呼吸肌超声检查：ICU和急诊患者的方法论、基本和高级原则及临床应用

摘要：呼吸肌超声用于评估呼吸肌泵的解剖结构和功能。它是一个安全、可重复、准确、无创的床旁技术，可成功应用于不同的环境，包括重症监护室和急诊科。掌握这项技术可以让重症医生快速诊断和评估危重患者和不明原因呼吸困难患者的呼吸肌功能障碍。此外，它还可用于评估危重患者的患者-呼吸机交互作用和脱机失败。本文概述了呼吸肌超声波的基本原理和先进原理，重点介绍了膈肌。我们回顾了用于监测呼吸肌和可能的治疗后果的不同超声技术。理想情况下，呼吸肌超声与重症监护超声的其他组件一起使用，以获得对危重患者的全面评估。我们提出ABCDE超声方法，这是一种对脱机失败患者的心、肺和呼吸肌泵进行系统超声评估的方法。

介绍

超声成像在诊断紊乱的生理学和指导危重症患者的治疗方面越来越受欢迎。特别是，心脏和肺部的超声评估已在重症监护室（ICU）得到了广泛的应用。使用超声来评估呼吸肌泵功能相对较新。在临床实践中使用呼吸肌超声的频率相对较低，这可能是由于该泵的复杂性（尤其是涉及的肌肉数量）、获得足够的超声窗口的困难以及对呼吸肌的超声评估不会改变ICU患者管理的共同假设。本综述的目的是概述呼吸肌超声的原理和当前应用，讨论其局限性，并描述基于超声的创新技术。我们建议对ICU患者的呼吸肌泵进行基于超声的系统评估，并结合心脏和肺部超声。

呼吸肌解剖图

吸气的主要肌肉是膈肌，这是一块位于胸部和腹部的很薄的肌肉。附着区(膈肌的圆柱形部分连接到胸廓出口)的收缩导致膈肌向尾侧运动，并增加胸内容积。当施加在膈肌上的负荷增加时，吸气辅助肌(胸骨旁肌、外肋间肌、斜角肌和胸锁乳突肌)被启动。随着负荷的进一步增加，呼气肌被激活，辅助呼气。最重要的呼气肌包括腹横肌和内外斜肌。膈肌无力的鉴别诊断很广泛。

技术与观点

膈肌

应采用两种超声路径来观察。膈肌:位于附着区的腋中肋间入路，以及使用肝脏或脾脏作为窗口的肋下入路。呼吸肌超声的提示和技巧总结在图 1 中 。

肋间切面：厚度和增厚分数

肋间切面使用10- 15 MHz线阵换能器进行，该换能器位于头尾方向，垂直于皮肤，位于 第8 ~ 11肋间隙的腋中线或腋前线之间的附着区 (图 1) 。膈肌是出现在胸膜和腹膜之间 2 ~ 4 厘米深的三层结构(图 1)。其特点是在膈肌中间可见白色线性结构。我们建议测量 膈肌在胸膜和腹膜之间垂直于其纤维方向的厚度，但不包括膈肌 (图 1)。正常膈肌厚度 的下限在健康受试者中约为1. 5 mm。参考值见表 1。膈肌厚度受身体成分和性别的影响。膈肌因主动缩短而增厚，因此，增厚率(TF)反映了收缩活动。膈肌增厚率(TFdi)以B模式或M模式计算，即在潮汐呼吸期间，膈肌厚度吸气增加的百分比相对于呼气末厚度 (TFdi) 或最大吸气力度 (TFdi(max)):TFdi=(吸气末厚度-呼气末厚度)/呼气末厚度× 100%(图 1)。膈肌吸气增厚率可用于评估肌肉功能。表1给出了参考值，表明健康受试者的参考值范围相对较广。

TFdi在无辅助呼吸和机械通气时膈肌产生的压力(或电活动) 之间存在合理的关系。很少有研究直接评估TFdi与肌肉压力 (Pmus)之间的相关性，因此从使用TFdi估算Pmus时应谨慎 。

