超声心输出量监测技术（USCOM）的应用及发展前景

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　　DOI：10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2014.06.029
　　作者单位：100730 北京，中国医学科学院，北京协和医学院，北京协和医院急诊科（须晋），麻醉科（赵娜）；清华大学，北京清华长庚医院（王仲）
　　通信作者：王仲，Email： wangzhong523@vip.163.com
　　血流动力学监测技术应用于临床已有多年历史，其中具有里程碑意义的是热稀释法测量心输出量的肺动脉漂浮导管（flow directed pulmonary artery catheter， PAC），即Swan-Ganz导管。随后，利用相同原理但操作相对更为简便的脉搏指示持续心排量监测技术（pulse index continuous cardiac output， PiCCO）在临床上得到了更为广泛的运用。然而，随着应用的逐渐推广，这些侵入性（有创性）操作技术的弊端也开始暴露，如操作复杂、设备要求高、费用昂贵、各种穿刺并发症及导管相关性感染等，故近年来越来越多的专业人士开始关注非侵入性血流动力学监测方法，代表之一就是“超声心输出量监测（ultrasonic cardiac output monitor，USCOM）”。然而，尽管无创监测法可以减轻患者痛苦及并发症发生的危险，但其测量结果的准确性和可靠性目前仍受质疑，因此针对USCOM与其他测量方法（如热稀释法、超声心动图法及Fick法）结果准确性的比较正在引起关注。本文综述了USCOM目前的应用状况及前景，与其他临床常用监测手段结果准确性的比较；同时本文也讨论了USCOM结果的稳定性。
　　1 USCOM测量结果的准确性
　　1.1 测量原理
　　USCOM的操作原理是操作者通过超声探头探测出主动脉瓣处或肺动脉瓣处的血流速度，设备程序自动计算出速度时间积分（Vti），同时通过患者的身高体质量自动估算其主动脉瓣或肺动脉瓣的直径并得出相应的截面面积，然后用两者的乘积得出每搏输出量（stroke volume，SV）。心输出量（cardiac output，CO）则是每搏输出量和心率（heart rate，HR）的乘积。
　　SV=Vti×瓣膜截面面积；CO=SV×HR
　　1.2 与PAC的比较
　　肺动脉漂浮导管（PAC）在测量血流动力学指标方面一直被许多临床医生视为“金标准”。为验证USCOM测定的CO值的准确性，很多研究者将USCOM结果和PAC结果进行比较。Knobloch等[1]在36名接受冠状动脉成形术的患者中同时采用USCOM和PAC测定CO值，并将两组数值进行了相关性分析，结果证明在危重患者身上使用无创的USCOM测定心排量是可行的，且其与PAC测定结果有很好的相关性，同时避免了PAC操作中右心导管置入所产生的并发症，认为这种经皮测定CO值的方法可重复性高，便携性强，适用于重症监护室、急诊以及手术间里的那些围手术期患者进行血流动力学监测。此外， Chand等[2]对接受冠状动脉旁路手术后的50名患者进行了心输出量监测，通过前瞻性非随机对照研究的方法来对比USCOM和热稀释技术两种方法，将其所测得的CO、SV、心脏指数（cardiac index，CI）进行比较，得出的结论也支持两种方法的相关性良好。但这两项临床试验均为小样本非随机前瞻性研究，故测量结果可能存在偏倚。随着研究的深入和推广，对于USCOM是否能媲美PAC的测量结果，众说纷纭。在近5年的研究中，有的研究[3-4]支持上述结果；但有的研究不仅提示USCOM与PAC的相关性较差，且不容易获得可靠的USCOM数据[5-8]。
　　1.3 与传统超声的比较
　　CO本身是一个容量指标，热稀释法虽然通过繁琐的数学模型和推衍公式得到了这个神秘的CO值，但不及直接测量得出左室舒张末容积（left ventricular end-diastolic volume，LVEDV）显得客观。因此也有研究者将USCOM与传统超声进行比较。Phillips等[9]从37名早产儿身上获得了66组数据，这些数据都是通过二维连续多普勒超声和USCOM同时获得；两者所得结果差异无统计学意义（R=0.9134，P<0.05）；且USCOM所得测量数值可信区间更窄，文中认为USCOM对血流动力学变化的监测可能敏感性更高；该研究的数据测量分析采用了盲法；根据研究结果，作者认为USCOM是一种能准确测量新生儿心输出量的方法，在血流动力学变化监测方面可能比传统的超声更加敏感，并且更加简单，是一项可行的新生儿血流动力学管理方法。但Neil等[10]也做了类似的前瞻性研究，该项研究是由一名有6年新生儿超声心动图检查经验的操作者独立完成，得出的结论与前述结果相反：USCOM与传统超声的一致性比较差，尤其是右室心输出量和左室心输出量之间；同时发现通过传统超声测得的肺动脉瓣和主动脉瓣的平均直径明显较USCOM为高，而速度时间积分却明显较USCOM为低。因此，有研究者推断这样的差异可能与超声技术本身固有的误差有关[11]。
　　1.4 与经食道超声的比较
　　目前研究认为经食道超声所测定的血流动力学指标与热稀释法所测定的指标相关性良好，但前者对于探头放置的位置有特殊要求，对于那些已插管上机的患者来讲困难重重，可实施性差。而USCOM技术是经皮肤连续超声探测，可操作性更强，侵入性更少。故一些研究者进行了USCOM和经食道超声的比较。Martini等[12]在一项前瞻性试验中，观察已插管上机的成年患者，分别通过USCOM和经食道超声测定CO、CI及SV，结果提示在心脏血流动力学测量方面同经食道超声相比，USCOM有着高度的精确性。然而，另有研究表明通过简单的身高推算出来的主动脉瓣或肺动脉瓣直径，与直接通过经食道超声测量出来的直径关联性很差，而这很可能就是导致最终的USCOM测量结果与热稀释法的测量结果之间相关性较差的原因之一[8，10]。 　　1.5 与FICK法的比较
　　除热稀释法、超声心动图及经食道超声之外，FICK法也是一种常用的CO测量方法，尤其是针对一些无法采用热稀释法测定CO的心脏解剖结构异常患者。Heerman等[13]在一项小样本研究中比较了这两种方法；7名患儿接受了心导管的置入术，并通过Fick法计算出这些患儿的CO值，紧接着在每次Fick法测定后使用USCOM测出患儿的CO平均值，最后将这两组数据进行一致性分析。结果提示USCOM是一种测定患儿CO较为准确的无创方法，但还需要大样本量的临床研究加以印证。
　　1.6 与其他方法的比较
　　最近还有文献报道将USCOM与心血管核磁共振技术进行结果准确性和可重复性的对比[14]，该研究将心血管核磁共振技术作为无创测量的金标准；虽然最后的结果显示USCOM与心血管核磁共振技术有容许范围内的相关性，但在整个研究中发现USCOM有着低估心输出量的趋势，并提示USCOM测量中对左室流出道的估值很可能是导致这种误差出现的原因。然而，USCOM支持者为进一步证实其测量结果的准确性，进行了一项有趣的动物研究[15]：研究者在5只羊的升主动脉安装了流量探测器，等这些羊恢复2周之后，置入肺动脉导管（PAC）以获得持续心输出量（continuous cardiac output， CCO）的数据，并同时从其身上获取USCOM的信号，通过测量公式计算出流量并经流量探测器（flow probe， FP）校准基线，这样就得到了FP、USCOM和CCO三组数据；然后给羊泵入不同剂量的多巴胺，观察此三组数据的变化趋势及相关性；结果提示FP和USCOM的数据具有良好的相关性（r=0.745），而FP与PAC相关性则较差（r=0.323）；最后他们认为无创的USCOM在血流动力学监测中较CCO为优。而在另一项研究[16]中在5只公狗身上采用了同样的办法，将通过USCOM和流量探测器所得的数据进行了一致性分析，也取得了阳性的结果。
　　上述动物试验的研究者随后又进行了一项较大样本量的临床研究[17]，这个研究的特点在于其汇集了各种监测CO的技术，并将这些技术所测定的CO值进行综合分析比较。在这个研究中，24位不同年龄段的因心衰接受临床心脏移植的患者测量了560组配对比较的CO（图1A），并加以分析。这些CO值是通过临床标准监护方法所测得的，包括FICK、ECHO、PAC以及机械辅助装置（CaridoWest和BiVad）和USCOM。结果显示：USCOM适用于所有受试者（平均年龄46.5岁，跨度3个月至82岁），其测量结果与其他方法的测量结果之间有着非常好的相关性，且差异无统计学意义（r=0.996，P<0.05）（图1B、C）。因此围心脏手术期，简单且无创的USCOM是一种不错的选择，连续测量CO有助于改进临床诊治方案。
　　2 USCOM测量结果的可靠性和变异率
　　为了解USCOM测量结果的变异率（包括使用者内变异率和使用者间变异率），首先需要了解操作者是否可以通过一定的培训掌握这项技术，然后通过某些手段来评估操作结果的可靠性。Fremantle声像评分标准（Fremantle acoustic scoring criteria），或又称6图评分法（6 image-scoring criteria）（表1） 是一种评估操作者操作结果可靠性的通用标准，根据这个评分标准可对所测得的声像图形进行打分。以此为标准，一些研究[18-19]证实接受培训的临床医生可以非常迅速地掌握USCOM监测技术，并且能通过USCOM得出可靠的血流动力学监测数据；此外，注册护士也可以通过培训迅速掌握这项临床操作技能，并获得较为满意的数据[20]。
　　图1A：46%的配对是PAC与USCOM的比较，4%的配对是LVAD与USCOM的比较，13%的配对是FICK法与USCOM的比较，8%的配对是心脏传统超声与USCOM的比较，29%的配对是Cwest与USCOM的比较。图1B：纵坐标是USCOM测得的CO数值，横坐标是其他监测方法所测得的CO数值，线性关系良好。图1C：纵坐标是USCOM所测得的CO数值的平均值，横坐标是其他方法测得的CO数值的平均值，同样表现出良好的线性关系17。（图片及注释引自Phillips RA， Lichtenthail PJ， Sloniger JA， et al. Non-invasive cardiac output measurement in children and adults in the cardiac surgical environment. European Society of Intensive Care Medicine Conference Barcelona， Spain， September 24-26， 2006。）
