다이어프램 두께와 기능은 현장 진료 초음파를 사용하여 건강한 개인과 중증 환자에서 평가할 수 있습니다. 이 기술은 다이어프램 구조 및 기능을 평가하기 위한 정확하고 재현 가능하며 실현 가능하고 내약성이 우수한 방법을 제공합니다.
횡격막은 호흡 근육 펌프의 주요 구성 요소입니다. 횡격막 기능 장애는 호흡 곤란과 운동 과민증을 유발할 수 있으며 영향을 받는 개인을 호흡 부전으로 이끌 수 있습니다. 기계적으로 환기되는 환자의 경우 횡격막은 사용 중단 및 기타 메커니즘으로 인해 위축과 기능 장애에 취약합니다. 이는 젖을 떼지 못하고 장기적인 임상 결과를 악화시키는 원인이 됩니다. 현장 진료 초음파는 임상의와 연구자 모두가 쉽게 사용할 수 있는 다이어프램 두께 및 수축 활동(흡입 중 농축 분율)을 평가하기 위한 유효하고 재현 가능한 방법을 제공합니다. 이 기사에서는 다이어프램 두께를 측정하고 조석 호흡 또는 최대 영감 중 다이어프램 두꺼워짐을 정량화하는 모범 사례를 제시합니다. 일단 숙달되면 이 기술은 횡격막 기능 장애를 진단 및 예후하고 건강한 개인과 급성 또는 만성 질환 환자 모두에서 시간이 지남에 따라 치료에 대한 반응을 안내하고 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다.
초음파는 인간의 청력의 상한선을 넘어서는 음파를 말합니다. 초음파는 의료 외에도 많은 응용 분야를 가지고 있으며, 가장 유명한것은 제 1 차 세계 대전 중 군용 SONAR (Sound Navigation and Ranging)의 개발입니다. 초음파는 이제 의학적 진단 및 치료에 일상적으로 사용됩니다. 의료 초음파 검사 또는 진단 초음파는 고주파 음파(>20kHz)를 사용하여 신체 내 연조직 구조의 이미지를 제공합니다. 이러한 음파는 1-2,000만 사이클/초(메가헤르츠, MHz)의 주파수로 펄스되며, 이는 간, 심장 및 골격근과 같은 해부학적 구조를 검사하기 위해 신체로 전달될 수 있습니다. 현장 진료 초음파는 점점 더 중증 질환의 평가 및 관리의 초석이 되고 있습니다.
의학에서 초음파를 처음 적용한 것은 1940년대에 칼 두식(Karl Dussik) 박사에 의해 이루어졌는데, 그는 머리를 통한 초음파 빔의 전달을 측정하여 뇌종양을 찾으려고 시도했다2. 기술이 발전함에 따라 진폭 모드(A-모드) 및 밝기 모드(B-모드)3를 포함한 새로운 기술이 개발되었으며 1960년에는 2차원 스캐너가 개발되었습니다 4,5. 진단 초음파 분야는 전리 방사선에 대한 노출을 피하고 병상에서 얻을 수 있어 관련 위험이 있는 병원 내 이송의 필요성을 피할 수 있기 때문에 임상 실습에서 매우 중요해졌습니다. 초음파는 환자에게 안전하고, 내약성이 우수하며, 신뢰할 수 있고, 반복 가능하다 6,7.
다이어프램은 얇은 돔 모양의 근육 구조로, 인간의 자발적 환기를 유도하는 주요 호흡 펌프 역할을 합니다. 횡격막은 흉강과 복강을 분리하며 중앙 힘줄, 늑골 횡격막, 가랑이 횡격막의 세 부분으로 구성됩니다(그림 1). 횡격막의 중앙 힘줄은 주요 혈액 혈관이 흉강에서 복강으로 통과할 수 있도록 하는 비수축성 구조입니다. 늑골 횡격막에는 흉곽 또는 시푸이드 돌기에서 중앙 힘줄로 이어지는 섬유가 있습니다. 가랑이 횡격막은 처음 세 개의 요추 척추 동물에 삽입됩니다. 흡기 중에 늑골 횡격막이 수축하여 횡격막의 돔을 낮추고 하부 흉곽을 확장합니다. 늑골 다이어프램은 돔 8,9,10을 낮추는 가랑이 다이어프램을 지지합니다.
