Толщина и функция диафрагмы могут быть оценены у здоровых людей и пациентов в критическом состоянии с помощью ультразвукового исследования в месте оказания медицинской помощи. Этот метод предлагает точный, воспроизводимый, осуществимый и хорошо переносимый метод оценки структуры и функции диафрагмы.
Диафрагма является основным компонентом насоса дыхательной мышцы. Дисфункция диафрагмы может вызвать одышку и непереносимость физической нагрузки, а также предрасполагает пострадавших людей к дыхательной недостаточности. У пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких, диафрагма подвержена атрофии и дисфункции из-за неиспользования и других механизмов. Это приводит к неудачному отлучению от груди и плохим отдаленным клиническим исходам. Ультразвуковое исследование в месте оказания медицинской помощи представляет собой достоверный и воспроизводимый метод оценки толщины диафрагмы и сократительной активности (фракции утолщения во время вдоха), который может быть легко использован как клиницистами, так и исследователями. В этой статье представлены рекомендации по измерению толщины диафрагмы и количественной оценке утолщения диафрагмы во время приливного дыхания или максимального вдоха. После освоения этот метод может быть использован для диагностики и прогнозирования дисфункции диафрагмы, а также для управления и мониторинга ответа на лечение с течением времени как у здоровых людей, так и у пациентов с острыми или хроническими заболеваниями.
Ультразвук относится к звуковым волнам, находящимся за верхними слышимыми границами человеческого слуха. Ультразвук имеет множество применений за пределами здравоохранения, наиболее известным, вероятно, является разработка SONAR (звуковая навигация и определение дальности) для военного использования вПервой мировой войне; В настоящее время ультразвук широко используется в медицинской диагностике и терапии. Медицинская сонография или диагностическое ультразвуковое исследование использует высокочастотные звуковые волны (>20 кГц) для получения изображений структур мягких тканей тела. Эти звуковые волны представляют собой импульсы с частотой от 1 до 20 миллионов циклов/с (мегагерц, МГц), которые могут передаваться в тело для изучения анатомических структур, таких как печень, сердце и скелетные мышцы. Ультразвуковое исследование в местах оказания медицинской помощи все чаще становится краеугольным камнем оценки и лечения критических заболеваний.
Первое применение ультразвука в медицине было сделано в 1940-х годах доктором Карлом Дусиком, который попытался обнаружить опухоли головного мозга, измеряя передачу ультразвуковых лучейчерез голову. По мере развития технологий были разработаны новые методы, в том числе амплитудный режим (A-mode) и яркостный режим (B-mode)3, за которыми последовала разработка двумерных сканеров в 1960 году 4,5. Область диагностического ультразвука стала неоценимой в клинической практике, поскольку она позволяет избежать воздействия ионизирующего излучения и может быть получена у постели больного, избегая необходимости внутрибольничной транспортировки с сопутствующими рисками. УЗИ безопасно, хорошо переносится, надежно и воспроизводимо у пациентов 6,7.
Диафрагма представляет собой тонкую куполообразную мышечную структуру, которая действует как главный дыхательный насос, обеспечивающий спонтанную вентиляцию легких у людей. Диафрагма разделяет грудную и брюшную полости и состоит из трех отдельных сегментов: центрального сухожилия, реберной диафрагмы и диафрагмы голени (рис. 1). Центральное сухожилие диафрагмы представляет собой несократительную структуру, которая позволяет крупным кровеносным сосудам проходить из грудной полости в брюшную. Реберная диафрагма имеет волокна, идущие от грудной клетки или мечевидного отростка до центрального сухожилия. Диафрагма голени вводится в первые три поясничных позвоночных. Во время вдоха реберная диафрагма сокращается, опуская купол диафрагмы при одновременном расширении нижней грудной клетки. Реберная диафрагма поддерживает диафрагму голени в опускании купола 8,9,10.
Трансторакальное УЗИ диафрагмы привлекает все большее внимание благодаря своей способности контролировать толщину диафрагмы в зоне аппозиции (рис. 1)11,12,13. Диафрагма была впервые визуализирована с помощью ультразвука в 1975 году Haber et al.14. Сократительная способность диафрагмы и мышечное укорочение во время вдоха могут быть количественно определены с помощью ультразвукового исследования в М-режиме для контроля толщины диафрагмы (Tdi) и фракции утолщения (TFdi). Эта оценка сократительной способности позволяет измерить мышечную работоспособность диафрагмы при заданном уровне вдохного побуждения и усилия. Ультразвуковое исследование в месте оказания медицинской помощи обеспечивает безопасные, воспроизводимые и надежные измерения функции и архитектуры диафрагмы. У пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких, изменения толщины диафрагмы с течением времени могут быть использованы для оценки негативных последствий искусственной вентиляции легких, включая последствия миотравмы, вызванной чрезмерной помощью (атрофия; уменьшение толщины в конце выдоха с течением времени) или недостаточной помощью (травма, вызванная нагрузкой, приводящая к воспалению, отеку; возможно, выражается в увеличении толщины конечного выдоха с течением времени)15. Эти изменения коррелируют с неблагоприятными клиническими исходами16. Измерение TFdi во время дыхательного дыхания позволяет оценить приливную диафрагмальную активность (т.е. усилие на вдохе). Измерение TFdi при максимальном усилии вдоха (TFdi,max) позволяет оценить прочность диафрагмы (поскольку силогенерирующая способность диафрагмы связана с ее способностью сокращаться и укорачиваться).
