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医学

Messung der Membrandicke und -funktion mittels Point-of-Care-Ultraschall

Published: November 03, 2023
doi:
10.3791/65431
, , ,
1Toronto General Hospital Research Institute, 2Interdepartmental Division of Critical Care Medicine,University of Toronto, 3Department of Physiology, Faculty of Medicine,University of Toronto, 4Deparatment of Intensive Care Medicine,Nepean Hospital, 5Division of Respirology, Department of Medicine,University Health Network

Summary

Die Dicke und Funktion des Zwerchfells kann bei gesunden Personen und kritisch kranken Patienten mittels Point-of-Care-Ultraschall beurteilt werden. Diese Technik bietet eine genaue, reproduzierbare, praktikable und gut verträgliche Methode zur Beurteilung der Struktur und Funktion des Zwerchfells.

Abstract

Das Zwerchfell ist der Hauptbestandteil der Atemmuskelpumpe. Eine Dysfunktion des Zwerchfells kann Dyspnoe und Belastungsintoleranz verursachen und prädisponiert die Betroffenen für Atemstillstand. Bei mechanisch beatmeten Patienten ist das Zwerchfell anfällig für Atrophie und Funktionsstörungen durch Nichtgebrauch und andere Mechanismen. Dies trägt dazu bei, dass die Entwöhnung ausbleibt und die klinischen Langzeitergebnisse schlecht sind. Point-of-Care-Ultraschall bietet eine valide und reproduzierbare Methode zur Bewertung der Zwerchfelldicke und der kontraktilen Aktivität (Verdickungsfraktion während der Inspiration), die sowohl von Klinikern als auch von Forschern eingesetzt werden kann. In diesem Artikel werden Best Practices für die Messung der Zwerchfelldicke und die Quantifizierung der Zwerchfellverdickung während der Gezeitenatmung oder der maximalen Inspiration vorgestellt. Einmal gemeistert, kann diese Technik verwendet werden, um Zwerchfelldysfunktion zu diagnostizieren und zu prognostizieren und das Ansprechen auf die Behandlung im Laufe der Zeit sowohl bei gesunden Personen als auch bei akuten oder chronisch kranken Patienten zu steuern und zu überwachen.

Introduction

Ultraschall bezieht sich auf Schallwellen, die über die oberen hörbaren Grenzen des menschlichen Gehörs hinausgehen. Ultraschall hat viele Anwendungen über das Gesundheitswesen hinaus, die berühmteste ist wahrscheinlich die Entwicklung von SONAR (Sound Navigation and Ranging) für militärische Zwecke imErsten Weltkrieg 1; Ultraschall wird heute routinemäßig in der medizinischen Diagnostik und Therapie eingesetzt. Bei der medizinischen Sonographie oder dem diagnostischen Ultraschall werden hochfrequente Schallwellen (>20 kHz) verwendet, um Bilder von Weichteilstrukturen im Körper zu liefern. Diese Schallwellen werden mit Frequenzen von 1 bis 20 Millionen Zyklen/s (Megahertz, MHz) gepulst und können in den Körper übertragen werden, um anatomische Strukturen wie Leber, Herz und Skelettmuskel zu untersuchen. Point-of-Care-Ultraschall wird zunehmend zu einem Eckpfeiler der Beurteilung und Behandlung kritischer Erkrankungen.

Die erste Anwendung von Ultraschall in der Medizin erfolgte in den 1940er Jahren durch Dr. Karl Dussik, der versuchte, Hirntumore zu lokalisieren, indem er die Übertragung von Ultraschallstrahlen durch den Kopf maß2. Mit dem technologischen Fortschritt wurden neue Techniken entwickelt, darunter der Amplitudenmodus (A-Modus) und der Helligkeitsmodus (B-Modus)3, gefolgt von der Entwicklung zweidimensionaler Scanner im Jahr 1960 4,5. Der Bereich des diagnostischen Ultraschalls ist in der klinischen Praxis von unschätzbarem Wert, da er die Exposition gegenüber ionisierender Strahlung vermeidet und am Krankenbett gewonnen werden kann, wodurch die Notwendigkeit eines Krankenhaustransports mit den damit verbundenen Risiken vermieden wird. Ultraschall ist sicher, gut verträglich, zuverlässig und bei Patienten wiederholbar 6,7.