　　图1 USCOM与常用血流动力学监测方法的比较
　　另一方面，为了观察USCOM在监测危重患儿心功能方面的临床有效性和稳定性，Heerman等[21]采用了评估“使用者内变异率”的方法加以印证，并评估每次测量的时间。他们在7名接受心脏矫正术后的患儿身上进行了连续24 h的CO评估：首先将24 h分为10个时间点，在每个时间点使用USCOM依次记录两个连续的测量段，这样在每个时间点就得到了两个等效的心输出量值，并将这两个连续的测量段的心输出量值作为一组进行对比。结果显示，获得初始测量数据的平均时间为（6±3.17）min，而获得每个测量段的平均时间为（1.75±0.23）min。通过Bland-Altman方法评估每组的“使用者内变异率”，每对测量段之间的差异为Y轴，每对测量段的平均值为X轴，68组数据中有65组数据点落入了95%的可信区间内（图2）。此Bland-Altman图表明了其变异率低，尤其在低心排的时候。由于USCOM的低变异率和平均测量时间少于2 min，使其在评估危重患儿心输出量方面成为一种实用的方法。然而，也有研究发现初学者虽然可以很快地学会如何测量心输出量，“使用者内变异率”也在合理的范围之内，但是“使用者间变异率”却较大（即不同的人所测量的结果差异较大），需要进一步观察[10]；同时，该研究还发现USCOM在测量右室输出量时非常不准确，考虑可能与受到肺动脉分支血流的影响相关。 　　由于USCOM对于瓣口面积的计算始于一个经验公式，而人与人之间的差异又是无可避免的，因此不少专业人士对于USCOM的可靠性和稳定性有着非常大的怀疑[22]，而且也确实在一些研究中发现同一组受试者通过传统超声测量出的瓣口面积与通过经验公式得出的瓣口面积相当不符合[10]。
　　（图片及注释引自Heerman， William J. Churchwell， Kevin B， Taylor， Mary B. Clinical utility of CW doppler ultrasound for measuring cardiac output （USCOM）. Pediatric Cardiac Intensive Care Society Symposium， Miami FA， December 10， 2005）
　　图2 横坐标是每组中两个测量段的CO平均值，纵坐标是每组中两个测量段的CO差值，每组的这两个数值确定上面的一个散点，这样68组数据中有65组数据得到的散点落在了95%的可信区间内21。
　　3 USCOM的应用
　　有创操作带来的疼痛及患儿的不配合，限制了有创血流动力学监测方法在儿童中的应用；而且缺乏专门针对儿童的有创血流动力学监测结果的参考值范围，目前大多数血流动力学指标都是援引正常成人的参考值外推过来。Smith和Madigan[23]通过USCOM在100名儿童身上进行血流动力学检查，并将其与正常成人的参考值进行比较，得出了让人诧异的结果，基本上所有正常儿童的CO、SV较之成人为高，大约为1.5～2倍；同时，脉压指示下的SV和CO并不能反应出儿童的实际SV和CO，且与这些血流动力学指标无统计学相关性。因此本研究提示如果休克患儿按照成人监测指标进行早期目标治疗是非常危险的，因为患儿可能得不到充分的治疗。
　　由于没有相关的研究分析过危重患儿进行持续静脉-静脉血液滤过（continuous veno-venous hemofiltration， CVVH）时对血流动力学的影响，因此当血流动力学不稳时，许多医生经常采用血管收缩药物来对抗所谓的“滤器相关的系统性血管阻力指数（systemic vascular resistance index， SVRi）下降”。但是在此类患儿身上采用USCOM进行血流动力学监测后发现这些患儿的容量相关指标，如每搏输出量指数和中心静脉压力，早期即会出现明显的下降，但之后却可见SVRi明显升高，并伴有心脏指数的下降[24]。说明在CVVH治疗时诱导产生了低血容量，从而导致血管阻力的增高和心指数的下降，或者CVVH时存在可以直接导致负性肌力作用的因素；所以针对此类患儿进行CVVH治疗时，出现血流动力学不稳定，应当通过补充容量和增加心肌收缩力来进行纠正，而并非使用缩血管药物。这些研究结果也证实了USCOM的用途。
　　同时，由于USCOM的便携性，操作简单且无创的特点，院前急救的专业人士可以通过它获得一手的血流动力学数据，当遇到可能在转运途中花费大量时间的危重患者时，USCOM也许能发挥更大的作用[25]。
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　　（收稿日期：2014-02-04）
　　（本文编辑：何小军）
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