超声心输出量监测技术的研究进展*

李　艺，叶军明，陈　丽，郭　锐

(赣南医学院 1.2015级麻醉学专业硕士研究生；2.麻醉系，江西　赣州　341000)



超声心输出量监测技术的研究进展*

李艺1，叶军明2，陈丽2，郭锐2

(赣南医学院 1.2015级麻醉学专业硕士研究生；2.麻醉系，江西赣州341000)

心输出量(Cardiac Output, CO)是临床常用反映循环功能状况的指标之一。准确地测定CO对于临床用药、输血、补液等治疗具有重要指导意义。随着医疗发展，对于监测更加突出安全、无创、简便、精准的要求。超声心输出量监测(ultrasonic cardiac output monitor，USCOM)是目前国内外较新的血流动力学监测方法，为患者整体心功能评价提供了一种无创、准确、安全、便捷的技术。本文对USCOM的临床应用及研究进展做一综述。

超声心输出量监测仪；心输出量；无创；血流动力学

一侧心室每分钟射出的血液量，称为心输出量(Cardiac Output, CO)。临床工作中，CO常作为血流动力学不稳定患者的监测指标，用于评估心脏的功能状态并指导临床用药、输血、补液等治疗。目前，CO监测方法如温度稀释法、锂稀释法、Fick法等，存在操作复杂、专业性强、设备要求高、费用昂贵以及有创穿刺的各种并发症如血栓、导管相关性感染等弊端，不利于临床广泛应用[1-2]。近年，研究比较热门的超声心输出量监测(ultrasonic cardiac output monitor, USCOM)是一种应用连续波多普勒超声测定CO的无创监测技术，具有快速、简便、准确、便宜等优点，并在一定程度上避免了有创操作对患者的伤害和费用昂贵、操作复杂等缺陷[3]。超声心输出量监测通过测量每搏量、CO、心指数等血流动力学指标及绘制各参数趋势图，监测机体的血供与氧供，为临床制定治疗方案提供重要的依据，是抢救心律失常、心功能不全、高血压急症、休克、肺栓塞等血流动力学不稳定患者的重要手段，对指导临床精准治疗具有重要意义。

1　基本原理

当声源与接收器之间相对运动时，接收的声波频率与声源的发射频率之间存在一定差异，该现象称为多普勒效应。多普勒公式Fd=2Ft×(V×cosθ)/C，Fd为多普勒频率，Ft为传导频率，V为红细胞速度，θ为红细胞运行方向和连续多普勒波束运行方向之间的角度，C为连续多普勒在软组织的速度。USCOM运用多普勒效应及管体中流体体积的计算方法，即在任一时刻流经管体的流率(q)等于流速(V)与管腔横截面积(A)的乘积：q=V×A，通过超声探头测量经主动脉瓣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)，结合患者的身高体重估算主动脉瓣或肺动脉瓣的直径，即得出血流流经的横截面积，从而得出每搏输出量、 心输出量、心指数等一系列血流动力学指标。

2　操作方法

USCOM操作简便，容易掌握，没有超声经验的医师只要经过简单的训练就能在紧急情况下使用USCOM快速了解患者的循环状态并进行血流动力学监测[4]。而且，学习USCOM比学习普通心脏超声所花费的时间明显更短[5-6]。将探头涂上耦合剂放于胸骨上窝，在气管周围稍微调节一下位置，或者将探头置于锁骨上窝处，胸锁乳突肌外侧，方向对准主动脉瓣采集主动脉血流信号，即可测得左心CO。而右心CO则通过胸骨左侧第2至第5肋间隙采集肺动脉血流信号测量，将探头指向头部并尽量保持探头线与肋骨走向平行。另外，操作时仍需注意的一些事项：

2.1正常情况下，左、右CO是相等的。但在主动脉瓣或肺动脉瓣发生病变时，由于实际瓣膜面积值与计算出的理论瓣膜面积值相差太大，应选择没有发生病变的主动脉瓣或肺动脉瓣测量[7]。

2.2为尽量避免肺脏的气体干扰，部分患者需向左倾斜约 20°，把左手放在头侧，使肺脏自动向左滑动，同时也扩大肋骨间的距离便于操作，使测量结果更为准确。

2.3不同体位在不同程度上影响USCOM的测定结果。Siu等[8]通过对30名健康成人分别在坐位、仰卧位等5种不同体位下使用USCOM测定CO的研究，发现坐位时需要花费更多的时间去采集血流信号，而且也较难获得质量好的超声信号，难以准确监测机体CO的变化，不推荐采用坐位来监测。

3　影响因素

3.1角度和透过的软组织USCOM使用的是连续波多普勒超声，而多普勒超声本身的特性就决定了这项技术测量结果的准确性要受到所监测血流方向的角度和声波所透过的软组织影响。从多普勒公式Fd=2Ft×(V×cosθ)/C中可见，当多普勒波束方向与血流方向的夹角θ趋近于0°时，多普勒效应最强，测量结果最准确；然而，当θ趋近于90°时，多普勒效应消失，测量结果无意义。声波透过的骨骼、含气的肺组织、脂肪组织也是重要的影响因素，造成不同程度的信号干扰和伪像的形成。因此，临床操作中应尽量调整探头，使超声波束与血流方向平行，同时避开肺组织、骨骼、脂肪堆积处，以减小测量误差。若胸骨上窝处有皮肤破损、外伤或气管切开等情况，可考虑在胸左缘3～4肋间处测量结果[9]。

3.2操作者与患者自身不难想到，监测仪的操作者是否经过这方面的专业培训也是一个影响因素。但是，相关研究结果表明，操作者是否经过专业培训对于监测结果影响很小， USCOM结果的准确性更多地受到来自患者的解剖和病理状况的影响[10-11]。而且，对于存在较多病理形态学和解剖学上改变的老年人，将超声探头置于胸骨上窝处采集信号比经胸更容易成功获得准确结果[12]。

4　USCOM与其他CO测量方法比较

4.1与有创测量方法比较体循环与肺循环的血流量大致相等，通过测定单位时间内流经肺循环的血流量可估算心输出量。物质在注入流体后的扩散分布可通过该物质远近两端的浓度差和流速的乘积计算。Fick法即运用该原理通过动、静脉氧含量差和氧耗量计算CO。Corley等[13]研究表明，USCOM技术与Fick法在测量结果上无明显差异(CO=-0.33±0.90 L·min-1)，具有良好的一致性。但Fick法需要置入Swan-Ganz 漂浮导管等有创操作，容易引起感染、血栓等严重并发症，而且测量结果的准确性容易受导管尖端位置不当、或者存在左向右分流等影响。

经肺动脉导管(pulmonary artery catheter，PAC)采用温度稀释法(thermodilution method，TDCO)测定CO，即肺动脉导管热稀释法，被公认为测定CO的临床金标准。具体方法是置入右心导管，利用PAC末端的热敏电阻监测肺动脉血流温度变化，计算机得出温度稀释曲线下面积的积分值，结合注入液体的容积计算出CO。临床上，该监测方法常用于危重心脏病患者的手术、严重的心肌缺血、心脏骤停等心功能监测。但该方法操作复杂、有创，且容易受注入的溶液温度、容积以及注入的时间影响[14]。大量研究表明，USCOM监测技术在测量心输出量(CO)方面与肺动脉导管热稀释法具有良好的相关性[15-16]，同样可获得可靠、准确的数据[17-18]。但USCOM操作简便、无创，比肺动脉导管热稀释法更具有优势，更适合临床使用。

4.2与微创测量方法比较微创的脉搏指示连续心排量监测技术(pulse index continuous cardiac output,PiCCO)是经肺温度稀释技术和动脉脉搏曲线分析技术相结合的监测方法，通过计算脉搏曲线下面积的积分值得出CO，与PAC具有相同原理但操作相对更为简便。有研究分别采用PiCCO法和USCOM法测量PEEP机械通气下35例重症患者的CO，发现PiCCO 法与USCOM法有较好的一致性，而PiCCO法不仅可以连续测量CO，还可以测量胸腔内血容量和血管外肺水，能够更好地反映心脏前负荷和肺水肿情况，从而得出PiCCO法更值得临床推广应用[19]的结论。但PiCCO法的测量结果不仅易受血管充盈程度、心肌收缩性、血管顺应性和胸膜腔内压的影响，而且患者体位、呼吸方式、导管放置位置等都会直接或间接地影响。更多的研究表明，USCOM法优于有创性的PiCCO法[20-21]。