肋下膈肌移动度

患者半卧位，在肋弓下锁骨中线处，应用低频相控阵或凸面(“腹部”)探头(2~5MHz)测量膈肌移动，超声波束尽可能向头部倾斜并垂直于膈肌顶。膈肌在超声图像上是一条覆盖在肝或脾的高回声线。由于脾脏的声窗较差，很难获得左侧膈肌的清晰图像。吸气相膈肌向探头方向移动，膈肌移动度在M型超声上进行测量，M线垂直于膈肌移动方向。扫描速度最高调整到10mm/s，以便在一幅图像内至少可以达到3个呼吸循环的波形。膈肌移动度的测量只能在自主呼吸模式下进行（T管或CPAP水平），因为膈肌的主动收缩不能与呼吸机吸气压力引起的被动移位相区分。

在可以配合的患者中，在吸气努力时测量膈肌的最大移动度。比较两侧膈移动度可以明确单侧膈肌无力或膈肌瘫痪(参考值见表1)。在潮式呼吸时，肉眼观察膈肌移动度的成功率高（＞90%），然而在最大呼吸期间，膈肌移动度的观察更困难，尤其是左侧膈肌。

如果从肋下观测膈肌就比较困难，在潮式呼吸下以肝脏或脾脏的运动作为替代。建议在B-或M-模式下，对测量区域设置肋间窗，使用低频探头。由于膈肌移动度与膈肌下移动度之间存在不一致，建议使用这种方法对膈肌运动进行定性而非定量评估。

在正常情况下，呼气在很大程度上取决于呼吸系统的弹性回缩力，但在呼气相早期，存在膈肌的活动，在呼气早期的一些隔膜活动已被证明。然而，膈肌移动导致的膈肌松弛率不应该作为隔膜功能的评估指标。

膈肌以外的吸气肌

超声评估辅助吸气肌可提供患者的吸气强度和患者-呼吸机配合的信息。在胸骨旁第二肋间，Mark点朝向头部，采用10-15MHz的线性相控阵超声探头，可以评估厚度和吸气增厚分数。在健康受试者中，胸骨旁肋间肌增厚仅在最大吸气努力时被观察到，而在ICU患者中初步发现提示呼吸负荷和胸骨旁肋间肌增厚分数之间存在相关性。

这些肌肉虽然都是未来研究的主题，但胸骨旁肋间肌超声可能是评估通气患者呼吸肌泵功能/负荷平衡的有用工具。需要确定具体参考值。

腹壁呼气肌

患者仰卧位，使用垂直于腹壁的10-15MHz线性探头，不同的呼气肌容易被看到，表现为被筋膜鞘包围的低回声层（图1）。施加在探头上的轻柔压力应保持在最低限度，以防止压迫腹壁，因为这可能会改变底层肌肉的形状/厚度。

为了显示腹直肌，超声探头放置在脐上方约2-3厘米，中线外侧约2-3厘米的横向位置。在保持探头垂直于皮肤的同时，沿上下方向滑动探头，可获得最大肌肉厚度。接着，横向移动探头，半月线首先表现为粗回声筋膜，它混合在腹直肌外侧和斜肌内侧。腹外斜肌、腹内斜肌和腹横肌可被识别为三个平行层，通常在腋前线，即胸腔下缘和髂骨之间的中间位置最容易观察。参考数值见E表2。

呼气时腹肌增厚分数(TFabd)，可以用呼吸时腹肌增厚的幅度表示，{TFabd=(呼气末腹肌厚度-吸气末腹肌厚度)/吸气末腹肌厚度)×100%}，可反映呼气时腹肌的状态。初步数据显示，TFabd与呼气力产生之间存在合理的相关性。需要注意的是，与膈肌相比，呼气肌的自由度更大，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的解读更加复杂。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系是复杂的（一个“收缩”球体，而不是像隔膜那样“圆柱体中的缩短活塞”)。未来的研究应证实呼气肌压与TFabd之间的关系及其临床相关性。

