成人膈肌超声：图像采集和解释

摘要

床旁超声 （POCUS） 因其便携性、无创性和实时成像能力而成为筛查膈肌功能障碍的重要技术。尽管存在当前的膈肌 POCUS 协议，但它们的作员间可靠性较差，并且缺乏共识指南。在这里，我们描述了一种可重现且易于执行的技术。

摘要

膈肌功能障碍是众多医学专业和临床环境中广泛认可的问题。及时准确地评估膈肌不仅对危重患者至关重要，因为它在摆脱机械通气和呼吸结果方面发挥着作用，而且在围手术期领域作为检测膈神经功能的诊断工具也至关重要。膈肌评估传统上利用荧光透视和神经研究，这些研究耗时、昂贵且不可携带。床旁超声 （POCUS） 克服了这些障碍，可用作无创筛查隔膜功能的工具。然而，用于膈肌功能障碍的 POCUS 目前存在几个问题，例如缺乏共识指南、协议的多样性以及现有协议之间的作者间可靠性差，最明显的是评估膈肌偏移圆顶和膈肌增厚。为了解决这些问题，本手稿回顾了有关膈肌 POCUS 的现有文献，并确定了一种既易于执行又具有高度作间可靠性的图像采集技术。该技术首先描述膈肌偏移的定性评估，然后是贴壁区偏移的定量评估。该技术与以下内容一起逐步描述：患者定位、换能器选择、探头放置、图像优化和解释。

引言

诊断性超声可分为两个部分：会诊和即时护理。会诊超声包括由不同的专家团队进行的检查，而 POCUS 则由照顾患者的临床医生实时执行和解释¹。

在过去的几十年里，诊断 POCUS 已成为现代医学的变革性工具，其应用迅速扩展到各个专业领域。这些 POCUS 应用程序由超声的无创性、便携性和实时成像功能驱动。此外，在诊断 POCUS 中，与金标准相比，在临床医学中实现最高采用率的应用程序往往具有相当高的准确性和高观察者间可靠性 ^2,3。例如，肺 POCUS 已得到广泛证实，可以缩小呼吸功能不全的鉴别诊断范围，并且有明确的循证指南支持其标准化使用⁴。然而，虽然肺的 POCUS 已经建立起来，但仍然存在未满足的需求，即开发可重复的横膈膜超声评估。

这种无创膈肌评估方案将使多个专业和临床情况受益，包括但不限于重症监护、肺病学、围手术期护理（包括通用麻醉和亚专科区域麻醉环境）和神经病学。在重症监护病房，膈肌功能障碍是一个常见的问题，通常由多种潜在病理引起，例如神经肌肉疾病、危重病肌病、创伤和营养不良⁵。危重患者通常处于膈肌收缩受损和对这种现象认识不足的高风险^{中 6}。此外，及早诊断膈肌功能障碍很重要，因为它不仅可以帮助通气管理策略，而且功能障碍可能是感染和败血症的早期指标 ^7,8。此外，长时间插管会导致严重的发病率、死亡率和医疗保健费用增加²。在这些情况下，用于膈肌评估的无创、便携式方案可能有助于评估脱离机械通气的适当性，评估呼吸功，并预测拔管成功与失败的概率 ^6,8,9,10,11。

在区域麻醉中，膈肌 POCUS 可能在筛查与臂丛神经阻滞引起的短暂性膈神经功能障碍相关的膈肌麻痹方面具有价值。尽管健康患者耐受性良好，但膈神经麻痹会导致肺储备有限的患者出现呼吸窘迫。此外，在围手术期领域，膈肌的 POCUS 可以作为患者在术前、术中和术后的诊断工具。例如，膈肌 POCUS 可用于检测由多种手术引起的膈神经损伤，包括但不限于冠状动脉旁路移植术与乳内动脉采集、心房颤动消融术以及宫颈或胸部手术 ^3,12。

最后，在神经病学专业中，POCUS 可以促进评估神经系统疾病的膈肌功能，例如重症肌无力、杜氏肌营养不良症、肌萎缩侧索硬化症和脑血管意外¹³。

准确评估隔膜是必不可少的，因为它在修复功能中起着至关重要的作用。氧合和通气取决于横膈膜产生的胸腔内负压，横膈膜是分隔腹部和胸部的圆顶状肌肉，由几层肌肉膜和肌腱膜组成^14,15。膈肌至少有两个主要成分可以在超声上区分：膈肌圆顶 （DoD） 和贴壁区 （ZOA）。DoD 是中央肌腱部分，在超声上表现出高回声和弯曲的外观。ZOA 是附着在胸腔上的横膈膜的外侧部分，由平行于胸壁内表面和近端的肌肉纤维组成 ^3,15。ZOA 很薄（通常厚度为 <1 cm），但在吸气时，随着隔膜的收缩，它的厚度会增加。在 ZOA 中，隔膜在超声上具有特征性外观，具有三层，包括一个消声肌层，其外部以浅表高回声壁层胸膜为界，内部以深高回声腹膜为界 ^3,13。

已经提出了几种用于膈肌评估的无创超声方案，涉及定性和定量方法。定性视觉评估是最简单的方法，需要使用二维超声（也称为亮度模式（B 模式））在潮气或肺活量呼吸期间评估双侧膈肌运动。相比之下，定量方案通常从 B 型开始，并添加一维超声——也称为运动模式（M 模式）——来测量以下两件事之一：膈肌圆顶的偏移 （DoD） 和/或膈肌增厚 2,3,5,13。DoD 偏移的测量是使用低频换能器进行的，超声束以垂直角度穿过半膈肌的后三分之一。然后使用 M 模式来测量肺活量呼吸期间的偏移。

或者，膈肌增厚的测量采用高频线性传感器，分两步进行。首先，将高频换能器放置在患者侧腹，以 B 型覆盖膈肌，以识别贴壁区 （ZOA）³。其次，使用 M 模式估计膈肌增厚，通过测量从脏层到壁层胸膜的膈肌厚度（以毫米为单位），并通过以下公式 2,3,5,13 计算厚度变化：

厚度变化 =（吸气结束时的厚度 - 到期结束时的厚度）/到期结束时的厚度

然而，定量方法（DoD 偏移和膈肌增厚）的作员间可靠性较差。由于多种原因，DoD 偏移测量的作员间可靠性较低。首先，提供者很难找到隔膜圆顶偏移的一致可视化角度³.其次，由于通过脾脏的声窗很小，左侧评估通常具有挑战性 ^2,16。例如，研究指出，在高达 65-79% 的病例中无法识别左侧膈肌偏移¹⁷。第三，腹腔内容物和患者体位会影响横膈膜偏移范围²。

同样，膈肌增厚的测量具有较低的作器间可靠性，至少有两个原因。首先，光阑的自然薄度会导致测量中的毫米级误差。其次，隔膜在肋骨间隙的厚度变化和患者的偏侧性进一步导致测量色散 ^2,3,17。认识到这些许多局限性，2022 年，一项关于危重患者膈肌超声检查的专家共识得出结论，目前的方法没有标准化，许多方法需要熟练的超声医师¹⁸。他们指出，基于增厚分数的膈肌功能障碍的临界值没有达成一致，并且增厚分数的测量是一项困难的技能，学习曲线陡峭^13,18。此外，在文献中使用多种不同的超声方案使研究的比较变得困难，导致研究的异质性，从而增加了固有的挑战¹⁹。

为了解决这些问题，本手稿回顾了有关膈肌 POCUS 的现有文献，并确定了一种既易于执行又已被证明具有高度作可靠性的图像采集技术。这个可行但有效的方案从膈肌偏移的定性评估开始，然后是最近验证的 ZOA 最颅骨点偏移的定量评估^17,19。

研究方案

在涉及人类参与者的研究中执行的所有程序均符合杜克大学卫生系统机构研究委员会的道德标准以及 1964 年赫尔辛基宣言及其后来的修正案或类似的道德标准。获得所有参与者的知情同意。 补充文件 1 包含每个视频中最重要的静止图像。

1. 第 1 阶段：膈肌偏移的定性评估（肉眼筛查大体偏侧膈肌功能障碍）

1. 机器设置和患者定位
   1. 探头选择：选择低频 （≤ 5 MHz） 探头（曲线或扇形阵列 [又名“相控阵”]¹⁹。
   2. 将超声耦合凝胶涂抹在探头上。
   3. 乐器设置：选择 腹部预设。
   4. 将患者置于半卧位。
2. 扫描技术
   1. 右半侧膈肌评估
      1. 将探针放在右侧，第 5-7^肋 间隙，腋中线，光束与身体的冠状平面对齐，探针指示器指向颅骨（图 1 和 图 2A）。
      2. 调整探头位置（根据需要调整探头位置（滑块、扇形、摇晃），直到视图以横膈膜为中心，并且还可以看到以下结构：膈下器官（肝脏或脾脏）、横膈膜、脊柱和膈上间隙（即胸膜腔）¹⁹（图 2B，C）。
      3. 要求患者缓慢地肺活量吸气和缓慢呼气。
      4. 单击 Acquire （或等效）可在患者呼吸期间捕获 Short Clip。
      5. 目视评估膈肌偏移为以下之一：总体完整（视频 1 和 视频 2）、基本缺失（视频 3 和 视频 4）或不确定（视频 5 和视频 6）。
      6. 如果需要不确定或进一步量化，请继续执行方案的第 2 节（第 2 阶段）。
   2. 左半侧膈膜评估：在患者的左侧重复步骤 1.2.1.1-1.2.1.6。

