影像学技术对膈肌的研究进展

1、影像学技术对膈肌的研究进展摘要：呼吸肌是人体呼吸运动的动力泵,它驱动着肺的气体交换,是人体唯一终生所依赖的骨骼肌1。人的呼吸肌主要由膈饥肋间肌和腹肌三部分组成,可分为吸气肌(包括膈饥肋间外肌)和呼气肌(包括腹饥肋间内肌等)。关键词：影像学技术；膈肌；呼吸肌呼吸肌是人体呼吸运动的动力泵，它驱动着肺的气体交换，是人体唯一终生所依赖的骨骼肌1。人的呼吸肌主要由膈饥肋间肌和腹肌三部分组成，可分为吸气肌包括膈饥肋间外肌和呼气肌包括腹饥肋间内肌等。膈肌作为最主要的呼吸肌，虽只占人体重量0.5%，但负担人体60%75%的通气需要，尤其在吸气过程中膈肌的作用占呼吸肌的60%80%2。近年来发如今危重病和慢性阻

2、塞性肺疾病pd等慢性病中，膈肌疲劳和无力非常常见。膈肌疲劳和无力是呼吸衰竭发生的重要病理生理机制之一。party等已证明急性呼吸衰竭或pd伴发高碳酸血症时存在着呼吸肌疲劳3。jubrana和laghif都证实：多数pd患者开展成为急性呼吸衰竭是由于过度的机械负荷、呼吸肌肌力减弱或两者共同引起4-5。因此，找到一种能客观准确测定膈肌功能的方法对于呼吸衰竭的发病机制的研究和临床防治有重要的意义。目前，评价膈肌功能的方法主要有：跨膈压pdi与最大跨膈压pdiax；膈肌张力时间指数ttdi；膈肌限制时间tli；膈肌电图egdi测定；膈神经电、磁刺激法epns等；但这些方法因为有创性、干扰因素多、可重复

3、性差等原因使其应用受到一定限制。而随着现代医学影像技术的开展，影像学检查手段由于其直观、便利、和客观和无创性，越来越多的应用于膈肌的形态学与功能学的研究与评价。文章对影像学技术研究膈肌的形态与功能做一综述。1膈肌的形态与功能膈肌为一圆顶形宽阔的薄肌，呈中央部较平坦、两侧向上隆凸的穹窿形，膈穹窿左低右高。膈肌中央部称中心腱，为腱膜，呈三叶状，周围部为肌纤维。膈肌就像一个机械的屏障位于胸腔与腹腔之间，并保持这两个腔的压力梯度6。膈肌收缩时，其顶部变平而下降使胸腔扩大，产生吸气动作，舒张时顶部升高协助呼气。如此有节律地收缩与舒张，昼夜不止，维持人体的外呼吸功能7。同时还参于诸如咳嗽、排痰、呕吐、排便

4、和分娩等与胸腹腔压力升高有关的非呼吸功能。2影像学研究膈肌的方法与进展影像学检查技术主要包括：x线平片和透视、t、磁共振ri等，它们是通过形态、构造、密度差异、信号改变等来直观反映膈肌的形态、位置及运动。影像学检查它不仅可以用于无法耐受肺功能及一些电生理检查，而且由于其无创、便利、客观，可以明确判断疾病的解剖部位，所以越来越广泛的应用于对膈肌的研究。2.1常规x线：包括透视和胸片。x线平片和透视是利用x线的穿透性和人体不同构造对x线吸收的差异来成像8。通常我们用胸片的正侧位来观察膈肌正常或异常情况下的起始点，并通过肺下界来间接判断膈肌的位置和轮廓；但假如在胸片下观察到膈肌异常，我们那么需要更进

5、一步的影像学检查t或ri来明确膈肌的形态和构造。在x线透视下我们可以动态的观察到一个呼吸周期中膈肌的上下运动9。1974年sharp等研究了21例pd患者与23例正常人的情况10。在站立位功能残气量fr时，患者膈肌的长度比正常人的短32%。1985年，rhester等研究了32例pd患者和22例正常人的在站立位rv残气量时相的膈肌的长度指数dlidiaphraglengthindex=膈肌的长度/身高，并研究dli与最大吸气压力piax及最大呼气压力peax的关系11。并发现：rv残气量时相pd患者的膈肌较正常人短28%。2001年bellearef等人利用人体解剖学标记来测量胸片上正常人和肺

6、气肿患者膈肌的长度指数dli，验证了这种方法估计膈肌长度的有效性；并认为此种方法可以用来评价膈肌的功能；发现肺气肿患者膈肌的长度指数dli比正常人小；而肺气肿患者经肺减容手术后膈肌的长度指数增加12。2.2t：t成像原理与x线相似，只是通过探测器承受穿过人体的x线并经过计算机处理。t所获得的是横断面解剖图像，它真切反响病灶的存在，并对病灶的大孝形态、密度值，甚至体积进展测量。还可以充分显示病灶周边的形态学特征，如病灶边缘光滑程度、有否毛刺等；并且理解病灶与其他脏器的毗邻构造关系；这些对病灶的定位、定性都有很大的帮助13。t诊断的敏感性与特异性均高于常规胸片。t检查扫描时间短，不受呼吸伪影的影响