4.3与其他无创测量方法比较目前的无创测量方法较多，如胸部生物阻抗法、二氧化碳无创心排血量测定法、普通超声心动图、超声多普勒法、经食道或气管超声心动图等，但各有优缺点。胸部生物阻抗法利用心动周期中胸部电阻抗的变化测定心搏量、心率、CO等参数，但测量结果易受患者呼吸、手术操作及心律失常等影响。Napoli等[22]通过比较胸部生物阻抗法与USCOM法，认为两者在测量心率方面的差异具有统计学意义的一致性，但在测量每搏量方面不具有统计学差异。二氧化碳无创心排血量测定法，即改良Fick定律法，适用范围较窄，仅可针对气管插管后机械通气的患者进行监测，且监测数据易受解剖无效腔/潮气量指标、肺内分流水平等较多影响因素干扰。针对USCOM与普通超声测量方法的比较，目前主要的研究结果表明，USCOM在心输出量的测量方面比普通超声心动图、超声多普勒法更为精确敏感，更能够快速高效地监测血流动力学变化，为患者提供更为优化的血流动力学管理[23-24]。经食管超声多普勒法需要从口腔置入探头，不便于长时间监测，且探头末端不易固定，监测效果易受探头摆动影响。经气管导管多普勒法要求使用专业的气管导管，不仅操作过程要求的专业技术高，而且高昂的费用造成患者过重的经济负担，因此无法在临床上普及使用。另外，Trinkmann等[25]通过比较心脏磁共振与USCOM发现，由于USCOM忽略了左室流出道在心动周期中的直径变化，易使测量出的CO值偏小。但这误差并不影响USCOM的整体测量结果及其在临床上的应用。

为了更好的比较各种心输出量的测量方法，相关文献[26-27]通过对20名患者分别进行USCOM法与其他五种心输出量的测定方法比较，即平均动脉压法、运用FloTrac监测心输出量系统的部分二氧化碳重吸收法(NiCCO)、经食道超声多普勒法、锂稀释法、PiCCO法，发现患者处于外科手术麻醉情况下，锂稀释法得出的心输出量比经食道超声多普勒法准确，但USCOM测得的心输出量比锂稀释法更能反映当时的血流动力学状况。

5　USCOM的临床应用

超声心输出量监测技术广泛适用于麻醉科、急诊科、ICU、心内科、心胸外科、儿科、妇产科、烧伤科等临床科室及心脏电生理学、心脏病学、运动生理学等基础研究。USCOM通过自动测量的心输出量、心指数、每搏量等血流动力学参数以及各参数的趋势图反映整体循环系统状况，而不是简单的血压、心率粗略地评估。USCOM运用精准的数据可实现精准的诊断，进而实现指导用药、输液等合理治疗。

5.1应用于麻醉科、手术室目前术中常规监测的心率、血压、氧饱和度、中心静脉压等参数，虽然能在一定程度上反映手术患者的循环状况，但不能做到更为快速、准确、无创地早期发现围术期血流动力学异常变化。围术期的外科操作、麻醉操作、麻醉用药等均可能对患者的循环产生不同程度的影响，特别是病情危重的手术患者，容易发生病情变化，对其进行准确的血流动力学监测显得尤为重要。在手术室运用USCOM技术，能更好地监测围术期患者的血流动力学变化，早期发现问题，及时采取治疗措施并实时观察治疗效果，指导临床精准治疗，确保手术安全顺利地完成[28]。Lester A. H.等[29]研究表明在进行老年患者的胆囊切除术中运用USCOM技术，能够更好的把握血流动力学变化，促进手术的顺利进行。另外，Critchley L、Luke等[30-31]在腹部手术中对比使用USCOM与经食道超声多普勒法监测术中血流动力学变化的研究中，发现运用 USCOM能够更准确地识别并快速获取准确的血流动力学参数。在特殊人群 (如小儿、孕产妇、老年人)的麻醉中，运用USCOM可快速准确地评估患者的循环状况，是保证手术安全的重要方法[32-34]。

5.2应用于急诊科、ICUUSCOM除具有上述优势外，其便携性也是不可忽视的优点，尤其是对于那些不便于花费大量时间搬动转运检查的危急重症患者。在院前急救时，通过便于携带的USCOM可快速了解患者循环状况，为紧急救治带来方便[35]。针对急诊科、ICU常见的休克、心律失常、心衰、心肌梗死、肺栓塞等伴有血流动力学不稳定变化的急危重症，运用USCOM监测血流动力学变化，不仅可以快速简便地评估患者的容量反应性，而且能够有效地避免因误判液体需求量造成的肺水肿、心衰等并发症。通过USCOM实时监测治疗状况，使液体复苏或其他治疗措施安全精确地进行。研究表明，相比PiCCO法，运用USCOM监测技术不仅无创而且使用方法简便，更有利于对危重患者进行连续的血流动力学监测并尽早发现问题作出临床诊断和采取相应的治疗措施[36]，适合在急诊科、ICU的急危重症患者中广泛应用[6]，但需注意的是，高动力循环患者的测量结果存在高估的可能[37]。

5.3应用于儿科、妇产科USCOM监测技术尤其适合如婴幼儿、孕产妇等不宜采用有创监测的人群[38-39]。而且，婴幼儿的主动脉瓣和肺动脉瓣距胸腔体表多普勒监测窗更近，超声信号的强度和质量均比成人高，更适宜应用USCOM技术。在儿科病房，使用USCOM监测CO等血流动力学变化，可有效地避免有创监测对患儿的伤害和院内感染等问题，帮助临床医生实时监测患儿的病情状况，早期发现异常情况，尽早作出诊断并采取治疗措施，同时方便监测治疗效果，提高危重病患儿的救治率，是一种快速准确、安全无创并具有良好重复性的床边监测方法[40]。一般情况下，在妊娠期间，由于孕妇的血流动力学变化很大，有必要进行适当的孕期检查。使用USCOM可以无创、快速、准确地测得循环系统相关数据，便于早期发现问题，为孕妇和胎儿的安全提供保障[41-42]。若是孕妇心功能存在异常情况，监测循环功能就显得更为重要。

6　总　结

综上所述，USCOM技术运用连续波多普勒技术经皮监测升主动脉或肺动脉的血流速度、心室射血时间、心率、每搏量、心输出量、心指数、外周血管阻力等多项指标，准确监测心脏搏动时发生的血流动力学变化。对于患者，USCOM技术无创、安全、便宜、舒适；对于临床工作人员，USCOM技术具有良好的重复性、敏感度高、准确度高、易掌握、使用简便、便于携带等优点，可实现第一时间获得患者的血流动力学资料，快速指导临床精准治疗，值得临床推广应用。但USCOM忽略了左室流出道在心动周期中的直径变化导致的测量出现误差，仍然是未来需要解决的问题。另外，连续的监测需要人工放置探头，不便于临床，需要作出改进。

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The Research Progress of Ultrasonic Monitoring of Cardiac Output

LIYi1,YEJun-ming2,CHENLi2,GUORui2

(1.2015-gradeProfessionalMasterGraduateStudent,majoringinAnesthesiology,GannanMedicalUniversity;2.DepartmentofAnesthesiology,TheFirstAffiliatedHospitalofGannanMedicalUniversity,GanzhouJiangxi341000)

The Cardiac Output (CO) is one of the commonly used clinical indicators reflecting the status of circulatory function. It is of great significance to quickly and accurately determine CO for clinical medicine, blood transfusion, and rehydration treatment. With the development of medicine, safety, non-invasion, convenience, and precision are emphasized for clinical monitoring. Ultrasonic cardiac output monitor (USCOM) is a relatively new hemodynamic monitoring method, which provides a non-invasive, accurate, safe and convenient tool for the evaluation of overall heart function.Here we reviewed the clinical application and research progress of USCOM.

Ultrasonic cardiac output monitor;Cardiac output;Noninvasive;Hemodynamics

叶军明，男，教授，主任医师。研究方向：临床麻醉—监测。E-mail：yjm7798@sina.com

R445.1

A

1001-5779(2016)04-0651-06

10.3969/j.issn.1001-5779.2016.04.049

2016-07-04)(责任编辑：敖慧斌)