Das Zwerchfell ist eine dünne, kuppelförmige Muskelstruktur, die als Hauptatempumpe fungiert, die die spontane Beatmung beim Menschen antreibt. Das Zwerchfell trennt die Brust- und Bauchhöhle und besteht aus drei getrennten Segmenten: der zentralen Sehne, dem Rippenzwerchfell und dem Schmalzwerchfell (Abbildung 1). Die zentrale Sehne des Zwerchfells ist eine nicht kontraktile Struktur, die es den großen Blutgefäßen ermöglicht, von der Brust- in die Bauchhöhle zu gelangen. Das Zwerchfell der Rippe hat Fasern, die vom Brustkorb oder Processus xiphoideus zur zentralen Sehne verlaufen. Das krurale Zwerchfell setzt in die ersten drei Lendenwirbeltiere ein. Während der Inspiration zieht sich das Rippenzwerchfell zusammen, senkt die Kuppel des Zwerchfells und dehnt gleichzeitig den unteren Brustkorb aus. Die Rippenmembran stützt die crural Membran bei der Absenkung der Kuppel 8,9,10.

Der transthorakale Ultraschall des Zwerchfells hat aufgrund seiner Fähigkeit, die Dicke des Zwerchfells in der Appositionszone zu überwachen, zunehmend an Bedeutung gewonnen (Abbildung 1)11,12,13. Das Zwerchfell wurde erstmals 1975 von Haber et al.14 mit Ultraschall visualisiert. Die Kontraktilität des Zwerchfells und die Muskelverkürzung während der Inspiration können mit Hilfe von M-Mode-Ultraschall quantifiziert werden, um die Dicke des Zwerchfells (Tdi) und die Verdickungsfraktion (TFdi) zu überwachen. Diese Bewertung der Kontraktilität liefert ein Maß für die Leistung der Zwerchfellmuskulatur bei einem bestimmten Maß an inspiratorischem Antrieb und Anstrengung. Point-of-Care-Ultraschall bietet sichere, wiederholbare und zuverlässige Messungen der Zwerchfellfunktion und -architektur. Bei mechanisch beatmeten Patienten können Veränderungen der Zwerchfelldicke im Laufe der Zeit verwendet werden, um die negativen Auswirkungen der mechanischen Beatmung zu bewerten, einschließlich der Auswirkungen von Myokata aufgrund von Überunterstützung (Atrophie; abnehmende end-exspiratorische Dicke im Laufe der Zeit) oder Unterunterstützung (belastungsinduzierte Verletzung, die zu Entzündungen führt, Ödemen; möglicherweise repräsentiert durch eine Zunahme der end-exspiratorischen Dicke im Laufe der Zeit)15. Diese Veränderungen korrelieren mit unerwünschten klinischen Ergebnissen16. Die Messung von TFdi während der Gezeitenatmung ermöglicht eine Beurteilung der tidalen Zwerchfellaktivität (d. h. der inspiratorischen Anstrengung). Die Messung von TFdi während einer maximalen inspiratorischen Anstrengung (TFdi,max) ermöglicht eine Beurteilung der Zwerchfellstärke (da die Krafterzeugungskapazität des Zwerchfells mit seiner Fähigkeit zur Kontraktion und Verkürzung zusammenhängt).

Es besteht ein weitgehender Konsens über das optimale Protokoll für die Erfassung und Analyse von Messungen17. Die Kompetenz in der Zwerchfell-Ultraschallbildgebung beinhaltet eine mäßig steile Lernkurve; Eine gründliche Einarbeitung in die Technik und ihre möglichen Fallstricke ist unerlässlich. Studien haben gezeigt, dass Kenntnisse im Bereich Zwerchfellultraschall in kurzer Zeit durch webbasierte Fernschulungen erworben werden können18. Daher wurde dieses Protokoll optimiert, um eine konsistente Messung der Zwerchfelldicke und der Verdickungsfraktion zu ermöglichen, die sowohl bei gesunden als auch bei Patienten mit Verdacht auf eine Atemwegspathologie angewendet werden kann19