7、，影像的空间分辨率高，对肺本质解剖显示清楚，价格相对低廉都是ri所不及的。所以t成为研究膈肌功能主要影像学方法。近二十年来，通过螺旋t及多层螺旋t的多种后处理软件的应用，可获得冠状位等多平面重建图像。使得t对膈肌的研究越来越广泛和深化，研究内容主要包括膈肌及其周边的构造、长度、曲度和外表积的测定；及肺容积的测定等。但t检查有一定的辐射性，在研究膈肌运动方面有一定的局限。说明：成年人膈肌的厚度与年龄无显著关系；影像学上，膈肌的缺损易发生在左侧，并与年龄有显著关系，随年龄的增加膈肌缺损的比率明显增大，严重程度加重；肺气肿患者在t成像中可见膈肌缺损，并证实肺气肿是造成影像学形态观察中膈肌缺损的主要原

8、因之一15。正是1994年gauthierap运用ri技术研究的那4个人三维重建了膈肌的形态。pettiauxn和gauthierap两种方法、及实验原理根本一样。分别在rv残气量，fr功能残气量，fr+功能残气量+?深吸气量，tl肺总量四个时相进展图像采集。在每个图像中，膈穹窿、膈肌与胸壁对合区域的图形被siris软件数字化，然后这些被数字化的膈肌轮廓被送入atlab工作站重建。得出的结论：膈肌长度、外表积、膈穹窿、膈肌与胸壁对合区域的面积都与ri得到的数据相近，证实了螺旋t技术三维重建了膈肌的形态的可靠性；ri检查对于正常肺功能的受试者是非常适宜的，但对于pd患者，特别是严重的pd患者由于

9、在扫描中需要反复屏气并延长屏气的时间，所以t检查更为适宜。功能残气量，fr+功能残气量+?深吸气量，tl肺总量三个时相进展图像采集。结果发现：pd患者在fr时膈肌外表积adi、膈肌与胸壁对合区域外表积aap，较正常人显著减少；而膈穹窿的外表积ad无明显改变；当在一个相似的绝对肺容积的时候相比拟，pd患者和正常人的膈肌的大小相近；在正常人组和pd患者组中膈肌的大小都显示了较大的个体差异性；这种差异部分可以解释为由于体重的差异引起。功能残气量，rv残气量，tl肺总量三个时相时进展研究，结果说明，在fr功能残气量时，虽然肺减容手术明显增加膈肌外表积adi，增加了17%4%、膈肌与胸壁对合区域外表积a

10、ap，增加了43%8%，但没有显著改变膈肌的构型。2.3ri：磁共振是利用氢质子在磁场内受射频脉冲激发而共振所产生的信号成像的技术，ri与射频脉冲撤除后氢质子回复至原来状态的弛豫时间有关，其中有纵向弛豫时间t1和横向弛豫时间t2，不同组织t1和t2差异是ri的基矗ri成像优点：具有无创伤、无射线、软组织比照分辨率高和能直接做冠状位、矢状位、横断位和各种斜位成像。这也是是ri相对于t扫描的一大优势。特别是对呼吸运动的动态研究中可以任意切面扫描，可同时对胸廓、膈肌进展研究，使得认识更加全面、准确、客观。ri缺乏：由于其可及性差、费时及费用大的缺点使得我们一般将它作为研究膈肌的二线检查方法。但是近些

11、年来，利用ri不同的扫描序列进展的快速成像成为国际上研究的热点，技术日新月异，研究的内容包括：不同呼吸状态下膈肌的运动，三维重建膈饥胸廓、肺容积，以及对整个肺的运动等。部分大于中间部分。1999年suga用1.5r，turb-flash和haste序列，利用通过电影回放技术、图像交融和时间间隔 曲线来动态评价28个肺气肿患者包括9个经过肺减容手术患者膈饥胸壁在呼吸运动中的位移d/。得出：和正常对照者规那么、同步的d/相比，肺气肿患者d/那么减小，而且显示出不规那么、不同步运动；特别是最大膈饥胸壁位移d/ad，a显著减小；肺气肿患者膈肌与胸壁对合区域的长度lad显著减小；肺气肿患者经过肺减容手术

12、后d/的构型、活动度得到改善；ad、a、lad显著增加；ad、a与efv1%显著相关。与t扫描相比，患者即使没有明显的肺气肿体征，磁共振仍然可以发现异常的胸壁运动。2000年unal等利用0.3tri采用梯度回波序列，荧光透视的方法研究pd患者膈肌的运动功能。检查以后，用电影回放的方法显示中央冠状位层面膈肌的最高、最低位置，并测量膈肌的运动幅度。得出：pd患者膈肌的位移明显减小，而且膈肌的位移与第一秒呼气容积亲密相关。2002年iasa等利用1.5tri评价膈肌的反常运动。得出：肺气肿患者在深呼吸时，其膈肌运动幅度的平均值是100.04明显高于正常人0.50.002。功能残气量时测量了膈肌的三

13、维构造，并计算了膈肌的总面积，膈肌与胸壁对合区左右的外表积，膈肌的曲率半径。得出的结论是：膈肌与胸壁对合区的面积大约占膈肌总面积的451.5%，这占了膈肌肌性部分相当大的比例。在仰卧位fr功能残气量时至少松弛的人膈肌的后半部分可以通过拉普拉斯定律来解释。1994年gauthierap等三维重建了4个正常男性的在ri下的膈肌形态。他们将一个可以弯曲的里面充满特殊液体的管子围在肋骨边缘，用以确认膈肌束的起点。受试者在仰卧位分别在rv残气量，fr功能残气量，fr+功能残气量+?深吸气量，tl肺总量四个时相进展图像采集。在进展图像处理时，选一个接近于剑突的点作为卡迪尔坐标系的原点，知道了每个图像与这个

14、点的关系及最边界层面的间隔 、共扫描的层数就可以三维重建膈肌图形了。最后得到了膈肌在冠状面、矢状面的长度，膈肌的外表积。得到的结论是：膈肌的运动主要在前前方向上，而不是左右方向；膈肌的形态既依赖于膈肌的收缩，也依赖于肺气肿的下位肋骨支架的变宽，且主要依赖于前者；膈肌在不同肺容积下产生压力的才能可能由以下几方面因素决定：体内的三维形态、曲率、张力；膈肌与胸壁对合区、膈穹窿；长度力量特性。那么奉献了其中60%的吸气才能；随着肺容积的增加，膈肌长度在矢状位上减少37%，冠状位上减少28%；在tl时膈肌与胸壁的对合区域消失；膈肌总的外表积、膈肌与胸壁对合区域面积在rv时相最大，在tl最小，分别减小了4

15、8%和100%；而膈穹窿的面积却增加了37%。epi对膈肌的3d动态研究：2022年raighers等利用动态回波平面ri序列epi将受试者的ri图像采集与持续记录的呼吸信号同步，得到了受试者平静呼吸和最大幅度呼吸两个呼吸周期的动态实时的膈肌三维重建；并且定量的测量了动态变化中的膈肌的位移间隔 、外表积、容积。证实了在自由呼吸状态而非屏气状态，epi有足够的空间和时间分辨率来动态研究膈肌的功能。2021年tkudaj等报道了将装备了128通道接收线圈的3-t全身扫描仪与ri三维重建技术结合来动态评价包括胸廓的提升、膈肌的位移的整个肺的运动。他们证实了这种方法的有效性，并认为相对于以前的ri技术

16、它的优势在于：受试者不需要屏气而处于完全自由的呼吸状态；自动的进展图像处理；相对于动态回波平面ri序列epi，得到的图像更真实，显示的肺的细节更多，图像质量更高。综上所述，影像学由于其无创、直观、客观、利于随访比照，对于研究膈肌的形态与功能具有宏大的临床前景，而且有利于药物和手术治疗效果的评价。影像学对膈肌的研究尚处于不成熟阶段，还有很大的空间有待我们去探究。而且，以上文献都是国外的报道，国内对于膈肌的影像学研究少之甚少，因此影像学在膈肌的形态构造与之生理学、病理生理学研究尚有非常广阔的前景和重大的意义。参考文献：1budeisers,jrresra,pfeifer.treatentfresp

17、jhrnbstrutpulndis,2021,3(4):605.2ilsnta,legranda.respiratryeffetsftheexternalandinternalinte-rstaluslesinhuansj.jphysil,2001,15(2):319.3pardyrl,russs.enduranefhyperventilatininhrniairflliitatinj.hest,1983,8(3):744.4jubrana,tbinj.pathphysilgibasisfauterespiratrydistressinpatient

18、shfailatrialfeaningfrehanialventilatinj.ajrespirritareed,1997,16(5):996.5laghif,attapanse,jubrana,etal.iseaningfailureausedbyl-frequenyfatiguefthediaphragj.ajrespirritareed,2022,22(1):167.6levines,kaiserl,lefervihj,etal.ellularadaptatinsinthediaphraginhrnibstrutivepulnarydiseasej.nengljed,1997,337(25):1799.7高和.国内呼吸肌研究进展j.空军总医院学报,1995,11(1):26.8朱铭.儿童胸部影像学诊断j.中国实用儿科杂志,2022,22(1):29.9heidi,rbertsd.iagingthediaphragj.hestsurglinna,2021,8(2):237.10shagjt,dannj,druzs,etal.respira