2. 第 2 阶段：ZOA 偏移的定量评估

1. 机器设置和患者定位
   1. 探头选择：选择高频 （>10-13 MHz） 线性探头。
   2. 将超声耦合凝胶涂抹在探头上。
      1. 仪器设置：选择 肌肉骨骼 （MSK） 预设 （如果可用）。如果 MSK 预设不可用，请选择任何预设，并对所有高频隔膜扫描使用相同的预设。
   3. 将患者置于半卧位（重复步骤 1.1.4）。
2. 扫描技术
   1. 右半侧膈肌评估
      1. 将探头放在第八或第九肋间隙水平的腋中线，探头指示器指向患者头部（图 3 和 图4A）。
      2. 使光束垂直于胸壁的角度并使轴居中，使肋骨间隙在屏幕上居中，颅骨和尾肋在屏幕上的边缘可见（图 4B）。
      3. 设置深度，使胸膜线或隔膜在屏幕的中间三分之一处可见。
         注意：通常，这意味着深度为 3-5 厘米，但如果有额外的皮下组织，深度可能会更大。
      4. 设置增益，使横膈肌/胸膜线与周围结构明显不同。
      5. 识别屏幕上的胸膜线。
      6. 测量 ZOA 的吸气末位置。
         1. 给患者以下指示：“充分吸气，然后屏住呼吸 4 秒。如果你不能忍受 4 秒，那么请在你觉得舒服的任何时间内屏住呼吸。
         2. 在患者屏气期间，沿着胸膜线尾部移动，直到到达仅在肋骨间隙的一部分可以看到胸膜线的位置，并且剩余的间隙包含与胸膜线深度相似的横膈膜（视频 7 和 视频 8）。
            注意：这个同时包含胸膜和隔膜的肋骨间隙被称为贴壁区 （ZOA）。
         3. 调整探针位置（根据需要调整滑块、扇形、岩石），直到视图以 ZOA 为中心，并且以下结构也可见：上方的皮下组织和任一尺寸的屏幕上的肋骨（图 4C）。
         4. 使用非永久性皮肤标记，在患者身上画一条垂直于超声换能器长轴的线，并将探头一分为二以标记发现 ZOA 的间隙（图 5A）。标记应在胸膜和隔膜之间的过渡处与 ZOA 对齐（图 4B，C）。
         5. 让患者呼气，然后“正常呼吸”（又名潮汐呼吸）。
         6. 如果不确定是否已识别出 ZOA，请重复步骤 2.2.1.6.1-2.2.1.6.3 并检查此视图中假定的隔膜，以查看其在呼吸周期中的变化。
            注意： 真隔膜在吸气时应增厚，在呼气时应减少厚度。
         7. 重复测量一次（即，步骤 2.2.1.6.1-2.2.1.6.5）。
         8. 取两次测量的平均值，并将其用于 ZOA 吸气末位置的最终值（图 5B）。
      7. 测量 ZOA 的终止终止位置。
         1. 给患者以下指示：“充分吸气，然后完全呼气，然后屏住呼吸 4 秒。如果你不能忍受 4 秒，那么请在你觉得舒服的任何时间内屏住呼吸。
         2. 沿颅骨滑动探头以找到 ZOA 的呼气末位置。
         3. 重复步骤 2.2.1.6.3-2.2.1.6.4。
         4. 要求患者“正常呼吸”。
         5. 重复测量一次（即，步骤 2.2.1.7.1-2.2.1.7.4）。
         6. 取两次测量的平均值，并将其用于 ZOA 呼气末位置的最终值。
      8. ZOA 偏移的测量
         1. 用尺子测量平均吸气末和平均呼气末皮肤标记之间的距离，以厘米为单位。两个外部皮肤标记之间的距离代表最大膈肌偏移（图 5C）。
   2. 左半侧膈肌评估
      1. 在左胸上重复步骤 2.2.1 中包含的所有子步骤。

结果

该膈肌超声方案从肺活量呼吸期间每个半胸的定性评估开始，将每个半膈肌分为三类之一：总体完整偏移、严重受损偏移或不确定。 视频 1 和 视频 2 分别显示了右半膈和左半膈肌基本正常肺活量偏移的示例。 视频 3 和 视频 4 分别显示了右半膈肌和左半膈肌肺活量严重受损的偏移示例。定性不确定的右半膈肌和左半膈肌...

讨论

POCUS 为膈肌评估提供了明显的优势，包括便携性、无创性和实时成像功能。这些优势可以通过这种可行且可访问的方案来利用，并且可以应用于各种临床环境。该协议从膈肌偏移的定性评估开始，以回答是否存在严重半膈肌功能障碍的问题。如果答案不清楚或需要更具体的信息，该方案的第二步通过定量测量 ZOA 的偏移来提供澄清。这些测量可以通过利用受试者内偏侧性?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Medical Ruler	MediChoice	NA	We used Medichoice as that is what is readily available at our institution and it comes with the skin marker, however any medical ruler will work. The majority of skin markers come with a type of ruler or measurement system, but if not a separate ruler can be used.
Skin Marker	MediChoice	NA	We again used Medichoice as that is what is readily available at our institution and it comes with the ruler, however any standard skin marker will work.
Ultrasound Gel	Aquasonic	NA	Any standard gel will work. Sterile packs are not necessary but can be used on a case-by-case basis at the providers discretion.
Ultrasound Machine	Samsung and GE	NA	Any standard portable ultrasound machine will suffice.