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，但如果排除了更常见的原因，则应予以考虑。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(E表1)。双侧膈肌功能障碍的一个特征性体征是仰卧位的腹部矛盾:副吸气肌的活动产生负吸气胸压（尽管当呼吸负荷增加时可能观察到相同的模式）。由于横膈肌瘫痪，这种负压传递到腹部，导致腹壁向内运动。由此产生的超声推论是吸气时横膈向头部偏移，用M超测量。此外，严重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)膈肌无力或瘫痪的极好方式。

膈肌无力的诊断标准是潮气呼吸期间的移动度<10-15mm或TFdi(max)<20%(表1)。单侧膈肌麻痹患者的膈肌厚度和TFdi显著小于另一侧膈肌(表1)的左右比厚度<0.5或>1.6应认为异常。值得注意的是，单侧膈肌功能障碍时，正常的膈肌可能会出现较大的移动度，这是一种代偿机制，可产生足够潮气量。双侧麻痹患者膈肌厚度及TFdi均低于参考值。

在COPD急性高碳酸血症加重(AE-COPD)患者中，膈肌超声可用于预测无创通气(NIV)的成功。NIV期间膈肌移动度增加(>18mmvs<12mm)与21小时后NIV成功和PaCO2降低相关。CO2潴留是COPD患者膈肌移动度的主要限制因素;因此，移动度改善可能是肺恶性膨胀减轻的指征。在一个需要入住ICU的AECOPD患者队列(n=41)中，TFdi<20%与NIV失败(R=0.51)相关，这在一项更大(n=75)的随访研究(NIV失败的风险比4.4)中得到了证实。膈肌超声可能降低需要NIV的重度AECOPD患者延迟插管的风险;然而，还需要进一步的验证。

在膈肌保护的机械通气中呼吸肌超声的作用

有人假设,呼吸机过度辅助和呼吸机辅助不足，分别导致肌肉萎缩和肌肉损伤，在危重疾病相关的膈肌无力病理学中发挥重要作用。为了限制这些有害后果，合理的方法似乎是滴定呼吸机支持，使膈肌在生理限度内发挥作用，即所谓的膈肌保护性机械通气。隔肌活动的最佳水平目前尚不清楚，并且可能在不同的情况下有所不同(例如，脓毒症、虚弱);但膈肌活动水平相对较低，对应食道压力波动为4-8cm-H2O似乎安全。超声在横膈肌保护性通气中的作用尚未具体研究，但评估TFdi作为吸气努力检测手段的是一种合理的方法。Goligher及其同事的数据表明，机械通气最初几天，15%~30%的TFdi与稳定的肌肉厚度和最短的通气时间相关。因此，在采用部分支持通气模式的患者中，TFdi较低(<15%)增加了呼吸机过度辅助的可能性;因此，在监测其他呼吸参数(如潮气量、呼吸频率)的同时降低辅助是合理的方法。允许膈肌保护性通气的TFdi上限更有争议。虽然TFdi与膈肌努力(Pdi,PTP)之间存在中等程度的统计学显著相关性，但在某一TFdi下的膈肌努力范围较大。建议对TFdi>30~50%的患者，可在监测其他呼吸参数的情况下增加呼吸机支持，避免过度充气。鉴于TFdi测量的相对不精确性，应考虑使用其他技术监测呼吸努力。

呼吸肌超声在撤机失败中的作用

呼吸系统负荷和容量失衡是SBT失败和拔管失败的重要原因。因此，呼吸肌超声在判断脱机失败的鉴别诊断中可发挥重要作用。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脱离呼吸机。此外，超声预测SBT结局的临床相关性仍存在争议;从临床角度来说，更多的是利用超声预测拔管成功。

膈肌检查

Kim评估了89例使用T管病人在SBT前的膈肌功能。膈肌功能障碍(任意定义为膈肌移动度<10mm)与撤机失败相关，但其预测性能较差(AUROC为0.61)。使用相同的截断值，未发现膈肌功能障碍与拔管失败之间存在关联。有趣的是，当在2小时SBT开始30分钟后测量膈肌移动度时，10mm截断值的预测性能似乎更高(AUROC0.88)。当最大吸气力时对侧膈肌移动度>25mm时，心脏手术后单侧膈肌麻痹患者可以立即拔管。在一项对10项评价膈肌移动度预测脱机失败并结合不同脱机失败定义的研究的荟萃分析中，作者报告了75%的敏感性(95%CI65-85)和75%的特异性(95%CI60-85)，具有显著的异质性。由于膈肌移动高度依赖于肺容量，因此报告的异质性可以通过患者体位和测量时间来解释，例如SBT前或SBT期间，以及是否有呼吸机辅助呼吸。

Spadaro等人评估了T形管SBT期间的膈肌快速浅呼吸指数（D-RSBI：呼吸频率除以膈肌偏移），并报告了与单独使用RSBI相比的良好表现（分别为D-RSBI AUROC 0.89 vs RSBI AUROC 0.72，P=0.006）。Palkar等人评估了膈肌偏移-时间乘积（即e–T指数）的表现，隔膜偏移（cm）和吸气时间（s）的乘积。辅助控制通气和PSV（5/5 H2O）SBT之间E–T指数降低<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，在成功通过SBT的191例患者中，膈肌偏移与拔管失败无关。这提示，一旦SBT成功完成，拔管结局主要由膈肌以外的因素决定。

膈肌增厚率

当在SBT期间进行时，TFdi(膈肌增厚指数)>30-36%已被证明可预测拔管成功。Ferrari等在46例通过气切进行通气的患者中评估了SBT期间右侧膈肌TFdi(max)作为撤机结局预测因素的作用，并报告TFdi(max)>36%与SBT成功相关(敏感性0.82;特异性0.88;AUROC 0.95)。在另一项研究中，我们在撤机失败后的患者(N=63)中计算了t管或低水平压力支持通气期间的TFdi。TFdi≥30%对拔管成功的敏感度为0.88，特异度为0.71(AUROC为0.79)。在上述评估膈肌移动度预测价值的荟萃分析中，TFdi/TFdi(max)预测撤机失败的AUROC为0.87，诊断比值比为21(95%CI 11~40)。诊断比值比是一项诊断试验有效性的衡量标准，它的定义是，如果受试者患有此病，则该试验为阳性的几率与如果受试者没有患病，则该试验为阳性的几率之比。

总的来说，这些结果似乎表明横膈肌超声在经历撤机困难的患者鉴别诊断中的作用，包括床边识别横膈肌无力。然而，膈肌超声在预测SBT或拔管成功中的作用仍需进一步证实，目前暂不推荐。

ABCDE方法:对脱机失败患者进行系统的超声评估

脱机试验可以被认为是心肺压力测试:它要求心脏指数、需氧量/耗氧量和呼吸努力的增加。在大多数患者中，拔管后窘迫是心功能障碍、气体交换受损和/或横膈肌功能障碍共同作用导致的结果。因此，对于拔管失败的患者，我们建议采用结合临床参数、实验室参数(如pro-BNP)和肺、心脏和呼吸肌的超声评估的结构化和综合方法。在这里，我们提出了ABCDE超声方法，这是一种直观的辅助方法，旨在将超声方法标准化来诊断拔管失败(图2)。Mayo等人提出了一种相对简单但不那么详尽的方法。在本重症监护医学重症监护超声系列中已经描述了使用超声来评估心脏和肺。超声检查的时机取决于临床需要，为了识别撤机失败的高危患者，需要在SBT之前进行检查。为了预测撤机结局或诊断撤机失败的原因，最好在SBT开始前/或结束后进行检查。

呼吸肌超声在评估患者-呼吸机相互作用中的作用

患者-呼吸机不同步可定义为神经吸气时间与呼吸机吸气时间不匹配。发生在多达一半的机械通气患者中，患者-呼吸机呼吸不同步与较差的预后相关。目测气道流量和压力信号可发现不同步，但并不可靠。食道压力和膈电活动的测量目前最先进的技术，用于评估患者-呼吸机相互作用。但这两种技术都是侵入性的，限制了它们在日常实践中的使用。膈肌超声可能是检测大多数类型患者-呼吸机不同步的合理替代方法，但需要进一步研究来确定其确切作用。