Protocol

Studien, die diese Technik anwenden, haben eine ethische Genehmigung vom Research Ethics Board des University Health Network in Toronto, Kanada, erhalten. 1. Bewertung der Zwerchfelldicke und der Verdickungsfraktion während der Gezeitenatmung Identifizierung des ZwerchfellsLegen Sie den Patienten in eine halbliegende Position (30°-45° von der Parallele) auf den Rücken. Entfernen Sie alle Kleidungsstücke von der rechten Seite der Brust.HINWEIS: Ein ähnliches Verfahren kann verwendet werden, um das linke Hemidiaphragma zu visualisieren; Die linke Seite ist im Allgemeinen schwieriger zu visualisieren, und die Messgenauigkeit wird als viel geringer angegeben19. Schalten Sie das Tablet ein, das das tragbare Ultraschallgerät mit Strom versorgt, und leiten Sie die entsprechende Anwendung ein (siehe Materialtabelle). Initiieren Sie eine muskuloskelettale Untersuchung mit einem Hochfrequenz-Linear-Array-Schallkopf (mindestens 12 MHz).HINWEIS: Jedes Ultraschallgerät kann zur Durchführung dieser Technik verwendet werden. Bedecken Sie die Spitze des Linear-Array-Schallkopfs mit einer ausreichenden Menge Ultraschallgel und stellen Sie sicher, dass sich der Ultraschall zur Positionierung im B-Modus befindet. Halten Sie die Sonde fest, indem Sie die Spitze der Sonde mit Daumen und Zeigefinger umschließen (Abbildung 2A). Abtasten Sie die Brustwandoberfläche, um den rechten achten, neunten oder 10. Interkostalraum zwischen der mittleren und vorderen Achsellinie zu lokalisieren, wie in Abbildung 1C und Abbildung 2A gezeigt, und platzieren Sie die Sonde in der Appositionszone (typischerweise um den achten Interkostalraum). Winkeln Sie den Schallkopf in der Sagittalebene so an, dass er sich vollständig zwischen den Rippen befindet (Abbildung 2A) und keine Rippenartefakte im Bild sichtbar sind (Abbildung 2B). Wenn eine Rippe im Bild zu sehen ist, passen Sie den Winkel der Sonde an, indem Sie sie nach oben oder unten neigen. Wenn noch eine Rippe sichtbar ist, drehen Sie die Sonde, bis nur noch die Membran sichtbar ist. Wenn die Visualisierung des Zwerchfells weiterhin problematisch ist, schieben Sie die Sonde nach oben oder unten in einen neuen Interkostalraum. Identifizieren Sie auf dem Ultraschallmonitor zwei helle, weiße, parallele Linien, die unmittelbar oberhalb der Leber liegen und die Pleura- und Peritonealmembran anzeigen (Abbildung 2B). Das relativ echoarme Rippenzwerchfell kann zwischen diesen Linien visualisiert werden. Passen Sie die Tiefe des Bildes an, indem Sie auf die Schaltfläche zum Vergrößern oder Verringern der Tiefe klicken, um die Größe der Blende zu optimieren. Stellen Sie sicher, dass die Membran auf dem Anzeigemonitor zentriert ist. Dadurch wird eine maximale Auflösung der Pleura- und Peritoneallinien von den umgebenden Strukturen gewährleistet. Wenn das Bild suboptimal bleibt (d. h. die Lunge oder die Rippen sind im Bild sichtbar oder die Pleura- und Peritonealmembranen sind nicht deutlich zu sehen), passen Sie die Sonde für eine bessere Visualisierung an, indem Sie die Sonde entlang des Rippenraums nach oben und unten, von der Basis hin und her bewegen oder drehen. In Tabelle 1 finden Sie Beispiele für häufige Probleme bei der transdiaphragmatischen Sonographie. Optimieren von BildernSobald sich der Wandler an der richtigen Stelle befindet, optimieren Sie die Bildqualität, indem Sie die folgenden Komponenten vor der Datenerfassung ändern.HINWEIS: Bei verschiedenen Ultraschallgeräte-Softwares gibt es Modell- und Softwareunterschiede. In dieser Software haben wir die folgenden Schaltflächenklicks durchgeführt, um das Ziel zu erreichen. Klicken Sie in der Software des Ultraschallgeräts auf die Verstärkungstaste , um die Helligkeit des Bildes zu ändern. Erhöhen Sie die Verstärkung, indem Sie auf die Schaltfläche “Erhöhen ” klicken, um das Bild