Существует существенный консенсус в отношении оптимального протокола сбора и анализа измерений17. Компетентность в ультразвуковой визуализации диафрагмы включает в себя умеренно крутую кривую обучения; Тщательное обучение технике и ее потенциальным подводным камням имеет важное значение. Исследования показали, что навыки в области ультразвуковой диагностики диафрагмы могут быть приобретены за короткий период времени с помощью дистанционного обучения через Интернет18. Поэтому этот протокол был оптимизирован для обеспечения последовательного измерения толщины диафрагмы и фракции утолщения, которое может применяться как у здоровых людей, так и у пациентов с подозрением на респираторную патологию19
Исследования, использующие этот метод, получили этическое одобрение Совета по этике исследований в Университетской сети здравоохранения, Торонто, Канада.
1. Оценка толщины диафрагмы и фракции утолщения при приливном дыхании
Рисунок 1: Обзор анатомии диафрагмы и размещения ультразвукового датчика. (А) Анатомические структуры для УЗИ реберной диафрагмы. Диафрагма состоит из центрального сухожилия, реберной диафрагмы и диафрагмы голени. (В,В) Для визуализации реберной диафрагмы в зоне аппозиции на УЗИ пациента помещают в полулежачее положение и располагают восьмое, девятое или10-е межреберье. Высокочастотный (>12 МГц) ультразвуковой датчик с линейной матрицей размещается параллельно ребрам в межреберном пространстве вдоль среднеподмышечной линии для визуализации реберной диафрагмы в виде поперечного сечения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Толщина и утолщение ультразвуковой диафрагмы во время дыхательного дыхания. (А) Зонд помещают в восьмое, девятое или10-е межреберье для визуализации диафрагмы в виде поперечного сечения. (B) На изображении в В-режиме белыми стрелками показаны гиперэхогенные плевральная и перитонеальная мембраны. (C) Изображение в М-режиме проецирует изменение толщины диафрагмы в определенный момент с течением времени. Слева направо желтыми линиями измеряется толщина диафрагмы на конце выдоха (Tdi,ee) и толщина диафрагмы на пиковом вдохе (Tdi,pi) первого вдоха, а красными линиями обозначается толщина второго вдоха. Толщина диафрагмы (Tdi,ee) составляет 1,20 и 1,25 мм, а TFdi 26% и 23% соответственно у здорового мужчины. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Таблица 1: Распространенные проблемы при трансдиафрагмальном ультразвуковом исследовании Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.
2. Оценка максимальной фракции утолщения диафрагмы
ПРИМЕЧАНИЕ: Максимальная фракция утолщения диафрагмы может быть оценена во время той же экспериментальной сессии, что и толщина диафрагмы.
Рисунок 3: Примеры минимальной и максимальной фракции утолщения диафрагмы. (A) Толщину ультразвуковой диафрагмы (Tdi) и фракцию утолщения (TFdi) измеряли при наличии минимального сокращения диафрагмы. При необходимости отрегулируйте скорость развертки; два вдоха используются для оценки TFdi. При отсутствии четкой пиковой толщины вдоха время инспираторного усилия определяется клинически у постели больного. TFdi здесь рассчитывается как 11%, но будет усреднен еще за два вдоха (всего четыре вдоха, запечатленные на двух изображениях). (Б) Максимальная фракция утолщения диафрагмы, измеренная при максимальных усилиях на вдохе (TFdi,max), стимулируется либо путем обучения пациента максимальным волевым усилием, либо путем выполнения метода Марини, если пациент не может быть обучен и имеется P0,1 >2 см H2O. TFdi,max рассчитывается здесь как 208%, однако наибольшее значение, полученное после нескольких (по крайней мере, трех) попыток, будет записано как TFdi,max. Выявлена выраженная разница в TFdi и Tdi при максимальном вдохе (B) по сравнению с минимальным вдохным усилием (A). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Следуя этому протоколу, толщина мембраны и фракция утолщения могут быть измерены в качестве неинвазивных и воспроизводимых средств оценки структуры и функции диафрагмы. Измерения могут быть выполнены у постели больного и сохранены для слепого автономного анализа. Эти измерения могут быть получены многократно в течение долгого времени для оценки изменений в структуре и функционировании диафрагмы в продольном направлении.
