超声评估膈肌功能的应用进展

高吴茜， 陈代宇， 王 娜， 曹 俊

重庆医科大学附属第一医院麻醉科，重庆 400010

呼吸肌运动引起的胸廓节律性扩张和缩小是实现肺通气的原动力。膈肌是呼吸过程中最主要的呼吸肌，承担约75%的呼吸肌做功负荷[1]。膈肌功能障碍与患者机械通气时间延长、肺部并发症发生有关，影响患者的远期预后[2]。因而准确评估膈肌功能有重要意义。

既往膈肌功能评估包括两方面：(1)膈肌功能学测量，如最大吸气压(maximal inspiratory pressure，MIP)、最大呼气压(maximal expiratory pressure，MEP)、跨膈压(transdiaphragmatic pressure，Pdi)和膈肌肌电图；(2)膈肌结构成像，如胸部X线片、CT和MRI等。但这些检查多具有侵入性、放射性，且便利性欠佳，应用较为局限。近年来，超声因安全性、便携性、实时性等多种优点，已经广泛并且准确地应用于患者就诊的各个阶段。其中，床旁超声可用于监测膈肌的厚度及其变化率、移动度、移动方向等指标，进一步反映膈肌的收缩功能，进而对膈肌功能进行综合评估[3]。本文对膈肌超声的临床应用进展进行综述。

1 膈肌的生理解剖

膈肌为向上膨隆呈穹隆形的扁薄阔肌，位于胸、腹腔之间。膈肌收缩时，肌纤维长度变短，膈肌肋骨附着区域肌肉增厚，使膈肌变平向尾端运动，增大胸廓容积、降低胸腔压力，进而实现肺通气。

2 膈肌超声技术

超声检查膈肌入路包括膈肌附着区腋前、中线肋间入路以及锁骨中线肋下入路，可以采用B型模式和M型模式。B型模式常用于确定膈肌的空间位置；M型模式常用于测量膈肌运动期间的厚度、移动度和速率等。使用M型模式时，应根据患者呼吸频率调整扫描速度，从而在1幅图像中获得至少3个呼吸周期，提高测值的准确度[4]。

2.1 腋中线肋间入路法

2.1.1 测量膈肌厚度及膈肌增厚比率(diaphragm thickening fraction，DTF) 患者取20°～40°半卧位，检查者将10～15 MHz的高频线阵探头垂直于肋骨长轴放置在腋前线与腋中线之间的第7～9肋间隙。B型模式下，在距离皮肤2～4 cm深度处，获得二维矢状图像(图1)，可见位于两层高回声线(胸膜和腹膜)之间的低回声膈肌[5]，测量垂直于纤维方向的胸、腹膜间距(膈肌厚度)。对于健康成年人，半卧位膈肌厚度的平均值为0. 34 cm (0. 12～1.18 cm)[6]， DTF=(吸气末厚度-呼气末厚度)/呼气末厚度×100%。吸气末和呼气末厚度既可在B型模式下单独测量，也能在M型模式下的1个呼吸运动周期中测量，后者操作更加简便、探头不易移动、误差更小。健康成年人DTF参考范围相对较广，仰卧位平静呼吸时为(80±50)%[7]。

图 1 测量膈肌厚度的超声图像

2.1.2 测量胸廓内面积变化 基于M型超声测量左侧膈肌时的声学窗较差，精确度不够，Skaarup等[8]提出可通过受限性小、可行性大的胸廓内面积法来评估膈肌运动。受检者取站立位，检查者将2～5 MHz的低频凸阵探头垂直于肋骨长轴放置在腋前线与腋中线之间的第7～9肋间隙，探头标志朝向受检者尾侧，B型模式下可见覆盖于肝脏或脾脏的一条高回声亮线，即为膈肌。吸气时，膈肌朝尾侧移动。呼吸时膈肌位置的上下移动使膈肌上方胸廓内面积发生变化，通过超声内置面积计算功能可计算Δ胸廓内面积(吸气末与呼气末膈肌上方胸廓内面积差值)。Skaarup等[8]测得的该值与同期呼气量的相关系数为0.88(95%CI 0.81～0.95)。但是该研究未给出胸廓内面积变化的参考值，未来还须增加样本量以充分验证面积法的可行性。