heller erscheinen zu lassen. Klicken Sie umgekehrt auf die Schaltfläche zum Verringern , um das Bild abzudunkeln. Ist die Verstärkung zu gering, können Strukturen schwer zu ermitteln sein. Wenn die Verstärkung zu hoch ist, können Fremdechos auftreten und das Bild erscheint zu hell. Falls am Ultraschallgerät verfügbar, klicken Sie auf die Fokustaste , um den Fokus anzupassen und die Bildqualität zu ändern. Klicken Sie auf die Schaltfläche “Vergrößern “, um den Fokus zu erhöhen, oder auf die Schaltfläche “Verringern “, um den Fokus zu verringern. Erfassen von BildernSobald die Platzierung und die Bildqualität optimiert sind, versetzen Sie den Ultraschall in den M-Modus, indem Sie auf die M-Modus-Taste in der Ultraschallsoftware klicken. Eine einzelne vertikale Scanlinie wird auf dem Bildgebungsbildschirm angezeigt. Platzieren Sie die Linie zwischen dem Abschnitt, in dem die Pleura- und Peritoneallinien am deutlichsten sind.HINWEIS: Bei der Aufnahme von Bildern im M-Modus kann es zu einer gewissen Variabilität zwischen den Ultraschallgeräten kommen. Stellen Sie sicher, dass ein klarer Bereich vorhanden ist, in dem gut definierte Pleura- und Peritonealmembranen sichtbar sind, bevor der M-Modus eingeleitet wird. Platzieren Sie die Scanlinie an einer Stelle, an der Pleura- und Peritonealmembranen während des gesamten Atemzyklus gut definiert sind und keine Lungen oder Rippen in das Sichtfeld gelangen. Führen Sie den M-Modus während der Gezeitenatmung über einen vollständigen Zyklus von Inspiration und Ausatmung aus und klicken Sie dann auf die Schaltflächen “Einfrieren ” und ” Speichern “, um den tatsächlichen Zustand zu erfassen und das Bild zu speichern. Falls verfügbar, passen Sie die Sweep-Geschwindigkeit an, indem Sie auf die Schaltfläche Sweep-Geschwindigkeit klicken, um die Erfassungsrate anzupassen und sicherzustellen, dass zwei Atemzyklen erreicht werden. Wiederholen Sie diesen Vorgang, um ein weiteres Bild zu erhalten. Markieren Sie mit einem hautverträglichen Marker die Position der Sonde am Körper des Patienten, um sicherzustellen, dass im Laufe der Zeit genau die gleiche Position des Zwerchfells gemessen wird. Dies ist wichtig, um die Reproduzierbarkeit der Messung aufrechtzuerhalten, da die Dicke der Membran über ihre Oberfläche variiert19. Aus diesen Bildern können die Membrandicke (Tdi) und der Verdickungsanteil (TFdi) gemessen werden. Wenn die Werte des zweiten M-Modus-Bildes nicht innerhalb von 10 % des ersten Bildes liegen, wiederholen Sie die M-Mode-Bildaufnahme, bis zwei Bilder mit einer Reihe von Werten innerhalb von 10 % voneinander erhalten werden. Details zur Bildanalyse finden Sie weiter unten. Sobald die Untersuchung abgeschlossen ist, klicken Sie in der Ultraschallsoftware auf die Schaltfläche “Untersuchung beenden “. Um Dateien zu exportieren, klicken Sie auf Bilder exportieren und stellen Sie sicher, dass die Dateien im DICOM-Format exportiert werden. Wischen Sie die Seite des Patienten ab, wenn noch Gel übrig ist, und desinfizieren Sie das Ultraschallgerät mit geeigneten Desinfektionstüchern. Analysieren von BildernÖffnen Sie die erforderlichen DICOM-Dateien im MicroDicom DICOM-Viewer oder einer ähnlichen Software. Klicken Sie auf das Werkzeug “Abstand” (kann als Messschieber oder gerade Linie bezeichnet werden) und ziehen Sie eine gerade Linie vom inneren Rand der Pleuramembran zum inneren Rand der Peritonealmembran bei der Endexspiration (Tdi,ee). Stellen Sie sicher, dass beide Membranen nicht in diese Messung einbezogen werden und dass beide Enden der Geraden direkt (vertikal) voneinander entfernt liegen, so dass es keinen Zeitunterschied zwischen den Markern gibt, der den Abstand künstlich vergrößern kann, wie in Abbildung 2B17 dargestellt. Notieren Sie diesen Wert als Membrandicke (Tdi,ee). Wiederholen Sie Schritt 4.2 bei maximaler Inspiration desselben Atemzugs, um die Membrandicke bei maximaler Inspiration (Tdi,pi) zu erhalten. Wenn der Patient nicht zu atmen scheint und während der Inspiration keine Zwerchfellverdickungsfraktion erkennbar ist, messen Sie den Tdi,pi an einer Stelle, die für die Zwerchfelldicke während der Inspirationsphase repräsentativ ist (in diesem Fall ist er ungefähr gleich wie Tdi,ee), wie in Abbildung 3 zu sehen. Sowohl Tdi,ee als auch Tdi,pi sollten aus demselben Atemzug analysiert werden, wie in Abbildung 2C zu sehen ist, um die Zwerchfellverdickungsfraktion während der Gezeitenatmung (TFdi) zu bestimmen. Berechnen Sie mit Tdi,pi und Tdi,ee den TFdi für jeden Atemzug: Ermitteln Sie ein zweites Messpaar aus demselben M-Mode-Bild (siehe Abbildung 2C). Wiederholen Sie die Schritte 1.4.1 bis 1.4.9 für das zweite M-Mode-Bild. Zu diesem Zeitpunkt wurden vier Messungen von Tdi,ee und vier Messungen von TFdi durchgeführt. Wenn die Werte des zweiten M-Modus-Bildes nicht innerhalb von 10 % des ersten Bildes liegen, wiederholen Sie die M-Mode-Bildaufnahme, bis zwei Bilder mit einer Reihe von Werten innerhalb von 10 % voneinander erhalten werden. Abbildung 1: Überblick über die Anatomie des Zwerchfells und die Platzierung der Ultraschallsonde. (A) Anatomische Strukturen für den Ultraschall des Rippenzwerchfells. Das Zwerchfell besteht aus der zentralen Sehne, dem Rippenzwerchfell und dem Cruralzchchfell. (B,C) Um das Rippenzwerchfell an der Appositionszone im Ultraschall sichtbar zu machen, wird der Patient in die halbliegende Position gebracht und der achte, neunte oder 10. Interkostalraum lokalisiert. Eine Hochfrequenz-Ultraschallsonde (>12 MHz) wird parallel zu den Rippen im Interkostalraum entlang der mittelachseligen Linie platziert, um das Rippenzwerchfell als Querschnitt sichtbar zu machen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 2: Dicke und Verdickung des Ultraschallzwerchfells während der Gezeitenatmung. (A) Die Sonde wird im achten, neunten oder 10. Interkostalraum platziert, um das Zwerchfell als Querschnitt sichtbar zu machen. (B) Im B-Mode-Bild zeigen die weißen Pfeile die echoarmen Pleura- und Peritonealmembranen. (C) Das M-Mode-Bild projiziert die Variation der Membrandicke zu einem bestimmten Zeitpunkt im Laufe der Zeit. Von links nach rechts messen die gelben Linien die Dicke des Zwerchfells am Ende der Ausatmung (Tdi,ee) und die Dicke des Zwerchfells beim Höhepunkt der Inspiration (Tdi,pi) des ersten Atemzugs, und die roten Linien bezeichnen die Dicke des zweiten Atemzugs. Die Zwerchfelldicke (Tdi,ee) beträgt 1,20 und 1,25 mm und TFdi 26 % bzw. 23 % bei einem gesunden männlichen Probanden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Tabelle 1: Häufige Probleme bei der transdiaphragmatischen Sonographie Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen. 2. Bewertung der maximalen Membranverdickungsfraktion HINWEIS: Der maximale Membranverdickungsanteil kann in derselben Versuchssitzung wie die Membrandicke bestimmt werden. Erfassen von BildernVerwenden Sie die gleiche Methodik wie oben beschrieben, identifizieren Sie das Zwerchfell mit dem B-Mode-Ultraschall und optimieren Sie es entsprechend. Bei mechanisch beatmeten Patienten ist sicherzustellen, dass ein ausreichender Atemantrieb für die Beurteilung der Zwerchfellfunktion vorhanden ist, indem der Atemwegsverschlussdruck (P0,1) am Beatmungsgerät gemessen wird. Der P0,1 sollte mindestens 2 cm H2O betragen, umfortzufahren. Wenn sie weniger als 2 cm H2O beträgt, sollten Sie in Betracht ziehen, die Sedierung oder Beatmungsunterstützung zu reduzieren, um den Atemantrieb vor der Ultraschallbildgebung zu erhöhen. Sobald der Atemantrieb bei mechanisch beatmeten Patienten ausreichend ist, reduzieren Sie die Beatmungsunterstützung auf ein Minimum (z. B. Druckunterstützungsbeatmung (PSV): 0 cm H2O; positiver endexspiratorischer Druck (PEEP): 0 cm H2O; moderate PSV- oder PEEP-Werte können beibehalten werden, wenn dies für den Gasaustausch erforderlich ist), um die Kontraktilität des Zwerchfells vorübergehend zu erhöhen.HINWEIS: Das Entfernen der Beatmungsunterstützung erhöht den Atemantrieb und die Anstrengung, um die Beurteilung der Zwerchfellfunktion zu erleichtern. Versetzen Sie den Ultraschall in den M-Modus, indem Sie auf die M-Modus-Taste klicken. Coachen Sie den Teilnehmer während des M-Modus, um eine maximale willentliche Inspirationsanstrengung gegen einen nicht verschlossenen Atemweg durchzuführen (d. h. ein Manöver der Inspirationskapazität), und weisen Sie den Teilnehmer an, “tief einzuatmen”, wenn möglich.Wenn der Patient nicht in der Lage ist, den Befehlen zu folgen, maximale inspiratorische Anstrengungen zu unternehmen, führen Sie ein kurzes Atemwegsverschlussmanöver (das Marini-Manöver)20 für bis zu 20 Sekunden durch, um eine erhöhte Atemanstrengung zu stimulieren. Lösen Sie dann die Okklusion und messen Sie die TFdi,max nach dem Lösen der Okklusion. Frieren Sie die Aufnahme ein und speichern Sie das Bild. Wiederholen Sie die Schritte 2.1-2.4 noch zweimal, um insgesamt drei M-Mode-Bilder für die Analyse zu erhalten, oder bis der Sonograph sicher ist, dass der Patient maximale willentliche Anstrengungen unternommen hat. Exportieren Sie M-Mode-Bilder im DICOM-Format für eine sorgfältige Offline-Verblindungsanalyse. Wischen Sie die Seite des Patienten ab, um das restliche Gel zu reinigen, und desinfizieren Sie das Ultraschallgerät mit geeigneten Desinfektionstüchern. Analysieren von BildernÖffnen Sie die erforderlichen DICOM-Dateien im MicroDicom DICOM-Viewer oder einer ähnlichen Software. Klicken Sie auf das Distanzwerkzeug (kann als Messschieber oder gerade Linie bezeichnet werden) und zeichnen Sie eine gerade Linie vom inneren Rand der Pleuramembran zum inneren Rand der Peritonealmembran bei Endexspiration (Tdi,ee) und maximaler Inspiration (Tdi,pi) während eines maximalen inspiratorischen Versuchs, wie in Abbildung 3B zu sehen. Stellen Sie sicher, dass alle Messungen die Pleura- und Peritonealmembran ausschließen und beide Enden der geraden Linie direkt (vertikal) voneinander entfernt liegen, so dass es keinen Zeitunterschied gibt. TFdi,max für jeden Atemzug wird wie folgt berechnet: Zeichnen Sie den höchsten Wert von mindestens drei konsistenten Versuchen als TFdi,max auf. Abbildung 3: Beispiele für die minimale und maximale Membranverdickungsfraktion. (A) Die Ultraschall-Diaphragmadicke (Tdi) und die Verdickungsfraktion (TFdi) wurden in Gegenwart einer minimalen Zwerchfellkontraktion gemessen. Passen Sie bei Bedarf die Sweep-Geschwindigkeit an. Zwei Atemzüge werden verwendet, um die TFdi zu beurteilen. In Ermangelung einer klaren maximalen inspiratorischen Dicke wird der Zeitpunkt der inspiratorischen Anstrengung klinisch am Krankenbett bestimmt. TFdi wird hier mit 11 % berechnet, würde aber über weitere zwei Atemzüge gemittelt werden (insgesamt vier Atemzüge, die in zwei Bildern festgehalten wurden). (B) Die maximale Zwerchfellverdickungsfraktion, die während maximaler inspiratorischer Anstrengungen (TFdi,max) gemessen wird, wird entweder durch Coaching des Patienten zu maximalen willentlichen Anstrengungen oder nach einem Marini-Mauver stimuliert, wenn der Patient nicht gecoacht werden kann und ein P0,1 >2 cm H2Ovorliegt. TFdi,max wird hier als 208% berechnet. Der größte Wert, der nach mehreren (mindestens drei) Versuchen erzielt wird, wird jedoch als TFdi,max aufgezeichnet. Es gibt einen deutlichen Unterschied zwischen TFdi und Tdi während einer maximalen Inspiration (B) im Vergleich zu einer minimalen Inspirationsanstrengung (A). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Representative Results

