מדידת עובי הסרעפת ותפקודה באמצעות אולטרסאונד נקודתי
Summary
ניתן להעריך את עובי הסרעפת ותפקודה אצל אנשים בריאים וחולים במצב קריטי באמצעות אולטרסאונד נקודתי. טכניקה זו מציעה שיטה מדויקת, ניתנת לשחזור, ישימה ונסבלת היטב להערכת מבנה ותפקוד הסרעפת.
Abstract
הסרעפת היא המרכיב העיקרי של משאבת שריר הנשימה. תפקוד לקוי של הסרעפת עלול לגרום לקוצר נשימה ולאי סבילות לפעילות גופנית, וגורם לאנשים הסובלים מכשל נשימתי. בחולים מונשמים מכנית, הסרעפת רגישה לניוון ותפקוד לקוי באמצעות חוסר שימוש ומנגנונים אחרים. זה תורם לכישלון בגמילה ולתוצאות קליניות גרועות לטווח ארוך. אולטרסאונד נקודתי מספק שיטה תקפה וניתנת לשחזור להערכת עובי הסרעפת ופעילות ההתכווצות (עיבוי מקטע במהלך השראה) שניתן להשתמש בה בקלות על ידי רופאים וחוקרים כאחד. מאמר זה מציג שיטות עבודה מומלצות למדידת עובי הסרעפת ולכימות עיבוי הסרעפת במהלך נשימת גאות ושפל או השראה מרבית. לאחר השליטה, טכניקה זו יכולה לשמש כדי לאבחן ופרוגנוסטיקט תפקוד לקוי של הסרעפת, ולהנחות ולנטר תגובה לטיפול לאורך זמן הן אצל אנשים בריאים והן בחולים חריפים או כרוניים.
Introduction
אולטרסאונד מתייחס לגלי קול מעבר לגבולות השמיעתיים העליונים של השמיעה האנושית. לאולטרסאונד יישומים רבים מעבר לשירותי הבריאות, המפורסם שבהם הוא ככל הנראה פיתוח SONAR (ניווט קול וטווח) לשימוש צבאי במלחמת העולם הראשונה1; אולטרסאונד משמש כיום באופן שגרתי באבחון וטיפול רפואי. סונוגרפיה רפואית או אולטרסאונד אבחוני משתמשים בגלי קול בתדר גבוה (>20 קילוהרץ) כדי לספק תמונות של מבני רקמות רכות בגוף. גלי קול אלה פועמים בתדרים של 1 עד 20 מיליון מחזורים לשנייה (מגה-הרץ, מגה-הרץ), אשר יכולים להיות מועברים לגוף כדי לבחון מבנים אנטומיים, כגון הכבד, הלב ושרירי השלד. אולטרסאונד נקודתי הופך יותר ויותר לאבן פינה בהערכה וניהול של מחלות קריטיות.
היישום הראשון של אולטרסאונד ברפואה היה בשנות ה-40 של המאה ה-20 על ידי ד”ר קרל דוסיק, שניסה לאתר גידולי מוח על ידי מדידת העברת קרני אולטרסאונד דרך הראש2. עם התקדמות הטכנולוגיה, פותחו טכניקות חדשות, כולל מצב משרעת (מצב A) ומצב בהירות (מצב B)3, ואחריו פיתוח סורקים דו-ממדיים בשנת 1960 4,5. תחום האולטרסאונד האבחנתי הפך לרב ערך בפרקטיקה הקלינית, שכן הוא נמנע מחשיפה לקרינה מייננת וניתן להשיג אותו ליד המיטה, תוך הימנעות מהצורך בתחבורה בבית החולים עם הסיכונים הקשורים. אולטרסאונד הוא בטוח, נסבל היטב, אמין, וחוזר על עצמו בחולים 6,7.
הסרעפת היא מבנה שרירי דק בצורת כיפה המשמש כמשאבת הנשימה העיקרית המניעה אוורור ספונטני בבני אדם. הסרעפת מפרידה בין חלל בית החזה לחלל הבטן ומורכבת משלושה מקטעים נפרדים: הגיד המרכזי, הסרעפת הקוסטלית והסרעפת (איור 1). הגיד המרכזי של הסרעפת הוא מבנה לא מתכווץ המאפשר לכלי דם מרכזיים לעבור דרך בית החזה לחלל הבטן. בסרעפת הקוסטלית סיבים הזורמים מכלוב הצלעות או תהליך הקסיפואיד ועד לגיד המרכזי. הסרעפת הגולמית מוחדרת לשלוש החוליות המותניות הראשונות. במהלך ההשראה, הסרעפת הקוסטלית מתכווצת, מורידה את כיפת הסרעפת תוך הרחבת כלוב הצלעות התחתון. הסרעפת הקוסטלית תומכת בסרעפת הקרנית בהנמכת הכיפה 8,9,10.
