Diafragmans tjocklek och funktion kan bedömas hos friska individer och kritiskt sjuka patienter med hjälp av patientnära ultraljud. Denna teknik erbjuder en exakt, reproducerbar, genomförbar och väl tolererad metod för att utvärdera membranstruktur och funktion.
Diafragman är huvudkomponenten i andningsmuskelpumpen. Diafragmadysfunktion kan orsaka dyspné och träningsintolerans och predisponerar drabbade individer för andningssvikt. Hos mekaniskt ventilerade patienter är diafragman mottaglig för atrofi och dysfunktion genom att det inte används och genom andra mekanismer. Detta bidrar till utebliven avvänjning och dåliga långsiktiga kliniska resultat. Point-of-care ultraljud ger en giltig och reproducerbar metod för att utvärdera diafragmans tjocklek och kontraktil aktivitet (förtjockningsfraktion under inspiration) som lätt kan användas av både kliniker och forskare. I den här artikeln presenteras bästa praxis för att mäta diafragmans tjocklek och kvantifiera diafragmaförtjockningen under tidvattenandning eller maximal inspiration. När man väl behärskar denna teknik kan den användas för att diagnostisera och prognostisera diafragmadysfunktion och vägleda och övervaka svaret på behandling över tid hos både friska individer och akuta eller kroniskt sjuka patienter.
Ultraljud avser ljudvågor bortom de övre hörbara gränserna för mänsklig hörsel. Ultraljud har många tillämpningar utanför sjukvården, den mest kända är troligen utvecklingen av SONAR (ljudnavigering och avstånd) för militärt bruk under första världskriget1; Ultraljud används nu rutinmässigt vid medicinsk diagnos och terapi. Medicinsk sonografi eller diagnostiskt ultraljud använder högfrekventa ljudvågor (>20 kHz) för att ge bilder av mjukvävnadsstrukturer i kroppen. Dessa ljudvågor pulseras med frekvenser på 1 till 20 miljoner cykler/s (megahertz, MHz), som kan överföras in i kroppen för att undersöka anatomiska strukturer, såsom levern, hjärtat och skelettmuskulaturen. Patientnära ultraljud blir alltmer en hörnsten i utvärderingen och hanteringen av kritisk sjukdom.
Den första tillämpningen av ultraljud inom medicinen var på 1940-talet av Dr. Karl Dussik, som försökte lokalisera hjärntumörer genom att mäta överföringen av ultraljudsstrålar genom huvudet2. I takt med att tekniken utvecklades utvecklades nya tekniker, bland annat amplitudläge (A-läge) och ljusstyrka (B-läge)3, följt av utvecklingen av tvådimensionella skannrar 1960 4,5. Området diagnostiskt ultraljud har blivit ovärderligt i klinisk praxis, eftersom det undviker exponering för joniserande strålning och kan erhållas vid sängen, vilket undviker behovet av transport på sjukhus med tillhörande risker. Ultraljud är säkert, väl tolererat, pålitligt och repeterbart hos patienter 6,7.
Diafragman är en tunn, kupolformad muskelstruktur som fungerar som den huvudsakliga andningspumpen som driver spontan ventilation hos människor. Diafragman separerar bröst- och bukhålan och består av tre separata segment: den centrala senan, costalmembranet och det korrala membranet (Figur 1). Den centrala senan i diafragman är en icke-kontraktil struktur som gör det möjligt för större blodkärl att passera från bröstkorgen till bukhålan. Costalmembranet har fibrer som löper från bröstkorgen eller xiphoidprocessen till den centrala senan. Den korrala diafragman sätts in i de tre första ländryggsdjuren. Under inandning drar costalmembranet ihop sig, vilket sänker membranets kupol samtidigt som det nedre bröstkorgen expanderar. Kustmembranet stöder det korrala membranet i sänkningen av kupolen 8,9,10.
Transthorax ultraljud av diafragman har fått ökad uppmärksamhet för sin förmåga att övervaka diafragmans tjocklek vid appositionszonen (Figur 1)11,12,13. Diafragman visualiserades först med ultraljud 1975 av Haber et al.14. Diafragmans kontraktilitet och muskelförkortning under inandning kan kvantifieras med hjälp av M-mode ultraljud för att övervaka diafragmans tjocklek (Tdi) och förtjockningsfraktion (TFdi). Denna bedömning av kontraktilitet ger ett mått på diafragmans muskelprestanda under en given nivå av inspiratorisk drift och ansträngning. Point-of-care ultraljud ger säkra, repeterbara och tillförlitliga mätningar av membranets funktion och arkitektur. Hos mekaniskt ventilerade patienter kan förändringar i diafragmans tjocklek över tid användas för att utvärdera de negativa effekterna av mekanisk ventilation, inklusive effekterna av myotrauma på grund av överhjälp (atrofi; minskande slutexpiratorisk tjocklek över tid) eller underassistans (belastningsinducerad skada som resulterar i inflammation, ödem; möjligen representerad av ökande slutexpiratorisk tjocklek över tid)15. Dessa förändringar är korrelerade med negativa kliniska resultat16. Mätning av TFdi under tidvattenandning gör det möjligt att bedöma tidvattendiafragmatisk aktivitet (dvs. inandningsansträngning). Mätning av TFdi under en maximal inandningsansträngning (TFdi,max) ger en bedömning av membranets styrka (eftersom membranets kraftgenererande kapacitet är relaterad till dess förmåga att dra ihop sig och förkortas).
Det råder stor enighet om det optimala protokollet för att samla in och analysera mätningar17. Kompetens inom membranultraljudsavbildning innebär en måttligt brant inlärningskurva; Grundlig utbildning i tekniken och dess potentiella fallgropar är avgörande. Studier har visat att kunskaper i membranultraljud kan förvärvas på kort tid genom webbaserad utbildningpå distans 18. Därför har detta protokoll optimerats för att ge en konsekvent mätning av membrantjocklek och förtjockningsfraktion som kan tillämpas på både friska och patienter med misstänkt andningspatologi19
Membranultraljud ger en icke-invasiv, pålitlig och giltig teknik för att övervaka diafragmans struktur och funktion hos friska försökspersoner och kritiskt sjuka patienter. Membranförtjockningsfraktion ger ett mått på membranets kontraktila aktivitet och funktion som är mycket mer genomförbart än magnetiska transdiafragmatiska tryckmätningar, den traditionella guldstandardmetoden för att utvärdera membranfunktion33. Övervakning av diafragmafunktion och tjocklek med patientnära ultraljud ger ett sätt att upptäcka diafragmatrofi. Experter rekommenderar därför att minst 15 separata transdiafragmatiska ultraljud utförs och analyseras för att utveckla kompetens17.
För att säkerställa reproducerbara och exakta mätningar är det absolut nödvändigt att markera sondens placering19. B-lägesbilden bör optimeras genom att justera sondens placering, såväl som instrumentets djup, förstärkning och fokus. Svephastigheten för det använda ultraljudet bör justeras för att få minst två andetag inom en tagen bild om möjligt. Slutligen bör mätningarna upprepas tills konsekventa värden (inom 10 %) erhålls.
Några av svårigheterna med att erhålla Tdi och TFdi är placeringen och orienteringen av den linjära sonden. Tabell 1 visar några vanliga scenarier och tillhörande felsökningsåtgärder som användare bör vidta.
Vissa begränsningar med denna ultraljudsteknik måste noteras. För det första varierar diafragmans tjocklek kraftigt mellan olika patienter, och förändringar i tjocklek över tid måste refereras till baslinjevärdet (till exempel för att diagnostisera atrofi). För det andra, trots teknikens enkelhet, krävs utbildning för att säkerställa kompetens. En webbaserad online-utbildningsplattform har validerats för att uppnå kompetens inom tekniken18. För det tredje ger den beskrivna ultraljudstekniken begränsade data om muskelstruktur (massa) och funktion (kontraktilitet). Nya tekniker, som skjuvultraljud och ultraljudselastografi, kan ge ytterligare information om muskelstelhet och fibros 34,35,36,37,38.
Sammanfattningsvis ger transdiafragmatiskt ultraljud viktiga mått på diafragmans struktur och funktion som enkelt kan utföras på friska och kritiskt sjuka patienter. Denna teknik är tillförlitlig och giltig, med tanke på en kompetent användare med tillräcklig utbildning. Den här artikeln beskriver hur man utför transdiafragmatiskt ultraljud och uppmanar användare att genomgå tillräcklig utbildning innan datainsamling.
The authors have nothing to disclose.
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 |