Nach diesem Protokoll können die Dicke des Diaphragmas und der Verdickungsanteil als nicht-invasives und reproduzierbares Mittel zur Bewertung der Struktur und Funktion des Diaphragmas gemessen werden. Messungen können am Krankenbett durchgeführt und für die verblindete Offline-Analyse gespeichert werden. Diese Messungen können im Laufe der Zeit wiederholt durchgeführt werden, um Veränderungen der Zwerchfellstruktur und -funktion in Längsrichtung zu beurteilen. Bei gesunden Erwachsenen kann die Dicke des ruhenden endexspiratorischen Zwerchfells zwischen 1,5 mm und 5,0 mm liegen, abhängig von der Größe, dem Geschlecht und der Sondenposition21. Bei gesunden Erwachsenen, die in Ruhe atmen, liegt der Tidal-TFdi typischerweise zwischen 15 % und 30 %. Bei maximaler inspiratorischer Anstrengung liegt TFdi,max typischerweise zwischen 30 % und 130 ,21,22. Der maximale TFdi <20% ist diagnostisch für eine schwere Zwerchfelldysfunktion13,21. Tabelle 2 fasst gesunde und kritisch kranke Membrandicke und Verdickungsfraktion zusammen. Tabelle 2: Referenzwerte für Membrandicke und Verdickungsfraktion 11,13,19,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen. Bei kritisch kranken Patienten, die invasiv mechanisch beatmet werden, korreliert die zu Beginn der Ateminsuffizienz gemessene Zwerchfelldicke mit dem klinischen Ergebnis (ein höherer Tdi zu Studienbeginn sagt eine geringere Mortalität und eine schnellere Befreiung von der mechanischen Beatmung voraus). Bei diesen Patienten ist die spätere Entwicklung von Tdi im Laufe der Zeit von Patient zu Patient sehr unterschiedlich. Etwa 40 % bis 50 % der Patienten entwickeln innerhalb der ersten Woche der maschinellen Beatmung eine Atrophie (eine Abnahme der Tdi gegenüber dem Ausgangswert um mehr als 10 %)15. Eine kleine Untergruppe von Patienten zeigt einen raschen frühen Anstieg des Tdi über 10 % des Ausgangswerts, was möglicherweise auf eine Verletzung, Entzündung oder ein Ödem im Muskel hinweist (aber nicht auf eine Muskelhypertrophie, da die Hypertrophie Wochen dauert, bis sie auftritt). TFdi,max <30% prognostiziert ein höheres Risiko für eine fehlgeschlagene Entwöhnung von der mechanischen Beatmung23. In dem in Abbildung 2A gezeigten Beispiel betrug die Membrandicke im ersten Atemzug (gelb) 1,20 mm am Ende der Ausatmung und 1,51 mm am Ende der Inspiration. Der Verdickungsanteil kann dann mit der folgenden Formel berechnet und in Prozent ausgedrückt werden.