У здоровых взрослых людей толщина диафрагмы в конце выдоха в состоянии покоя может колебаться от 1,5 мм до 5,0 мм, в зависимости от роста, пола и положения зонда21. У здоровых взрослых, дышащих в состоянии покоя, дыхательный TFdi обычно колеблется в пределах 15%-30%. При максимальных усилиях на вдохе TFdi,max обычно колеблется от 30% до 130%13,21,22. Максимальный TFdi <20% является диагностическим признаком тяжелой дисфункции диафрагмы13,21. В таблице 2 приведены здоровые и критически больные толщина диафрагмы и фракция утолщения.
Таблица 2: Эталонные значения толщины диафрагмы и фракции утолщения 11,13,19,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.
У пациентов в критическом состоянии, получающих инвазивную искусственную вентиляцию легких, исходная толщина диафрагмы, измеренная в начале дыхательной недостаточности, коррелирует с клиническим исходом (более высокий исходный уровень Tdi предсказывает более низкую смертность и более быстрое освобождение от искусственной вентиляции легких). У этих пациентов последующая эволюция ТДИ с течением времени сильно варьирует у разных пациентов. Примерно у 40–50% пациентов развивается атрофия (снижение ИМТ по сравнению с исходным уровнем более чем на 10%) в течение первой недели искусственной вентиляции легких15. Небольшая подгруппа пациентов демонстрирует быстрое раннее увеличение ИМТ, превышающее 10% от исходного уровня, что, возможно, указывает на травму, воспаление или отек в мышце (но не мышечную гипертрофию, поскольку гипертрофия происходит в течение нескольких недель). TFdi,max <30% предсказывает более высокий риск неудачного отлучения от искусственной вентиляции легких23.
В примере, показанном на рисунке 2А, толщина диафрагмы на первом вдохе (выделена желтым цветом) составила 1,20 мм на конце выдоха и 1,51 мм на пиковом вдохе. Затем фракцию сгущения можно рассчитать по приведенной ниже формуле и выразить в процентах.
УЗИ диафрагмы представляет собой неинвазивный, надежный и валидный метод мониторинга структуры и функции диафрагмы у здоровых людей и пациентов в критическом состоянии. Фракция утолщения диафрагмы обеспечивает измерение сократительной активности и функции диафрагмы у постели больного, что гораздо более осуществимо, чем измерение трансдиафрагмального давления с помощью магнитного подергивания, традиционный метод золотого стандарта для оценки функции диафрагмы33. Мониторинг функции и толщины диафрагмы с помощью ультразвукового исследования в месте оказания медицинской помощи позволяет обнаружить атрофию диафрагмы. Таким образом, эксперты рекомендуют выполнить как минимум 15 отдельных трансдиафрагмальных ультразвуковых исследований и проанализировать их, чтобы развить компетенцию17.
Для обеспечения воспроизводимости и точности измерений необходимо обязательно разметить место расположения датчика19. Изображение в режиме B должно быть оптимизировано путем регулировки положения датчика, а также глубины, усиления и фокусировки прибора. Скорость развертки используемого ультразвука должна быть отрегулирована таким образом, чтобы получить как минимум два вдоха в пределах полученного изображения, если это возможно. Наконец, измерения следует повторять до тех пор, пока не будут получены согласованные значения (в пределах 10%).
Некоторые трудности, связанные с получением Tdi и TFdi, заключаются в размещении и ориентации линейного датчика. В таблице 1 приведены некоторые распространенные сценарии и связанные с ними меры по устранению неполадок, которые должны предпринять пользователи.
Необходимо отметить некоторые ограничения этого ультразвукового метода. Во-первых, толщина диафрагмы сильно варьируется у разных пациентов, и изменения толщины с течением времени необходимо соотносить с исходным значением (например, для диагностики атрофии). Во-вторых, несмотря на простоту методики, для обеспечения компетентности требуется обучение. Для достижения компетентности в области методики 18 была проведена валидация онлайновой учебной платформы на основе веб-технологий18. В-третьих, описанная ультразвуковая методика дает ограниченные данные о структуре мышц (массе) и функции (сократительной способности). Новые методы, такие как ультразвуковое исследование и ультразвуковая эластография, могут предоставить дополнительную информацию о мышечной ригидности и фиброзе 34,35,36,37,38.
Таким образом, трансдиафрагмальное УЗИ позволяет определить структуру и функцию диафрагмы, что может быть легко выполнено у здоровых и критически больных пациентов. Данная методика является надежной и валидной, считаясь компетентным пользователем с достаточной подготовкой. В этой статье описывается, как выполнять трансдиафрагмальное ультразвуковое исследование, и предостерегается пользователей о необходимости пройти достаточную подготовку перед получением данных.
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 |
Explore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
ABOUT JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved