膈肌位于胸廓内部，是一块呈轮辐状扁、薄、阔的肌肉-纤维结构，状如一把大伞分隔胸腔和腹腔。膈肌主要作用是辅助呼吸，约占所有呼吸肌功能的70%，此外还参与维持腹压和稳定脊柱作用等。神经肌肉疾病、机械通气、手术及创伤、慢性肺部疾病等是影响膈肌功能的常见原因。跨膈压、肌电图、X线及超声等检查是目前评估膈肌功能的主要方式，其中膈肌超声因非侵入性、实时动态性、便携性、无辐射等优点成为目前检测膈肌功能的首选措施［1］。超声不仅逐渐用于日常患者膈肌功能障碍的评估，更在急、重、危患者的呼吸支持中发挥着重要作用，因此本文聚焦膈肌超声的规范化检查及其在机械通气、体外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）等应用，综述如下。
一、膈肌解剖及功能
膈肌位于胸腔和腹腔之间，通过食管裂孔、主动脉裂孔及下腔静脉裂孔使胸腹腔相互交通。膈肌静止时向上隆起呈圆顶状，其解剖结构主要分为中心腱和周围肌纤维2部分，周边的肌纤维分为3部分，分别为胸骨部、肋部和腰部。胸骨部起于剑突后部，止于中心腱；肋部起于下6对肋骨及肋软骨，止于中心腱，其中附着于肋骨及肋软骨内表面的区域称为附着区。腰部起自上2~3个腰椎，止于中心腱，形成左右两侧膈肌脚，并由弓状韧带连接。
膈肌在呼吸运动中起主要作用，吸气相膈肌（主要是附着区）收缩，穹隆顶部下移，胸腔容积增大，胸腔内压力下降并低于大气压，气体入肺。呼气相膈肌舒张回弹，穹窿顶部上移恢复原位，胸腔容积减小，胸腔内压力升高并大于大气压，促进气体呼出。膈肌收缩时，穹窿顶的下移导致腹腔压力增高，使前腹壁向外运动，这种由膈肌收缩舒张引起的呼吸运动称为腹式呼吸。此外，膈肌还可通过与腹肌同时收缩，进而增加腹腔压力，协助人体的排便、咳嗽、分娩等活动。膈肌由起源于颈3~5脊髓前角的左右膈神经支配，膈神经于中心腱附近传入膈肌，起到调节感觉和运动功能。膈神经受损后，同侧膈肌功能受损，导致患者呼吸运动受损，严重者可有窒息感。
二、膈肌超声规范化检查
（一）膈肌超声检查体位、探头选择及检查的参数
（二）膈肌厚度及DTF
膈肌厚度检查时将高频线阵探头（7~13 MHz）放置于腋前线和腋中线间第8~9肋间隙，通过B型超声显示3层平行组织结构，包括2条线性高回声（胸膜线和腹膜线）及中间的低回声（膈肌层），速度调整至15 mm/s，在M型超声下测量膈肌厚度，包括膈肌吸气末厚度（diaphragmatic thickness at the end of inspiration，DTei）及膈肌呼气末厚度（diaphragmatic thickness at the end of expiration，DTee）（图1a），临床上主要通过测量DTee评估膈肌有无萎缩［参考值：（0.14±0.03）cm（女）；（0.185±0.04）cm（男）］［5］。DTF主要用于评估膈肌的收缩功能，临床中最为常用的指标，计算公式为DTF=
（参考值：20%~30%）。B型超声与M型超声对DTee和DTF测量差异无统计学意义［2，6］。
（三）膈肌移动度及衍生指标
膈肌移动度也称膈肌位移（diaphragm excursion，DE），是指从呼气末至吸气末膈肌移动的距离，是临床中常用的指标之一。检查时使用3.0~5.0 MHz凸阵探头，右边将肝作为声窗，左边将脾作为声窗，将探头置于锁骨中线与腋中线间的肋缘下方，B型超声清晰显示图像后，通过M型超声显示3个呼吸周期，测量DE及吸气时间（图1b）。主要测量平静呼吸［参考值：男，（1.8±0.3）cm；女，（1.6±0.3）cm］、深呼吸［男：（7.0±1.1）cm；女：（5.7±1.0）cm］以及鼻吸气［男：（2.9±0.6）cm；女：（2.6±0.5）cm］3种呼吸方式的DE，DE可以用来评估膈肌是否发生功能减退或膈肌麻痹，膈肌麻痹可以通过平静呼吸和深呼吸时DE下降，以及深呼吸或鼻吸气时的矛盾运动来诊断［7］。根据DE衍生出2个指标：膈肌位移时间指数（excursion-time index，E-T指数）和膈肌收缩速度，这两个指标在临床中应用相对较少。E-T指数=DE×吸气时间［参考值：（2.4±1.2）cm·s］，作为一种预测拔管结局的新方法，可间接反映膈肌做功，研究显示拔管成功的患者具有更高的E-T指数，E-T指数的变化对拔管结局的预测价值优于DE，但E-T指数是一个良好但不完善的预测指标，需要进一步的大型前瞻性研究来验证［3］。膈肌收缩速度=DE/吸气时间［参考值：（1.3±0.4）cm/s］，反映吸气时胸腔压力的变化速度，与膈肌力量有关。研究表明，膈肌收缩速度与快速浅呼吸指数呈强正相关关系，推测膈肌收缩速度是确定患者可以拔管的最佳监测指标之一，但由于该研究样本量较少且在重症监护室患者呼吸评估中的作用尚未得到广泛研究，因此需要更多研究来证明该结论［4］。
（四）膈肌弹性成像
剪切波弹性成像（shear wave elastography，SWE）是一种基于组织软硬度的超声成像技术，可无创测量目标组织中剪切波速，以检测软组织硬度并评估其功能。剪切波速与剪切模量具有相关性，且肌肉剪切模量与肌肉收缩功能存在线性关系，因此可通过SWE评估膈肌收缩能力的变化［8］。跨膈压检查是评估膈肌功能的金标准，但因有创性及检测技术不成熟，使其临床应用受限。Bachasson等［9］研究发现膈肌剪切模量与跨膈压具有明显相关性，因此可通过SWE间接评估跨膈压的改变。膈肌SWE测量时，将高频线阵探头（7~13 MHz）放置在腋前线和腋中线间第8~9肋间隙，清晰显示膈肌后启用SWE模式。将SWE感兴趣区域放置合适位置并调节取样框大小，采用“单次激发模式”获取图像，然后进行测量。研究发现，不同医师对健康个体或者重症患者膈肌SWE测量值差异无统计学意义［10］，说明SWE对重症患者进行膈肌功能评估时也具有较高的可靠性和重复性，但目前该技术在临床膈肌功能评估中应用相对较少，仍需进一步研究。
三、膈肌超声在呼吸支持中的临床应用
（一）膈肌超声评价膈肌功能障碍（diaphragm dysfunction，DD）
DD为一侧或双侧膈肌力量的减弱或丧失，导致吸气能力下降及呼吸肌耐力受损。手术创伤或机械通气等是DD的常见原因。术后患者DD风险较高，以心胸或上腹部手术尤甚，同时79%的肝移植患者术后亦可出现DD。机械通气是DD的常见原因，可导致脱机失败。研究表明，机械通气12~24 h后患者膈肌会出现一定程度的萎缩，并随着时间延长逐渐加重，这与呼吸模式的选择、镇静/麻醉药物类型有关［11］。膈肌力量减弱时临床症状不明显，然而当膈肌瘫痪时则可出现不明原因的呼吸困难、难以脱离吸氧或机械通气、不明原因的呼吸窘迫、上腹部反常运动及复发性肺炎等。由于DD无特异性临床症状，导致其诊断较为困难。但随着膈肌超声的不断发展，对膈肌功能的评估手段愈来愈多，因此临床工作中可通过膈肌超声为DD临床诊断提供依据。如当胸部X线检查提示单侧膈肌抬高时，可联合膈肌超声判断此为DD、膈肌收缩无力或腹部器官肿大、膈肌被动抬高等。DD还可通过测量DTee评估膈肌有无萎缩。对于急性膈肌瘫痪，DTee可在正常范围内，此时萎缩可能尚未发生；当DTee变薄（≤1.5 mm）提示膈肌瘫痪，＜（1.1~1.2）mm提示膈肌萎缩［2］。DTF、DE也可用来评估膈肌瘫痪，当DTF＜20%、DE＜1 cm或M型超声显示鼻吸气时膈肌出现反常活动时，即可判断为膈肌瘫痪［2］。在罹患新型冠状病毒感染肺炎患者中，研究发现DTF较低是导致持续气道正压通气失败的重要原因，受试者操作特征曲线下面积（area under the curve，AUC）为0.944，敏感度为94.4%，特异度为88.9%［12］。慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）急性加重期的患者，如果DTF＜20%，有极大可能导致无创通气失败［13］。因此，DTF可作为预测无创通气失败/需要有创通气的潜在指标。当COPD处于稳定期时，COPD患者DTee及DTF与健康对照组差异无统计学意义［14］，但不同程度的COPD稳定期患者深呼吸时DE的变化与健康对照组差异有统计学意义［15］。因此，推测当COPD患者出现DD时，可能是由肺部过度膨胀继发的机械损伤所致。综上所述，临床上可通过超声评估膈肌的功能，并以此提示DD的原因及指导呼吸机应用时机。
（二）膈肌超声在呼吸机撤机中的应用
