呼吸肌超声检查：方法学、基本和先进原理以及在ICU和急诊科病人中的临床应用:一篇叙述性综述。
摘要
呼吸肌超声用于评价呼吸肌泵的解剖结构和功能。它是一种安全、可重复、准确和无创的床边技术，可在重症监护室和急诊室等不同环境中应用。重症医生掌握这项技术可以快速诊断和评估危重患者与不明原因呼吸困难患者的呼吸肌功能障碍。此外，它还用于评估危重患者与呼吸机的交互作用和呼吸机脱机失败。本文概述了呼吸肌超声的基本原理和先进原理，重点介绍了膈肌超声。我们回顾不同的超声技术用于监测呼吸肌泵功能和可能的治疗结局。理想情况下，将呼吸肌超声与其他重症超声结合使用，以获得对危重患者的全面评价。我们提出了ABCDE超声方法，对撤机失败患者的心脏、肺部和呼吸肌泵进行系统的超声评估。
关键词：超声，膈肌超声，呼吸肌超声，膈肌功能障碍
介绍
超声在诊断生理紊乱和指导危重病人治疗方面越来越受欢迎。特别是心脏和肺部超声评估，已经在重症监护病房得到了广泛的应用。利用超声评价呼吸肌泵功能是一种较新的方法。呼吸肌超声在临床上应用的相对较少，可能与呼吸肌泵(特别是涉及的肌肉数量)的复杂性有关。很难获得足够的超声声窗，而且通常都认为超声对呼吸肌的评估不会改变对ICU患者的管理。本文旨在介绍呼吸肌超声的原理和应用现状，并讨论其局限性和介绍新的超声技术。针对ICU患者，我们提出一种结合心脏和肺部超声的系统性呼吸肌超声评估方法。
呼吸肌的解剖学
吸气的主要肌肉是膈肌，膈肌是一块位于胸部和腹部之间的薄穹顶状肌肉。附着区(与胸廓出口相连的膈肌圆柱形部分)的收缩引起膈肌穹顶的向脚侧运动，及增加胸廓内容积。当膈肌承受的负荷增加时，会动员副吸气肌(胸骨旁肌、肋间肌、斜角肌和胸锁乳突肌)。随着负荷的进一步增加，呼气肌被激活，以协助呼气。最主要的呼气肌包括腹横肌和内外斜肌。膈肌无力的鉴别诊断是很多的。
技术和图像
应用两种超声方法观察膈肌:经腋中线肋间与膈肌相邻区入路，经肋缘下以肝脏或脾脏为声窗口入路。图1总结了呼吸肌超声的技术和图像。
肋间入路：厚度和增厚率
肋间入路采用10-15MHz线阵探头，矢状位，垂直于腋中线或腋前线之间第8至第11肋间隙的皮肤(图1)。深度为2-4厘米，膈肌位于胸膜和腹膜之间，呈3层结构(图1)。膈肌中部可见白色线性结构。我们建议测量胸膜和腹膜之间垂直于纤维方向的膈肌厚度，但不包括膜(图1)。正常健康受试者膈肌厚度的下限约为1.5mm。参考值见表1。膈肌厚度受身体成分和性别的影响。膈肌因活动缩短而增厚，因此增厚分数(TF)反映了收缩活动。在B型或M型模式下，膈肌增厚分数（TFdi）计算公式为潮式呼吸或最大吸气努力时的膈肌厚度相对呼气末厚度的吸气增加百分比：TFdi=（吸气末厚度-呼气末厚度）/呼气末厚度×%（图1）。吸气后膈肌增厚可用于评估肌肉功能。如表1所示，健康受试者的参考值范围相对较大。在无辅助呼吸和机械通气期间，TFdi和膈肌产生的压力（或电活动）之间存在合理的关系。很少有研究直接评价TFdi和肌肉压力(Pmus)之间的相关性，因此，以TFdi估计肌肉压力时应谨慎。
肋下入路：位移
膈肌位移是用低频相控阵或凸阵（“腹部”）探头（2–5MHz）测量的，探头位于锁骨中线肋弓正下方，患者处于半坐位，尽可能使超声束倾斜并垂直于膈肌穹顶。膈肌是一条覆盖肝脏和脾脏的亮线。由于脾脏的声窗较差，很难获得左侧膈肌的清晰图像。吸气时，膈肌应向探头移动。在M模式下量化位移，M线垂直于运动方向（图1）；扫描速度最好调整为10mm/s左右，以在一张图像内获得至少三个呼吸周期。因膈肌的主动收缩与呼吸机吸气压力导致的被动位移无法区分，因此只能在无辅助呼吸时测量膈肌位移（即T管呼吸或最低的CPAP水平）。
对合作患者，进行最大吸气努力以评估最大位移。比较两侧膈肌的位移以确定单侧无力或瘫痪（参考值见表1）。在潮式呼吸时，观察位移的成功率很高（95%），而在最大呼吸时，观察更困难，尤其是在左侧。
如果潮式呼吸时从肋下声窗观察膈肌有困难，肝或脾的运动可以作为替代。为此，建议使用低频探头在B或M模式下，对应区设置肋间声窗。由于膈肌和膈下位移之间存在不一致，建议使用该方法对膈肌运动进行定性评估，而不是定量评估。
尽管已经证实了在正常情况下呼气早期的一些膈肌活动，呼气很大程度上取决于呼吸系统的弹性反冲力。因此，从位移得到的膈肌松弛率不应用来衡量膈肌功能。
膈外吸气肌
超声评估辅助吸气肌可以增加患者吸气努力和人机交互的信息。胸骨旁肋间肌超声位于第二肋间隙失状方向，使用10-15MHz的线阵探头进行扫查(图1)。可以评估厚度和吸气增厚分数。在健康受试者中，只有在最大努力时才能观察到胸骨旁肋间肌肉增厚，初步研究结果表明ICU患者的呼吸负荷和胸骨旁肋间增厚分数之间存在剂量-反应关系。尽管目前的研究很少，但胸骨旁肋间肌肉超声可能是评估通气患者呼吸肌泵容量/负荷平衡的有用工具。但需要确定参考值。
腹壁呼气肌
患者仰卧位，使用10–15MHz线阵探头垂直于腹壁，不同的呼气肌较容易显示为被筋膜鞘包围的低回声层（图1）。施加在探头上的压力应最小，防止腹壁受压后可能会改变下面肌肉的形状/厚度。为了直观显示腹直肌，探头放置于肚脐上方约2-3厘米和离前正中线2-3厘米的外侧(图1)的位置。最大肌肉厚度是通过在纵向滑动探头，同时保持探头垂直于皮肤而获得的。接着，将探头横向移动；半月线首先被识别为一个高回声筋膜，与腹直肌外侧和斜肌内侧混合。外斜肌、内斜肌、腹横肌为三层平行肌层(图1)，通常在腋前线、胸腔下缘与髂嵴之间的中间部位最明显，参考值见表2。
腹肌呼气增厚分数（TFabd）可计算为呼气时厚度增加幅度（TFadb=（呼气末厚度-吸气末厚度）/吸气末厚度）×%），并可反应呼气肌用力。初步数据似乎表明TFabd和呼气动力产生之间合理的相关性。需要注意的是，与膈肌相比，呼气肌具有更多的自由度；一个肌层的主动收缩可能直接影响相邻肌层的缩短和位置，这可能使TFabd的解释更加复杂。此外，由于收缩时腹肌的几何形状，缩短、增厚和压力产生之间的关系是复杂的（一个“收缩”球体，而不是像膈肌一样的“在气缸中缩短的活塞”）。未来的研究应该去证实呼气肌压力和TFabd之间的关系及其临床意义。
呼吸肌超声的临床应用（表2）
呼吸肌超声在急性呼吸衰竭中的作用
呼吸肌无力作为急性呼吸衰竭的主要原因并不常见，但在排除其它常见原因后应考虑。膈肌功能障碍的临床表现取决于病因、严重程度和进展速度(表1)。双侧膈肌功能障碍的一个特征性体征是仰卧位时腹部反常呼吸：副吸气肌的活动产生负的吸气胸内压（尽管当呼吸负荷增加时可以观察到相同的形式）。当膈肌麻痹时，这种负压转移到腹部，导致腹壁向内运动。超声M型测量结果是膈肌在吸气时向头侧移位。此外，严重的孤立性膈肌无力导致副呼吸肌增厚部分增加。因此，呼吸肌超声是诊断急性呼吸衰竭患者（单侧）膈肌无力或麻痹很好的方法。
膈肌无力通过潮式呼吸时的位移10–15mm或TFdi（最大值）20%（表1）来诊断。在单侧膈肌麻痹的患者中，瘫痪膈肌的厚度和TFdi明显小于另一半膈肌（表1）。左右厚度的比值小于0.5或大于1.6应视为异常。值得注意的是，在单侧膈肌功能障碍的情况下，正常的另一半膈肌可能表现出相对较大的位移，这是一种产生足够潮气量的代偿机制。对于双侧瘫痪患者，膈肌厚度和TFdi低于参考值。
在COPD急性高碳酸血症加重期（AE-COPD）患者中，膈肌超声可用于预测无创通气（NIV）的成功率。NIV期间膈肌位移增加（18mmvs12mm）与NIV成功和一小时后Paco2减少相关。COPD患者膈肌位移的主要限制因素是过度充气；因此，膈肌位移的改善可能是肺过度充气减少的一个表现。在需要ICU住院的AE-COPD患者队列中(n=41)，TFdi20%与NIV失败(R=0.51)相关，这在一个更大的随访研究(n=75)中得到证实(NIV失败风险比4.4)。因此，膈肌超声可以降低需要NIV支持的严重AE-COPD患者延迟插管的风险；但是，还需要进一步验证。
呼吸肌超声在膈肌保护性机械通气中的作用
据推测，因呼吸机辅助过度和不足分别导致肌肉萎缩和肌肉损伤，在危重疾相关的膈肌无力病理生理学中起重要作用。为了限制这些有害后果，滴定呼吸机支持似乎是合理的，这样膈肌的努力就在生理范围内，即所谓的膈肌保护性机械通气。膈肌活动的最佳水平目前尚不清楚，在不同的情况下（如败血症、虚弱）可能会有所不同；然而，相对较低水平的膈肌活动，相对于食道压的4–8cmH2O波动似乎是安全的。超声在膈肌保护通气中的作用尚无具体研究，但以TFdi作为吸气努力的代表是一种合理的方法。Goligher及其同事的数据表明，在机械通气的第一天，15-30%的TFdi与稳定的肌肉厚度和最短的通气时间有关。因此，对于部分支持呼吸模式的患者，TFdi较低(15%)会增加呼吸机过度辅助的可能性;所以，在监测其他呼吸参数(如潮气量、呼吸频率)的同时，降低辅助是一种合理的方法。膈肌保护性通气的TFdi上限更具争议。虽然TFdi与膈肌努力(Pdi,PTP)之间存在具有统计学意义的中度相关性，但某一TFdi的膈肌努力范围较大。我们建议TFdi30-50%的患者，可在监测其他呼吸参数的情况下增加呼吸机支持，以避免过度膨胀。考虑到TFdi测量的相对不精确性，应该考虑其他监测呼吸努力的技术。
呼吸肌超声在撤机失败中的作用
呼吸系统负荷与容量的不平衡是导致SBT失败和拔管失败的重要原因。因此，呼吸肌超声在撤机失败的鉴别诊断中具有重要的作用。然而需要强调的是，尽管有膈肌功能障碍，仍有相当一部分患者能够成功撤离呼吸机。此外，用超声预测SBT结果的临床意义还存在争议;从临床角度来看，更重要的是使用超声来预测拔管成功与否。
膈肌位移
Kim等评估了89名使用T管患者进行SBT前的膈肌位移。膈肌功能障碍-定义为位移10mm与脱机失败相关，但其预测性能较差（AUROC0.61）。使用相同的截断值，膈肌功能障碍和拔管失败之间没有关联。有趣的是，当在2小时SBT开始30分钟后测量膈肌位移时，10mm截断值的预测性能似乎明显更高（AUROC0.88）。心脏手术后单侧膈肌麻痹的患者，在最大吸气下，当对侧膈肌偏移25mm时，可以立即拔管。在对评估膈肌位移以预测脱机失败10项研究的荟萃分析中，作者报告了75%（95%CI65–85）的敏感性和75%（95%CI60–85）的特异性，具有显著的异质性。由于膈肌位移强烈依赖于肺容积，所报告的异质性可以通过患者体位和测量时间来解释，例如，在SBT之前/期间以及有无呼吸机辅助。
