重症超声对心脏功能的测量与评估

潘宾海南京大学医学院附属金陵医院呼吸与危重症医学科发布于2023-10-25 浏览 6764 收藏

作者：潘宾海（南京大学医学院附属金陵医院呼吸与危重症医学科）

指导老师：秦浩（海军军医大学第一附属医院呼吸与危重症医学科）

【摘要】 超声作为一种检查手段，因其非侵入性、床边可实时获得、无辐射、可重复等特点，在ICU的循环评估中发挥越来越重要的作用。心脏是循环系统最重要的脏器，血流动力学的评估一般从心脏开始。本文将从心脏的形态、功能、血流动力学初步监测等[仅涉及经胸心脏超声（TTE）]的评估，简单阐述ICU中重症超声发挥的作用。

重症心脏超声和心脏解剖学的测量和评估

超声作为心脏功能检查最常见的无创手段，可以非常清晰地显示心脏的解剖和功能特点。通过超声检查可以评估心脏形态、收缩及舒张功能、室壁运动情况，帮助识别心脏收缩功能不全、心肌缺血等问题。在操作流程上，建议首先筛查急性的心脏事件，包括心包填塞、缩窄性心包炎、新发的室壁节段运动异常、腱索断裂、室壁穿孔、急性心内膜炎、心腔或大血管腔内占位或血栓等情况，紧急处理或请心脏专科协助紧急救治。其次，诊断有无合并慢性心脏疾病，为后续治疗提供重要信息。其相关的具体内容可以参考2018年发表的《重症超声临床应用技术规范》中的建议：从心包与心腔的整体、心室壁、心脏瓣膜、心脏血流等运动和形态学，按顺序进行评估和诊断。

1.1 心脏各腔室形态观察、评估

首先，在剑突下四腔心切面（SC4C切面），观察心脏的整体情况，该切面主要优先评估有无心包积液和心脏压塞，然后根据目测评估各个心脏腔室的相对运动情况，是否出现明显的限制心包运动障碍的表现。相关特征图形如图1所示。

图1. 剑突下四腔心切面（SC4C切面）出现的心包积液典型图片

根据心包的无回声区，我们对心包积液的量可以进行量的分级（表1）。

其次，观察心腔的大小。此处根据重症超声评估血流动力学的思维，先从右心评估开始。常规首选心尖四腔心切面（A4C）进行相关测量，在该切面可以测量右心室的上下径和左右径。该方法测量的三尖瓣瓣径通常小于2.8 cm，超过3.9 cm即为重度扩张。中间段直径参考值小于3.5 cm，超过4.2 cm为重度扩张。上下径小于7.9 cm，超过9.2 cm为重度扩张。操作示意图见图2。

图2. 心尖四腔心切面（A4C）下测量右心室上下径（线段3）和瓣环径（线段1）和中间段内径（线段2）的示意图

在胸骨旁长轴（PLAX）切面，我们可以测量左心室、右心室舒张末前后内径和主动脉根部的内径及左心房内径。左心室等容舒张期进行测量，男性左心室心腔大小为4.2~5.9 cm，女性为3.9~5.3 cm。操作示意图见图3。

图3. PLAX下测量左心室舒张末前后径（黄色）、右心室舒张末前后径（绿色）、左心房内径（红色）、主动脉根部内径（蓝色）的示意图

在右室流出道切面（subcostal short-axis RVOT）切面，我们可以测量右室流出道（RVOT）的内径和肺动脉（PA）内径。操作示意图见图4。

图4. Subcostal short-axis RVOT切面下测量右室流出道（RVOT）的内径（绿色）和肺动脉（PA）内径（蓝色）的示意图

在临床上，我们除了测量心脏腔室的大小数值外，对心腔的形态、心室壁的厚度、心腔面积、心腔容积也可以进行扫查和测量。

右心室的正常行态在心尖四腔心切面为三角形，胸骨旁短轴切面为新月形，室间隔完全凸向右心室。具体形态见图5、图6。

图5. A4C切面右心室（RV）形态示意图

图6. PSAX（level of papillary muscles）切面右心室（RV）形态示意图

右心房一般通过心尖四腔心切面来观察形态学大小（图7），其左右内径的参考值为2.5~4.5 cm，上下内径的参考值一般小于5.2 cm。

图7. 右心房（RA）在A4C下（蓝色线段左右径，绿色线段上下径）内径测量示意图

左心室（LV）的正常形态在心尖四腔心切面和胸骨旁长轴切面的形态如图8所示。

图8. 左心室（LV）在A4C下和PLAX下形态示意图

我们一般选择在胸骨旁长轴切面或者心尖四腔心切面来观察左心房的运动状态和形态学。在心尖四腔心切面下或胸骨旁长轴切面测量左心房横径平均值为2.7~4.0 cm，左心房的前后径平均值为3.8~5.8 cm。为图9区段的演示。