2.2 锁骨中线肋下入路法

2.2.1 测量膈肌移动度(diaphragm excursion，DE) 患者取20°～40°半卧位，检查者将2～5 MHz低频凸阵探头沿肋弓下缘置于锁骨中线与肋弓交点正下方。B型超声模式下，以肝脏或脾脏为声学窗，朝头侧、背侧扫描，膈肌表现为覆盖在肝脏或脾脏表面的一条高回声亮线，吸气时朝探头移动。使超声束垂直于膈肌的后1/3，转换为M型模式，得到膈肌运动轨迹的正弦曲线，测量垂直轴上基线到吸气时最高点的距离，即为DE(图2)。Boussuges等[9]研究发现，在平静呼吸时，健康成人男性的DE为(1.8±0.3) cm，女性为(1.6±0.3) cm。由于膈肌收缩所引起的主动位移与呼吸机压力引起的被动位移不可区分，Dube等[10]推荐在无辅助呼吸时[T管试验或最低允许的持续气道正压通气(CPAP)水平]测量DE。

图 2 测量膈肌移动度的超声图像

2.2.2 测量膈肌偏移-时间指数(excursion-time index，E-T) 膈肌做功大小可反映膈肌功能，膈肌做功量=平均潮气压×潮气量×呼吸频率[11]。Palkar等[12]提出用DE来代表平均潮气压和潮气量，并将DE与吸气时间的乘积定义为E-T。E-T反映膈肌做功承担的吸气阻力，大于0. 92 cm·s 时预测机械通气患者撤机成功的灵敏度较高[12]。其中吸气时间可在获取DE的同时于膈肌运动曲线水平轴上测量。该研究主要针对行自主呼吸试验(spontaneous breathing trial，SBT)的患者，E-T应用效果还须增加健康受检者及样本量来进一步验证。

3 膈肌超声的临床应用

3.1 识别膈肌功能障碍 中枢神经系统疾病、运动神经元疾病、膈神经损伤、大量胸腹腔积液、慢性阻塞性肺疾病等均会影响膈肌功能[8]。膈肌功能障碍的严重程度从膈肌无力到膈肌麻痹不等，可累及单侧或双侧。跨膈压是诊断双侧膈肌麻痹的金标准，但其诊断单侧膈肌麻痹的灵敏度差，这是由于有效的单侧膈肌收缩在受检者平静呼吸时能产生足够的跨膈压[13]。超声可直接对双侧膈肌进行观察。膈肌无力的患者吸气时，可观察到膈肌向尾侧运动，方向正常，但移动度减小；而膈肌麻痹的患者吸气时，观察到膈肌不运动或被动向头侧移动，且膈肌厚度变薄[9]。一般认为，平静呼吸时DE<10 mm、深呼吸时DE<25 mm，DTF<20%与膈肌功能障碍有关[14]。

3.2 预测机械通气患者撤机拔管时机 机械通气是重症患者呼吸支持的重要手段，但长期机械通气引发的呼吸机相关膈肌功能障碍可导致患者撤机困难、住院时间延长[15]。因此，对于此类患者，确定合适的撤机拔管时机十分重要。超声能实时监测膈肌功能，是预测能否成功拔管的辅助方法。Dres等[16]发现，DTF≥25.8%预测撤机成功的ROC曲线下面积为0.82(95%CI 0.73～0.93)。Farghaly等[17]发现，行SBT期间DE≥10.5 mm、DTF大于或等于34.2%预测撤机成功的特异度分别为87.5%和90.0%，灵敏度分别为71.5%和64.3%。然而，在191例成功通过SBT的患者中，DE与拔管失败无关[18]，这表明一旦SBT成功完成，拔管结果主要由膈肌功能以外的因素决定。针对DE和DTF预测撤机成功的具体界值尚明确标准。目前一般认为，在患者进行SBT期间，DE≥10 mm、DTF≥30%～36%预测撤机成功的价值较高[19-20]。最近有研究[21]指出，DTF较DE有更好的诊断准确性，可能与DTF受呼吸机干扰更小有关。对于行有创机械通气的早产儿，Bahgat等[22]指出，右侧DE=2.75 mm时预测成功拔管的灵敏度为94%、特异度为89%。Xue等[23]发现，以DTF%≥21%预测拔管成功的特异度、灵敏度均较高。