אולטרסאונד טרנס-חזי של הסרעפת זכה לתשומת לב הולכת וגוברת בשל יכולתו לפקח על עובי הסרעפת באזור האפפוזיציה (איור 1)11,12,13. הסרעפת הודגמה לראשונה באמצעות אולטרסאונד בשנת 1975 על ידי Haber et al.14. ניתן לכמת את התכווצות הסרעפת ואת קיצור השרירים במהלך ההשראה באמצעות אולטרסאונד במצב M כדי לפקח על עובי הסרעפת (Tdi) ומקטע העיבוי (TFdi). הערכה זו של התכווצות מספקת מדד של ביצועי שרירי הסרעפת תחת רמה נתונה של דחף השראה ומאמץ. אולטרסאונד נקודתי מספק מדדים בטוחים, חוזרים ואמינים של תפקוד וארכיטקטורה של הסרעפת. בחולים מונשמים מכנית, שינויים בעובי הסרעפת לאורך זמן יכולים לשמש להערכת ההשפעות השליליות של הנשמה מכנית, כולל ההשפעות של מיוטראומה עקב סיוע יתר (ניוון; ירידה בעובי הסופי לאורך זמן) או תת-סיוע (פציעה הנגרמת על ידי עומס וכתוצאה מכך דלקת, בצקת; ייתכן שהדבר מיוצג על ידי הגדלת עובי התפוגה הסופית לאורך זמן)15. שינויים אלה מתואמים עם תוצאות קליניות שליליות16. מדידת TFdi במהלך נשימת גאות מאפשרת הערכה של פעילות סרעפתית של גאות ושפל (כלומר, מאמץ השראתי). מדידת TFdi במהלך מאמץ השראתי מקסימלי (TFdi,max) מספקת הערכה של חוזק הסרעפת (שכן יכולת יצירת הכוח של הסרעפת קשורה ליכולתה להתכווץ ולהתקצר).
קיימת הסכמה מהותית על הפרוטוקול האופטימלי לרכישה וניתוח מדידות17. מיומנות בהדמיית אולטרסאונד בסרעפת כרוכה בעקומת למידה תלולה למדי; הכשרה יסודית בטכניקה ובמלכודות הפוטנציאליות שלה היא חיונית. מחקרים הראו כי מיומנות באולטרסאונד דיאפרגמה ניתן לרכוש בפרק זמן קצר באמצעות אימון מרחוק מבוסס אינטרנט18. לכן, פרוטוקול זה עבר אופטימיזציה כדי לספק מדידה עקבית של עובי הסרעפת ומקטע העיבוי שניתן ליישם הן על חולים בריאים והן על חולים עם חשד לפתולוגיה נשימתית19
Protocol
Representative Results
Discussion
אולטרסאונד דיאפרגמה מספק טכניקה לא פולשנית, אמינה ותקפה לניטור מבנה ותפקוד הסרעפת בנבדקים בריאים ובחולים קריטיים. מקטע עיבוי הסרעפת מספק מדד לצד המיטה של פעילות ותפקוד כיווץ הסרעפת שהוא הרבה יותר אפשרי מאשר מדידות לחץ טרנס-סרעפתי מגנטי, שיטת תקן הזהב המסורתית להערכת פונקציית הסרעפת33. ניטור תפקוד ועובי הסרעפת על ידי אולטרסאונד נקודתי מספק אמצעי לאיתור ניוון הסרעפת. לפיכך, מומחים ממליצים לבצע ולנתח מינימום של 15 אולטרסאונד טרנס-סרעפתי נפרד כדי לפתח יכולת17.
כדי להבטיח מדידות ניתנות לשחזור ומדויקות, חובה לסמן את מיקום הגשושית19. יש למטב את התמונה במצב B על ידי התאמת מיקום הבדיקה, כמו גם את העומק, הרווח והמיקוד של המכשיר. יש להתאים את מהירות הטאטוא של האולטרסאונד המשמש להשגת מינימום של שתי נשימות בתוך תמונה שצולמה במידת האפשר. לבסוף, יש לחזור על המדידות עד לקבלת ערכים עקביים (בטווח של 10%).