Discussion

Zwerchfellultraschall bietet eine nicht-invasive, zuverlässige und valide Technik zur Überwachung der Zwerchfellstruktur und -funktion bei gesunden Probanden und kritisch kranken Patienten. Die Diaphragma-Verdickungsfraktion bietet eine bettseitige Messung der kontraktilen Aktivität und Funktion des Zwerchfells, die viel praktikabler ist als magnetisch zuckende Transmembrandruckmessungen, die traditionelle Goldstandardmethode zur Bewertung der Diaphragmafunktion33. Die Überwachung der Zwerchfellfunktion und -dicke mittels Point-of-Care-Ultraschall bietet ein Mittel zur Erkennung von Zwerchfellatrophie. Daher empfehlen Experten, mindestens 15 separate transdiaphragmatische Ultraschalluntersuchungen durchzuführen und zu analysieren, um eine Kompetenz zu entwickeln17.

Um reproduzierbare und präzise Messungen zu gewährleisten, ist es zwingend erforderlich, die Sondenplatzierung19 zu markieren. Das B-Mode-Bild sollte optimiert werden, indem die Platzierung der Sonde sowie die Tiefe, Verstärkung und Fokussierung des Instruments angepasst werden. Die Sweep-Geschwindigkeit des verwendeten Ultraschalls sollte so eingestellt werden, dass möglichst mindestens zwei Atemzüge innerhalb eines aufgenommenen Bildes erreicht werden. Schließlich sollten die Messungen wiederholt werden, bis konsistente Werte (innerhalb von 10 %) erreicht werden.

Einige der Schwierigkeiten, die mit der Erzielung von Tdi und TFdi verbunden sind, sind die Platzierung und Ausrichtung der linearen Sonde. Tabelle 1 zeigt einige gängige Szenarien und die damit verbundenen Maßnahmen zur Fehlerbehebung, die Benutzer ergreifen sollten.

Einige Einschränkungen dieser Ultraschalltechnik sind zu beachten. Erstens variiert die Dicke des Zwerchfells von Patient zu Patient stark, und Änderungen der Dicke im Laufe der Zeit müssen auf den Ausgangswert bezogen werden (z. B. um eine Atrophie zu diagnostizieren). Zweitens ist trotz der Einfachheit der Technik eine Schulung erforderlich, um die Kompetenz zu gewährleisten. Eine webbasierte Online-Trainingsplattform wurde validiert, um Kompetenz in der Technikzu erlangen 18. Drittens liefert die beschriebene Ultraschalltechnik nur begrenzte Daten über Muskelstruktur (Masse) und Funktion (Kontraktilität). Neue Techniken, wie Schersonographie und Ultraschall-Elastographie, können zusätzliche Informationen über Muskelsteifigkeit und Fibrose liefern 34,35,36,37,38.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die transdiaphragmatische Sonographie wichtige Messungen der Zwerchfellstruktur und -funktion liefert, die bei gesunden und kritisch kranken Patienten leicht durchgeführt werden können. Diese Technik ist zuverlässig und valide, wenn man einen kompetenten Benutzer mit ausreichender Ausbildung berücksichtigt. In diesem Artikel wird beschrieben, wie der transdiaphragmatische Ultraschall durchgeführt wird, und die Benutzer werden darauf hingewiesen, sich vor der Datenerfassung einer ausreichenden Schulung zu unterziehen.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Materials

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Bellissimo, C. A., Morris, I. S., Wong, J., Goligher, E. C. Measuring Diaphragm Thickness and Function Using Point-of-Care Ultrasound. J. Vis. Exp. (201), e65431, doi:10.3791/65431 (2023).
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