机械通气后撤机与拔管时机是影响危重症患者预后的重要因素，机械通气患者的撤机与拔管失败率高达10%~20%，拔管失败后患者死亡率为25%~50%［16］。严重的COPD等呼吸系统疾病、呼吸肌无力、心力衰竭、感染、神经肌肉病变等均可导致呼吸机撤机失败。呼吸负荷与呼吸能力的不平衡是呼吸机撤机失败的本质，膈肌功能是影响撤机成功与否的主要因素。膈肌功能不全者，其脱机失败率较高且术后24 h拔管率降低、住院时间延长［17］。一项纳入16项研究的Meta分析结果显示，超声检测膈肌功能重要指标——DTF预测撤机失败的AUC为0.82，敏感度为70%，特异度为84%。DE预测撤机失败的AUC为0.82，敏感度为71%，特异度为80%［18］。DiNino等［19］研究结果显示，DTF≥30%时指导撤机成功率的AUC为0.79，敏感度和特异度分别为88%和71%。由此可见，超声通过评估DTF及DE在指导撤机过程中起到重要作用，但目前DTF指导撤机的临界值尚未统一，有待于进一步研究。
膈肌超声评估撤机时机为机械通气过渡到自主呼吸试验（spontaneous breathing trial，SBT）后30 min。Kim等［20］报道SBT时DE＜1.0 cm比＞1.0 cm的撤机失败率更高；Osman和Hashim［21］研究发现，SBT中DE低于1.0 cm时预测拔管失败的AUC为0.83，敏感度为83.3%，特异度为100%。DE指导撤机的临界值较为一致，临床应用也较为广泛。近年研究人员以DE为基础，结合时间和呼吸频率等衍生出不同的膈肌测量指标（E-T指数和膈肌收缩速度）。通过研究发现，当E-T指数＞0.92 cm·s时判断撤机成功率的AUC为0.66，敏感度为90%，特异度为45%［3］。目前E-T指数在临床应用中较为少见，尚不能完全预测拔管结果，需要进一步的大型前瞻性研究加以验证。Banerjee和Mehrotra［4］研究显示，撤机成功患者的膈肌收缩速度显著高于撤机失败者［（1.4±0.2）cm/s vs（0.6±0.2）cm/s］，预测撤机成功率的敏感度为100%，特异度为86.7%。综上所述，通过膈肌超声评估膈肌情况指导撤机可提高拔管成功率，减少再次插管带来的危害。
（三）膈肌超声在ECMO中的应用
ECMO是机械循环辅助装置，主要由离心泵、氧合器和管路等组成。它将静脉血从体内引流到体外，经氧合器氧合血液再重新通过静脉或动脉灌注入体内，以维持机体各器官的灌注和氧合，对严重的呼吸/循环衰竭患者进行长时间的心肺替代治疗，使心肺得到充分休息。ECMO主要分为2种工作模式：VV转流和VA转流。VV转流指的是将静脉血引出，氧合后再泵入另一静脉，该模式主要应用于心脏功能正常而单纯肺功能受损的情况。VA转流指的是将静脉血引出，氧合后再泵入动脉，该模式可同时代替心肺功能，应用于心力衰竭合并肺衰竭的患者。
一项前瞻性研究显示DTF与VA-ECMO的参数如增加气流量（sweep gas flow，SGF）和左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）相关，SGF为4 L/mim、2 L/min、1 L/min时，DTF分别为6.3%、13.3%、26.7%；当SGF为2 L/min或1 L/min时，DTF与LVEF具有正相关关系，差异有统计学意义，当SGF为4 L/min时DTF与LVEF无相关关系，推测DTF与LVEF恢复相关，但SGF可降低二者的相关性。因此DTF与VA-ECMO模式的SGF和LVEF相关，但DTF与VA-ECMO撤机的成功率无明显关系。ECMO撤机成功与否与LVEF、机械通气时间及停用呼吸机时间具有相关性［22］，体外生命支持的患者脱机失败组和成功组的机械通气时间差异具有统计学意义［（229±202）h vs（90±103）h；P=0.0003］，可见机械通气时间延长可导致脱机失败。DD也可导致机械通气时间延长，增加撤机失败的可能性［23］，因此可通过评估膈肌功能间接评估体外生命支持撤机的时机。机械通气过程会导致膈肌功能障碍，但是有研究显示ECMO通过调控CO2（中枢化学感受器，是进行呼吸驱动的主要决定性因素之一）的排出从而精准调节患者的呼吸运动，从控制性通气切换到辅助通气模式，使膈肌进行生理收缩，保护其功能［24］。目前，ECMO撤机时机与膈肌功能二者之间的相关临床研究较少，有待于进一步研究。因此，通过评估膈肌功能不仅可指导呼吸机脱机、了解患者自主呼吸能力的恢复情况，也可为ECMO的成功脱机奠定基础。
综上所述，膈肌超声是一种相对操作简单、实时便携、应用前景较大的超声技术，尤其可较准确评估重症患者的呼吸能力，并对呼吸机应用、ECMO的模式选择具有重要指导意义。