חלק מהקשיים הקשורים בהשגת Tdi ו- TFdi הם המיקום והכיוון של הגשושית הליניארית. טבלה 1 מדגישה כמה תרחישים נפוצים ואת אמצעי פתרון הבעיות המשויכים שעל המשתמשים לנקוט.
יש לציין כמה מגבלות של טכניקת אולטרסאונד זו. ראשית, עובי הסרעפת משתנה מאוד בין מטופלים, ויש להתייחס לשינויים בעובי לאורך זמן לערך הבסיס (למשל, כדי לאבחן ניוון). שנית, למרות פשטות הטכניקה, נדרשת הכשרה כדי להבטיח מיומנות. פלטפורמת הדרכה מקוונת מבוססת אינטרנט אומתה כדי להשיג מיומנות בטכניקה18. שלישית, טכניקת האולטרסאונד המתוארת מספקת נתונים מוגבלים על מבנה השריר (מסה) ותפקוד (התכווצות). טכניקות חדשות, כגון אולטרה-סאונד גזירה ואלסטוגרפיה אולטרסאונד, יכולות לספק מידע נוסף לגבי נוקשות שרירים ופיברוזיס 34,35,36,37,38.
לסיכום, אולטרה-סאונד טרנס-סרעפתי מספק מדדים מרכזיים של מבנה ותפקוד הסרעפת שניתן לבצע בקלות בחולים בריאים וקריטיים. טכניקה זו היא אמינה ותקפה, בהתחשב משתמש מוכשר עם הכשרה מספקת. מאמר זה מתאר כיצד לבצע אולטרסאונד טרנס-סרעפתי ומזהיר את המשתמשים לעבור הכשרה מספקת לפני רכישת נתונים.
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 |
References
- Hagen-Ansert, S. L. . Textbook of Diagnostic Sonography-E-Book. , (2017).
- Dussik, K. T. On the possibility of using ultrasound waves as a diagnostic aid. Neurol Psychiat. 174, 153-168 (1942).
- Shampo, M. A., Kyle, R. A. John Julian Wild-pioneer in ultrasonography. Mayo Clinin Proceedings. 72 (3), 234 (1997).
- Kurjak, A. Ultrasound scanning – Prof. Ian Donald (1910-1987). European Journal of Obstetrics, Gynecology, and Reproductive Biology. 90 (1910-1987), 187-189 (2000).
- Donald, I., Macvicar, J., Brown, T. G. Investigation of abdominal masses by pulsed ultrasound. Lancet. 1 (7032), 1188-1195 (1958).
- Fowlkes, J. B. American Institute of Ultrasound in Medicine consensus report on potential bioeffects of diagnostic ultrasound: executive summary. Journal of Ultrasound in Medicine. 27 (4), 503-515 (2008).
- Jenssen, C., et al. European federation of societies for ultrasound in medicine and biology (EFSUMB) policy document development strategy – clinical practice guidelines, position statements and technological reviews. Ultrasound International Open. 5 (1), E2-E10 (2019).
- Pickering, M., Jones, J. F. X. The diaphragm: two physiological muscles in one. Journal of Anatomy. 201 (4), 305-312 (2002).
- De Troyer, A., Sampson, M., Sigrist, S., Macklem, P. T. The diaphragm: two muscles. Science. 213 (4504), 237-238 (1981).
- Mittal, R. K. The crural diaphragm, an external lower esophageal sphincter: a definitive study. Gastroenterology. 105 (5), 1565-1567 (1993).
- Boussuges, A., Rives, S., Finance, J., Brégeon, F. Assessment of diaphragmatic function by ultrasonography: Current approach and perspectives. World Journal of Clinical Cases. 8 (12), 2408-2424 (2020).
- Ueki, J., De Bruin, P. F., Pride, N. B. In vivo assessment of diaphragm contraction by ultrasound in normal subjects. Thorax. 50 (11), 1157-1161 (1995).
- Gottesman, E., McCool, F. D. Ultrasound evaluation of the paralyzed diaphragm. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 155 (5), 1570-1574 (1997).
- Haber, K., Asher, M., Freimanis, A. K. Echographic evaluation of diaphragmatic motion in intra-abdominal diseases. Radiology. 114 (1), 141-144 (1975).
- Goligher, E. C., et al. Evolution of diaphragm thickness during mechanical ventilation. impact of inspiratory effort. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 192 (9), 1080-1088 (2015).
- Goligher, E. C., et al. Mechanical ventilation-induced diaphragm atrophy strongly impacts clinical outcomes. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 197 (2), 204-213 (2018).