횡격막의 경흉막 초음파는 전위 영역에서 횡격막 두께를 모니터링하는 능력으로 인해 점점 더 주목을 받고 있습니다(그림 1)11,12,13. 다이어프램은 1975년 Haber et al.14에 의해 초음파로 처음 시각화되었습니다. 흡기 중 다이어프램 수축률과 근육 단축은 M-모드 초음파를 사용하여 다이어프램 두께(Tdi)와 농축 분율(TFdi)을 모니터링하여 정량화할 수 있습니다. 수축력에 대한 이 평가는 주어진 수준의 흡기 추진력과 노력 하에서 횡격막 근육 성능을 측정합니다. 현장 진료 초음파는 다이어프램 기능 및 구조에 대한 안전하고 반복 가능하며 신뢰할 수 있는 측정을 제공합니다. 기계 환기 환자에서 시간 경과에 따른 횡격막 두께의 변화는 과잉 보조(위축, 시간 경과에 따른 호기말 두께 감소) 또는 과소 보조(염증, 부종을 유발하는 부하 유발 손상, 시간이 지남에 따라 호기말 두께 증가로 나타날 수 있음)로 인한 근외상의 영향을 포함하여 기계적 환기의 부정적인 영향을 평가하는 데 사용할 수 있습니다.15. 이러한 변화는 부정적인 임상 결과와 상관관계가 있다16. 조석 호흡 중 TFdi를 측정하면 조석 횡격막 활동(즉, 흡기 노력)을 평가할 수 있습니다. 최대 흡기 노력(TFdi,max) 동안 TFdi를 측정하면 다이어프램 강도를 평가할 수 있습니다(다이어프램의 힘 생성 능력은 수축 및 단축 능력과 관련이 있기 때문).
측정값 획득 및 분석을 위한 최적의 프로토콜에 대한 상당한 합의가 있다17. 다이어프램 초음파 영상의 역량에는 적당히 가파른 학습 곡선이 포함됩니다. 기술과 잠재적인 함정에 대한 철저한 교육이 필수적입니다. 연구에 따르면 다이어프램 초음파 전문 지식은 원격 웹 기반 교육을 통해 단기간에 습득할 수 있다18. 따라서 이 프로토콜은 건강한 환자와 호흡기 병리가 의심되는 환자 모두에게 적용할 수 있는 다이어프램 두께 및 비점 분율의 일관된 측정을 제공하도록 최적화되었습니다19
이 기법을 사용한 연구는 캐나다 토론토에 있는 University Health Network의 Research Ethics Board로부터 윤리적 승인을 받았습니다.
1. 조석 호흡 중 다이어프램 두께 및 농축 분율 평가
그림 1: 다이어프램 해부학적 구조와 초음파 프로브의 배치에 대한 개요. (A) 늑골 다이어프램의 초음파를 위한 해부학적 구조. 횡격막은 중앙 힘줄, 늑골 횡격막 및 가랑이 횡격막으로 구성됩니다. (나,씨) 초음파에서 치위 영역에서 늑골 횡격막을 시각화하기 위해 환자를 반누운 자세로 놓고 8번째, 9번째 또는 10번째 늑간 공간을 찾습니다. 고주파(>12MHz) 선형 어레이 초음파 프로브는 겨드랑이 중간선을 따라 늑간 공간의 갈비뼈와 평행하게 배치되어 늑골 다이어프램을 단면으로 시각화합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 초음파 다이어프램 두께와 조석 호흡 중 두꺼워짐. (A) 프로브는 8번째, 9번째 또는 10번째 늑간 공간에 배치되어 다이어프램을 단면으로 시각화합니다. (B) B 모드 이미지에서 흰색 화살표는 초에코성 흉막 및 복막막을 나타냅니다. (C) M 모드 이미지는 시간 경과에 따른 특정 지점의 다이어프램 두께 변화를 투사합니다. 왼쪽에서 오른쪽으로 노란색 선은 첫 번째 호흡의 끝 호기(Tdi,ee)와 최대 흡기(Tdi,pi)에서의 다이어프램 두께를 측정하고 빨간색 선은 두 번째 호흡의 다이어프램 두께를 나타냅니다. 다이어프램 두께(Tdi,ee)는 건강한 남성 피험자에서 각각 1.20mm와 1.25mm, TFdi는 26%와 23%입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
표 1: 횡격막 초음파의 일반적인 문제 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
2. 최대 다이어프램 농축 분율 평가
참고: 최대 다이어프램 농축 분율은 다이어프램 두께와 동일한 실험 세션 동안 평가할 수 있습니다.
