳诊断界值为3.06 cm，敏感度为41.7%，特异度为91.7%；组织多普勒AUC 为0.858，最佳诊断界值为1.26 cm，敏感度为91.7%，特异度为66.7%。组织多普勒诊断COPD 的效能最高。见图3。

图3 深呼吸状态下M 型超声与组织多普勒诊断COPD 的ROC 曲线

3 讨论

COPD 是一种临床常见疾病，主要表现为慢性咳嗽、咳痰、气短等症状和不可逆性气流受限。膈肌作为最主要的吸气肌，当COPD 患者处于长期气流受限或者肺过度充气时，膈肌形态学发生改变，进而引起膈肌功能障碍［9］。以往评估膈肌功能的方法许多都不便于应用于临床。虽然也有许多研究利用超声监测膈肌运动［10-13］，使用二维超声与M 型超声观察膈肌增厚率、膈肌活动度、膈肌收缩速度，并没有整体性具体分析膈肌运动的状态。因此，探索准确性更好、更便捷的方法来诊断和评估C0PD 显得非常重要。

组织多普勒成像（TDI）应用多普勒效应对心肌组织的多普勒频移信息进行彩色编码，并删除高速血流信号，仅显示心肌组织的低速运动信号，从而获得心肌运动速度的定量资料，能更直接、准确地评价左室收缩舒张功能［14］。TDI 完全依赖于心肌运动所产生的多普勒频移信号，而不受组织回声信号振幅大小的影响。因此，即使常规超声图像显示欠清晰的患者，TDI 仍能较好地用于心肌运动显像和进行定量分析。TDI 技术可在同一心动周期同时获取多个部位心肌组织运动的位移-时间曲线及速度-时间曲线，并可用于心肌节段运动同步性评估。而膈肌的运动类似心肌，同样是发出低频高振幅的运动信号。因此，本研究将TDI技术应用于膈肌运动的整体性同步性分析，评估COPD 患者的膈肌功能有一定价值。

本研究主要在以往M 型超声的研究基础上，运用组织多普勒技术研究膈肌右膈脚、右膈顶及右肋缘三个部位的运动情况，从而进一步具体分析COPD 患者的膈肌运动情况。膈肌是很薄的一层圆顶状肌肉组织，左侧大部分膈肌无法用超声清晰显示，因此本研究是以超声可清晰观察到的右侧膈肌来代表整体膈肌运动情况，具有一定局限性。本研究发现，M 型超声与组织多普勒评估膈肌运动有一定差异。平静呼吸时，M 型超声与组织多普勒测量COPD 组患者膈肌三个部位的活动度及运动速度均大于对照组，这由于COPD 患者长期处于呼吸气流受限状态，每次吸气需要吸入更大吸气量才能满足肺泡通气量；而深呼吸时，M 型超声显示对照组与COPD 组患者膈肌的活动度与运动速度差异均无统计学意义，但组织多普勒测量COPD 组患者右膈脚活动度及运动速度均小于对照组，对照组与COPD 患者右膈顶、右肋缘的膈肌活动度与运动速度差异无统计学意义。原因为COPD 患者肺动态顺应性降低及肺组织弹性降低，且COPD 患者膈肌运动功能障碍，其膈肌形态结构也可能发生改变，所以在深呼吸时并非所有部位的运动都与正常人有明显差异。M 型超声对于膈肌运动的观察及测量部位比较局限且相对不固定，易受操作者与患者主观影响，结果有一定偏差；而组织多普勒测量膈肌三个部位的运动情况，较M 型超声更具客观性及准确性。对于膈肌最大运动速度而言，无论是平静呼吸还是深呼吸，COPD 组患者三个部位的膈肌最大运动速度均大于对照组，原因为COPD 患者存在持续性呼吸气流受限，呼吸时相短，表现为呼吸急促，因此无论是平静呼吸还是深呼吸时，COPD 患者膈肌的最大运动速度较快。

FEV1 值是第1 秒用力呼出的气体量，FVC 是用力肺活量，FEV1/FVC 用来诊断COPD，当吸入支气管扩张剂后，FEV1/FVC≤70%提示呼吸气流受限，FEV1 占预计值百分比用于评估呼吸气流受限程度。本研究结果显示，平静呼吸时，M 型超声与组织多普勒测量的膈肌活动度均与肺功能（FEV1 占预计值百分比）无相关性。深呼吸时，M型超声显示膈肌活动度与肺功能呈正相关关系，但r值小于0.40，相关性较差；组织多普勒显示COPD 患者膈肌活动度与肺功能呈正相关，且右膈脚的运动幅度与肺功能相关性好（r>0.60）。COPD患者肺功能越差，其膈肌功能受损更严重。有研究显示［15-17］，膈肌功能障碍是COPD 加重的原因之一。同时，随着COPD 程度加重，膈肌受慢性缺氧及炎症反应等因素影响，可导致膈肌结构和功能异常。因此，组织多普勒评估膈肌运动与肺功能的相关性比M 型超声更好，可采用组织多普勒观察COPD 患者右膈脚的活动度间接评估肺功能。

本研究显示在深呼吸状态下，组织多普勒AUC 为0.858，M 型超声AUC 为0.639，组织多普勒较M 型超声对COPD 的诊断效能较高，提示组织多普勒检测膈肌运动活动度是一个可靠的诊断COPD 的指标。根据GOLD2016 推荐，综合评估COPD 患者病情还需结合近一年急性加重次数及COPD 评估测试（CAT）评分，而CAT 评分易受患者主观影响。因此，组织多普勒测量膈肌活动度评估和诊断COPD 仍需更大样本研究后作为辅助诊断指标之一。

综上所述，组织多普勒成像作为一种具有客观性强、可重复性强、准确性高的方法，较M 型超声而言，评估COPD 患者的膈肌运动功能更有价值。