3.3 预测术后肺部并发症(postoperative pulmonary complication，PPC) PPC是常见术后并发症之一，发生率为1%～23%[24]。健康受试者的膈肌活动度和厚度与呼吸肌强度和肺功能相关[3]。多项研究[25-27]表明，膈肌超声有助于预测术后肺部并发症。Cavayas等[25]的研究表明，在115例行心脏手术的患者中，术前低DTF可预测PPC发生风险增加，术前DTF最大值小于38.1%与PPC相关(OR=4.9，95%CI 1.81～13.50，P=0.002)。Spadaro等[26]发现，与肺切除术后无膈肌功能障碍的患者相比，术后24 h内有膈肌功能障碍(DE<10 mm)的患者PPC发生率更高[65%(33/51)vs25%(6/24)，P=0.001，OR=5.5 (95%CI 1.9～16.3)]。然而，Moury等[27]发现，尽管择期心脏手术后DTF减小[术前1天DTF为(36±18)%，术后第1天为(12±11)%，P<0.000 1]，但其对PPC无影响，而与ICU住院时间延长有关。但该研究主要观察指标为术后48 h内再插管，因此结果不能反映PPC的多样性。目前，相关研究主要集中在胸腹部手术，对于接受其他类型手术的患者，膈肌超声预测PPC的价值有待进一步确证。

3.4 评估人机同步性 人机不同步是指呼吸机运行和患者的自主呼吸不匹配，与患者不良预后相关[28]。直接监测呼吸机气道流量和气道压力能检测到人机不同步，但这种方法所测结果不够可靠；食管压力和膈肌电活动的测量准确性更高，但有侵入性[29]。 Matamis等[5]指出，M型超声可以提供食管压力相关信息，吸气时膈肌运动的波形上升、食管压下降，呼气时相反。Soilemezi等[30]发现，食管压力和M型超声下膈肌运动轨迹一致性较高，通过监测气道压力、M型超声下膈肌运动描述了双触发、无效触发和反向触发3种代表性的人机不同步形式。因此，超声检查膈肌运动有望成为新的评估人机不同步方式的技术。但该技术无法做到连续记录，尚需进一步改进，评估效果需进一步临床研究证实。

3.5 评估康复效果 卒中患者偏瘫侧DE下降，且DE下降与患者肺功能下降具有相关性，因此在康复治疗前后评估膈肌运动差异具有重要意义[31]。Corbellini等[32]的研究表明，慢性阻塞性肺疾病患者接受肺康复后，膈肌活动能力得到改善，深吸气时DE由(4.58 ±1.83) cm增加到(5.45±1.56)cm(P<0. 01)，吸气量增加。Guzel等[33]以51例合并脊髓损伤或创伤性脑损伤的患者为对象，在施行康复计划前、后12周测量患者的膈肌厚度，发现膈肌厚度与患者康复前后功能评分及功能独立度评分变化正相关(P<0.05)，这提示膈肌厚度可能是影响康复过程的一个有效因素。

4 小 结

床旁超声是一种无创、简单、有效、可重复性高的膈肌评估方法，可提供有关膈肌功能的定性和定量信息，有助于临床医师管理患者，评估患者预后。但其使用过程中也存在局限性：(1)结果准确性依赖于操作者的技术、超声仪器的成像质量；(2)脾脏作为声学窗较差，使左侧膈肌成像受限，检查时间延长；(3)目前相关临床研究样本量较小，相关指标参考值尚未确定。因此，膈肌超声的临床应用价值仍需更深入的研究。

利益冲突：所有作者声明不存在利益冲突。