呼吸肌超声的局限性

我们简要总结了当前呼吸肌超声所面临的挑战。这突出了在临床实践和研究中实施系统超声方法的必要性。

再现性

Goligher等进行了关于机械通气患者膈肌厚度和TFdi测量可靠性的第一项也是规模最大的研究(n=66)。在标记探针位置后进行测量。呼气末膈肌厚度的观察者内部和观察者间再现系数分别为0.2mm和0.4mm，这意味着预期同一观察者两次测量结果之间的绝对差异在95%的情况下不超过0.2mm(或者在两个不同观察者的情况下不超过0.4mm)。但是，应该记住，0.2mm约占呼气末膈肌总厚度的10%。虽然一般来说，横膈肌超声似乎是一种可靠的技术来评估横膈肌厚度随时间的变化，但比较个别患者的结果应保持一定程度的谨慎，并且观察者必须经过充分的培训，因为小的依赖观察者的变化(例如，测量位置，探头角度)将影响结果。

图2脱机失败患者的治疗点超声（PoCUS）：ABCDE方法

准确性

精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。周围膜的不清晰和超声束对肌肉轴的成角不足可能导致测量误差。此外，空间轴向分辨率(深度分辨率，即½空间脉冲长度）的探头起着关键作用。考虑到超声脉冲长度通常为两个周期，并且10MHz换能器的超声波长为0.15mm(即:波长=软组织声速/频率=1540m/s/10MHz=0.15mm)，对应的深度分辨率为½(2×0.15)=0.15mm，这与观察者内可重复性的顺序相同，并足以显示隔肌。基于所使用的超声技术和设备，可识别的最小可检测变化是区分肌肉厚度真实变化和伪影的基础。

研究方向：组织多普勒功能成像和组织特性定量的新技术和未来发展

组织多普勒成像

组织多普勒成像(TissueDopplerimaging，TDI)可量化运动结构的速度。这可能是叠加在B型膈肌移动度图像上的一种有趣的模态，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在评估膈肌活动度方面的作用也得到证实和心脏手术后患者的功能障碍正在调研中(ClinicalTrials.gov;NCT03295344)。潜在的应用包括评估局部膈肌在休息和负荷时的收缩功能，以及膈肌松弛速度的测量。膈肌松弛异常被认为是脱机失败患者收缩力受损的标志，但目前对其进行评估只能通过有创的食管或膈肌压力测量(或者可能是M型移动度衰减)。

应变成像

应变成像是基于跟踪超声斑点随时间变化的能力和量化解剖结构的运动和变形的一个优秀的特性。这对TDI有很大的好处，因为应变成像不受超声波束和组织运动方向之间的角度的影响。此外，它允许在两个方向上计算组织的位移、速度和变形。最近有研究表明，在健康受试者中，应变和应变率与横膈肌压力高度相关。此外，Goutman及其同事应用斑点跟踪来评估两个方向上真正的膈肌移动度，这比测量沿一条M型线的运动更准确。

横波弹性成像

横波弹性成像是一种允许定量测定组织弹性模量的技术。这项技术在横膈肌上的应用可能具有临床意义，因为肌肉刚度的变化可能反映了肌肉生理学的改变(例如，损伤，纤维化)。此外，横波弹性成像被认为比回声性评估更准确和具有可重复性，回声性评估高度依赖于超声设置(例如增益、对比等)。最近发表的一项概念验证工作表明，超声横波弹性成像的评估，吸气时膈肌刚度的变化反映了横膈肌压力的变化。因此，它可能提供了一种新的膈肌无创测量方法。

结论

呼吸肌超声是一种应用广泛、可行性高、无创的床边无辐射技术，易于在床边应用。因此，它是ICU患者评估呼吸肌的首选成像方式。掌握呼吸肌超声可使重症监护医师快速获得呼吸肌泵整体功能的信息，特别是诊断膈肌无力或瘫痪。结合心肺超声，可以发现有脱机困难风险的患者，预测脱机结果，帮助诊断脱机失败的原因。提出了一种针对这些患者的结构化超声方法。