그림 3: 최소 및 최대 다이어프램 농축 분율의 예. (A) 초음파 다이어프램 두께(Tdi) 및 농축 분율(TFdi)은 다이어프램 수축이 최소화된 상태에서 측정되었습니다. 필요한 경우 스윕 속도를 조정하십시오. TFdi를 평가하기 위해 두 번의 호흡이 사용됩니다. 뚜렷한 피크 흡기 두께가 없는 경우, 흡기 노력의 시기는 임상적으로 침대 옆에서 결정됩니다. 여기서 TFdi는 11%로 계산되지만 추가 2회 호흡(2개의 이미지에 캡처된 총 4개의 호흡)에 대해 평균화됩니다. (B) 최대 흡기 노력(TFdi,max) 동안 측정된 최대 횡격막 비후율은 환자가 최대한의 의지적 노력을 하도록 코칭하거나 환자가 코칭을 받을 수 없고 P0.1 >2 cm H2O가 있는 경우 Marini mauver를 따라 자극됩니다. TFdi,max는 여기에서 208%로 계산됩니다. 그러나 여러 번(최소 3번) 시도한 후 얻은 가장 큰 값은 TFdi,max로 기록됩니다. TFdi와 Tdi는 최소한의 흡기 노력(A)과 비교하여 최대 영감(B) 동안 뚜렷한 차이가 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이 프로토콜에 따라 다이어프램 두께와 농축 분율은 다이어프램 구조 및 기능을 평가하는 비침습적이고 재현 가능한 수단으로 측정할 수 있습니다. 측정은 병상에서 수행할 수 있으며 맹검 오프라인 분석을 위해 저장할 수 있습니다. 이러한 측정은 다이어프램 구조 및 기능의 변화를 종단적으로 평가하기 위해 시간이 지남에 따라 반복적으로 얻을 수 있습니다.
건강한 성인의 경우, 휴지기-호기말 횡격막 두께는 키, 성별 및 프로브 위치21에 따라 1.5mm에서 5.0mm까지 다양할 수 있다. 휴식 시 호흡하는 건강한 성인의 경우 조석 TFdi는 일반적으로 15%-30% 사이입니다. 최대 흡기 노력 동안 TFdi,max는 일반적으로 30%에서 130% 사이입니다13,21,22. 최대 TFdi <20%는 심각한 횡격막 기능 장애13,21에 대한 진단입니다. 표 2는 건강한 다이어프램 두께와 중증 다이어프램 두께 및 비후화 분율을 요약한 것입니다.
표 2: 다이어프램 두께 및 농축 분율 11,13,19,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32에 대한 참조 값. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
침습적 기계 환기를 받는 중증 환자에서 호흡 부전 초기에 측정된 기준선 다이어프램 두께는 임상 결과와 상관관계가 있습니다(기준선 Tdi가 높을수록 사망률이 낮고 기계적 환기에서 더 빨리 벗어날 수 있음). 이러한 환자들의 경우, 시간 경과에 따른 Tdi의 후속 진화는 환자마다 크게 다릅니다. 약 40%-50%의 환자가 기계적 환기 첫 주 이내에 위축(기준선 대비 Tdi 10% 이상 감소)이 발생한다15. 소수의 환자는 기준선의 10%를 초과하는 Tdi의 급격한 조기 증가를 보이며, 이는 근육의 부상, 염증 또는 부종을 나타낼 수 있습니다(그러나 근육 비대는 발생하지 않습니다. 비대는 몇 주가 걸리기 때문에 근육 비대는 아님). TFdi,max <30%는 기계적 환기로 인한 이탈 실패 위험이 더 높을 것으로 예측합니다23.