- Haaksma, M. E., et al. EXpert consensus On Diaphragm UltraSonography in the critically ill (EXODUS): a Delphi consensus statement on the measurement of diaphragm ultrasound-derived parameters in a critical care setting. Critical Care. 26 (1), 99 (2022).
- Dugar, S., et al. Validation of a web-based platform for online training in point-of-care diaphragm ultrasound. ATS Scholar. 3 (1), 13-19 (2022).
- Goligher, E. C., et al. Measuring diaphragm thickness with ultrasound in mechanically ventilated patients: feasibility, reproducibility and validity. Intensive Care Medicine. 41 (4), 642-649 (2015).
- Truwit, J. D., Marini, J. J. Validation of a technique to assess maximal inspiratory pressure in poorly cooperative patients. Chest. 102 (4), 1216-1219 (1992).
- Boon, A. J., et al. Two-dimensional ultrasound imaging of the diaphragm: quantitative values in normal subjects. Muscle & Nerve. 47 (6), 884-889 (2013).
- Harper, C. J., et al. Variability in diaphragm motion during normal breathing, assessed with B-mode ultrasound. The Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 43 (12), 927-931 (2013).
- DiNino, E., Gartman, E. J., Sethi, J. M., McCool, F. D. Diaphragm ultrasound as a predictor of successful extubation from mechanical ventilation. Thorax. 69 (5), 423-427 (2014).
- Carrillo-Esper, R., et al. Standardization of sonographic diaphragm thickness evaluations in healthy volunteers. Respiratory Care. 61 (7), 920-924 (2016).
- Schepens, T., et al. The course of diaphragm atrophy in ventilated patients assessed with ultrasound: a longitudinal cohort study. Critical Care. 19, 422 (2015).
- Haaksma, M. E., et al. Anatomical variation in diaphragm thickness assessed with ultrasound in healthy volunteers. Ultrasound in Medicine and Biology. 48 (9), 1833-1839 (2022).
- Farghaly, S., Hasan, A. A. Diaphragm ultrasound as a new method to predict extubation outcome in mechanically ventilated patients. Australian Critical Care. 30 (1), 37-43 (2017).
- Vivier, E., et al. Diaphragm ultrasonography to estimate the work of breathing during non-invasive ventilation. Intensive Care Medicine. 38 (5), 796-803 (2012).
- Pirompanich, P., Romsaiyut, S. Use of diaphragm thickening fraction combined with rapid shallow breathing index for predicting success of weaning from mechanical ventilator in medical patients. Journal of Intensive Care. 6, 6 (2018).
- Scarlata, S., Mancini, D., Laudisio, A., Raffaele, A. I. Reproducibility of diaphragmatic thickness measured by M-mode ultrasonography in healthy volunteers. Respiratory Physiology & Neurobiology. 260, 58-62 (2019).
- van Doorn, J. L. M., et al. Association of diaphragm thickness and echogenicity with age, sex, and body mass index in healthy subjects. Muscle & Nerve. 66 (2), 197-202 (2022).
- Ferrari, G., et al. Diaphragm ultrasound as a new index of discontinuation from mechanical ventilation. Critical Ultrasound Journal. 6 (1), 8 (2014).
- Cattapan, S. E., Laghi, F., Tobin, M. J. Can diaphragmatic contractility be assessed by airway twitch pressure in mechanically ventilated patients. Thorax. 58 (1), 58-62 (2003).
- Drakonaki, E. E., Allen, G. M., Wilson, D. J. Ultrasound elastography for musculoskeletal applications. The British Journal of Radiology. 85 (1019), 1435-1445 (2012).
- Şendur, H. N., Cerit, M. N., Şendur, A. B., Özhan Oktar, S., Yücel, C. Evaluation of diaphragm thickness and stiffness using ultrasound and shear-wave elastography. Ultrasound Quarterly. 38 (1), 89-93 (2022).
- Tuinman, P. R., et al. Respiratory muscle ultrasonography: methodology, basic and advanced principles and clinical applications in ICU and ED patients-a narrative review. Intensive Care Medicine. 46 (4), 594-605 (2020).
- Bachasson, D., et al. Diaphragm shear modulus reflects transdiaphragmatic pressure during isovolumetric inspiratory efforts and ventilation against inspiratory loading. Journal of Applied Physiology. 126 (3), 699-707 (2019).
- Fossé, Q., et al. Ultrasound shear wave elastography for assessing diaphragm function in mechanically ventilated patients: a breath-by-breath analysis. Critical Care. 24 (1), 669 (2020).