Spadaro等评估了T管SBT期间的膈肌-呼吸浅快指数(D-RSBI:呼吸频率除以膈肌移动)，并报告了与单独RSBI相比的良好表现(D-RSBIAUROC0.89vsRSBIAUROC0.72,P=0.)。Palkar等评估了膈肌位移时间乘积（即E-T指数），膈肌位移（cm）和吸气时间（s）的乘积。辅助控制通气和PSV（5/5H2O）的SBT相比，E-T指数下降3.8%，预测拔管成功的敏感性为79.2%，特异性为75%。
值得注意的是，在例成功通过SBT的患者中，膈肌位移与拔管失败无关。这表明，一旦SBT成功完成，拔管结果主要取决于膈肌功能以外的因素。
膈肌增厚率
在SBT期间，TFdi30–36%可以预测成功拔管。Ferrari等对46名气管插管患者进行了评估，评估了右侧膈肌TFdi（max）在SBT期间作为成功脱机预测因素的作用，结果TFdi（max）36%与SBT成功相关（敏感性0.82；特异性0.88；AUROC0.95）。在另一项研究中，对脱机失败的患者(N=63)进行t管或低水平压力支持通气时计算TFdi。TFdi≥30%对拔管成功的敏感性为0.88，特异性为0.71(AUROC0.79)。在上述评估膈肌位移预测价值的meta分析中，TFdi/TFdi(max)显示预测撤机失败的AUROC为0.87，诊断优势比为21(95%CI11-40)。诊断优势比是衡量诊断测试有效性的一种方法，它的定义是：如果受试者患有疾病，测试呈阳性的几率与没有患病的测试呈阳性的几率之比。
总的来说，这些结果似乎表明膈肌超声可以在床边识别膈肌无力，在困难撤机患者的鉴别诊断中起到了一定的作用。然而，膈肌超声可以用来预测SBT的成功，但成功拔管需要进一步的评估，目前还不能推荐。
ABCDE方法:对撤机失败的患者进行系统性超声评估
撤机试验可视为心肺负荷试验：它需要增加心脏指数、氧气需求/消耗和呼吸努力。在大多数患者中，拔管后窘迫是心功能障碍、气体交换障碍和/或膈肌功能障碍共同作用的结果。因此，对于撤机失败的患者，我们建议使用一种结构化的综合方法，结合临床参数、实验室参数(如pro-BNP)和肺部、心脏和呼吸肌的超声评估。这里，我们介绍ABCDE超声方法，这是针对撤机失败的一种直观的、标准化的超声方法（图2）。Mayo等提出过一种类似但并不详尽的方法。重症医学的重症超声系列文献介绍了使用超声评估心脏和肺部的方法。超声检查的时机取决于临床问题。为了识别撤机失败高危患者，需在SBT前进行检查。为了预测撤机结果或诊断撤机失败的原因，最好在SBT开始和/或结束后进行检查。
呼吸肌超声在评估患者与呼吸机交互中的作用
人机不同步可以定义为神经吸气时间和呼吸机吸气时间不匹配。在多达一半的机械通气患者中，人机不同步与更差的预后相关。目测气道内流量和压力可以监测到不同步，但并不可靠。食道压和膈肌电活动的测量都被用作评估患者与呼吸机交互作用的最新技术。由于这两种技术是有创性的，限制了它们的应用。膈肌超声可能是检测大多数人机不同步的合适替代方法（表3），但需要进一步研究以明确其确切作用。
呼吸肌超声的局限性
我们简要总结当前呼吸肌超声面临的挑战，这强调了在临床实践和研究中应用系统超声方法的必要性。可重复性