그림 2A에 표시된 예에서 첫 번째 호흡(노란색)의 다이어프램 두께는 끝 호기에서 1.20mm, 최대 흡입 시 1.51mm였습니다. 그런 다음 아래 공식을 사용하여 농축 분율을 계산하고 백분율로 표현할 수 있습니다.
다이어프램 초음파는 건강한 피험자와 중증 환자의 다이어프램 구조와 기능을 모니터링하기 위한 비침습적이고 신뢰할 수 있으며 유효한 기술을 제공합니다. 다이어프램 농축 분율은 다이어프램 기능33을 평가하기 위한 전통적인 골드 스탠다드 방법인 자기 경련 횡횡격막 압력 측정보다 훨씬 더 실현 가능한 다이어프램 수축 활동 및 기능의 침상 옆 측정을 제공합니다. 현장 진료 초음파로 다이어프램 기능과 두께를 모니터링하면 다이어프램 위축을 감지할 수 있습니다. 따라서 전문가들은 역량17을 개발하기 위해 최소 15회의 개별 횡격막 초음파를 시행하고 분석할 것을 권장한다.
재현 가능하고 정밀한 측정을 보장하려면 프로브 배치19를 표시해야 합니다. B 모드 이미지는 프로브 배치와 기기의 깊이, 게인 및 초점을 조정하여 최적화해야 합니다. 사용된 초음파의 스윕 속도는 가능한 경우 캡처된 이미지 내에서 최소 2회의 호흡을 얻을 수 있도록 조정해야 합니다. 마지막으로 일관된 값(10% 이내)을 얻을 때까지 측정을 반복해야 합니다.
Tdi 및 TFdi를 얻는 것과 관련된 어려움 중 일부는 선형 프로브의 배치 및 방향입니다. 표 1 에는 몇 가지 일반적인 시나리오와 사용자가 수행해야 하는 관련 문제 해결 조치가 나와 있습니다.
이 초음파 기술의 몇 가지 한계에 유의해야 합니다. 첫째, 다이어프램 두께는 환자마다 크게 다르며, 시간 경과에 따른 두께 변화는 기준치(예: 위축 진단)를 참조해야 합니다. 둘째, 기술의 단순성에도 불구하고 역량을 보장하기 위해서는 교육이 필요합니다. 웹 기반 온라인 교육 플랫폼은 기술18의 역량을 달성하기 위해 검증되었습니다. 셋째, 설명된 초음파 기술은 근육 구조(질량)와 기능(수축성)에 대한 제한된 데이터를 제공합니다. 전단 초음파 및 초음파 엘라스토그래피와 같은 새로운 기술은 근육 경직 및 섬유증에 관한 추가 정보를 제공할 수 있다 34,35,36,37,38.
요약하면, 경횡격막 초음파는 건강한 환자와 중증 환자에서 쉽게 수행할 수 있는 횡격막 구조와 기능의 주요 척도를 제공합니다. 이 기술은 충분한 교육을 받은 유능한 사용자를 고려할 때 신뢰할 수 있고 유효합니다. 이 기사에서는 횡격막 초음파를 수행하는 방법을 간략하게 설명하고 사용자가 데이터 수집 전에 충분한 교육을 받도록 경고합니다.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
10-15 MHz linear array transducer | Philips | L12-4 | Any 10-15MHz linear array transducer may be used |
Any DICOM viewer software Example: MicroDicom DICOM viewer | MicroDicom | Free for non-commerical use analysis software: https://www.microdicom.com/company.html | |
Lumify Ultrasound Application | Philips | Other systems will use their own software | |
Lumify Ultrasound System | Philips | Any ultrasound system may be used | |
Skin Safe Marker | Viscot | 1450XL | Used for marking location of probe |
Ultrasound Gel | Wavelength | NTPC201X | Any ultrasound gel may be used |
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