Goligher等人进行了第一个也是最大的关于机械通气患者膈肌厚度和膈肌增厚率测量可靠性的研究(n=66)。标记探头位置后进行测量。呼气末膈肌厚度的观察者本身与观察者之间重复性系数分别为0.2mm和0.4mm。这意味着在95%情况下，同一观察者的两次测量值的绝对差值不超过0.2mm（或在两个不同观察者不超过0.4mm）。但是应记住，0.2mm意味着约呼气末膈肌总厚度的10%。通常，膈肌超声似乎是评估膈肌厚度随时间变化的可靠技术，但只有经过充分训练之后。应谨慎地比较个别患者的结果，因为依赖于观察者的微小变化（例如测量位置、探头角度）会影响结果。
准确度
准确的肌肉厚度测量不仅取决于操作人员的技能，还取决于与超声物理和患者特征相关的技术方面。肌肉周围筋膜不清晰和超声声束与肌轴成角不足可能导致测量误差。此外，探头的空间轴向分辨率（深度分辨率，即?空间脉冲长度）起着关键作用。10MHz换能器的超声波长为0.15mm（即波长=软组织中的声速/频率=m/s/10MHz=0.15mm），假设超声脉冲长度通常为两个周期，则相应的深度分辨率为?（2×0.15）=0.15mm，这与同一观察者的可重复性顺序相同，并且足以显示膈肌。基于超声技术和应用的设备，识别允许的最小可检测变化是区分肌肉厚度真实变化与伪影的基础。
研究：功能成像和组织特性量化的新技术和未来发展
组织多普勒成像
组织多普勒成像(TDI)量化运动结构的速度，这可能是一个叠加在B超膈肌位移图像上的有趣模式，用于量化膈肌动力学（视频在线补充）。膈肌TDI的可行性和可靠性已在新生儿中得到证实。TDI在评估心脏术后患者膈肌运动和障碍正在调查研究中。潜在应用包括评估区域膈肌在休息和负荷时的收缩功能，以及测量膈肌松弛速度。膈肌松弛异常被认为是脱机失败患者膈肌收缩力受损的标志。但现在只能通过有创性的食道或膈肌压力测量（或可能的M超位移衰减）来评估。
应变成像
应变成像是基于追踪超声斑点的随时间变化的能力，量化解剖结构的运动和变形。与TDI相比有很大的优势，因为应变成像不受超声束和组织运动方向间角度的影响。此外，它可以在两个方向上计算组织的位移、速度和变形。最近的研究表明，在健康受试者中，应变和应变率与跨膈压高度相关。此外，Goutman及其同事应用斑点追踪来评估两个方向上真实的膈肌位移，这比沿着一条M线运动的测量更精确。
剪切波弹性成像
剪切波弹性成像技术可以量化组织的弹性系数（图2）。由于肌肉硬度的变化可能反映肌肉生理学的改变（如损伤、纤维化），所以在膈肌上应用这项技术可能具有重要的临床意义。此外，与高度依赖超声设置(如增益、对比度等)的回声度相比，剪切波弹性成像被认为更准确和可重复。最近发表的一项概念性验证工作表明，用超声剪切波弹性成像评估吸气过程中膈肌硬度的变化反映了跨膈压力的变化。因此，它可能提供一种新的无创方法来测量膈肌的作用。
结论
呼吸肌超声是一种应用广泛、可行性高、无创、无辐射、易在床边应用的技术。因此，这是ICU患者呼吸肌肉评估的首选影像学方式。掌握呼吸肌超声可以让重症医生快速获得呼吸肌泵的整体功能信息，特别在诊断膈肌无力或麻痹方面。与心脏和肺部超声相结合，可以检测出有困难撤机风险的患者，预测撤机结果，帮助诊断撤机失败的病因。并针对这类患者提出了一种结构化超声方法。
图1
图2
Table1
Table2
Table3
若有翻译不当，请指出，谢谢,共同学习。
文献来源:PublishedonlineJan14.doi:10.7/s---8
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