图9. 左心房（LA）在A4C下（横径和前后径）和PLAX下（前后径）测量示意图

室间隔的厚度测量一般选择胸骨旁长轴切面进行，选择等容舒张期的数值为参考值，可以使用M型超声进行测量以获得更高的精度。为图10所示1区段的数值，其参考值为0.6~1.0 cm。

图10. 室间隔厚度测量示意图

右室壁厚度选心尖四腔心或者胸骨旁长轴切面下测量（图11），通常厚度小于0.5 cm。

图11. 右室壁厚度测量示意图

左室后壁厚度我们常规选择胸骨旁长轴切面下测量，为图12所示3的数值。通常为0.6~1.1 cm。

图12. 左室壁厚度测量示意图

除开上述直接观察、测量患者的心脏腔室和壁的厚度之外，我们对心脏瓣膜的结构和运动情况也需要引起重视。

1.2 心脏各瓣膜形态观察、评估

我们在超声下可以观察到的主要心脏瓣膜包括二尖瓣、三尖瓣、主动脉瓣、肺动脉瓣，合适的超声观察位置和形态如表2推荐。

表2 心脏瓣膜合适的超声观察位置和形态

以上内容为超声解剖学角度看心脏腔室、室壁、瓣膜及其超声检查手法与检查位置推荐。

重症心脏超声和心脏功能相关评估指标与测量

解剖结构正常是脏器正常工作的基础，在解剖无明显异常的情况下，再对其功能进行探讨。心脏的主要功能为泵血，维持全身的循环灌注。接下来我们将从心脏四个腔室的收缩和舒张功能评估，来讨论心脏整体功能情况。

2.1 右心收缩功能和舒张功能的评估

我们在目测情况下，以患者右心的大小和游离壁、三尖瓣活动情况作为右心功能评估的起点。如果发现目测结果明显异常，此时精准的测量有助于更好地评价。一般采用以下指标评估右心功能：

（1）三尖瓣瓣环收缩期运动（TAPSE）：在心尖四腔心切面，采用M型超声心动图，取样点置于三尖瓣瓣环侧壁，测量三尖瓣瓣环侧壁运动曲线的上下两点的距离（图13）。正常情况下，TAPES的值应该大于2.0 cm，若该值小于1.5 cm，则表明右心收缩能力的明显降低和较高的死亡率。

图13. TAPES的测量示意图

（2）右室面积变化率（RV-FAC）（图14）和右室流出道缩短率（RVOT-SF）（图15）：在心尖四腔心切面，分别测量右室收缩末期面积（RV-ESA）和舒张末期的面积（RV-EDA），差值除以RV-EDA，可以得到右室面积变化率（RV-FAC），其参考值为43%~69%。若低于43%，则代表右心室收缩功能的降低。

RV-FAC=（RVEDA-RVESA）/RVEDA×100%

图14. 右心室面积描记法测量示意图

同样，在胸骨旁短轴心底切面，用M超测量收缩期和舒张期右室流出道的内径，可以得出右室流出道缩短率，两个内径的差值除以舒张内径即为右室流出道缩短率（RVOT-SF）。右室流出道缩短率的参考值为48%~74%，若低于43%，也则代表右心室收缩功能的降低。

右室流出道缩短率（RVOT-SF）=[舒张期右室流出道内径（EDRVOTD）-收缩期右室流出道内径（ESRVOTD）]/舒张期右室流出道内径（EDRVOTD）×100%。

图15. 右室流出道缩短率测量

（3）组织多普勒（TDI）和TDI测量的三尖瓣环运动：我们一般选择脉冲波组织多普勒（TDI）在右室基底段游离壁来测量。其参考图像如图16所示。

图16. RV-TDI的测量

典型的TDI包括三个波：顶点向上的收缩波（Sm）（S’），远离顶点的早期舒张波（Em）（E’）和晚期舒张波（Am）（A’），收缩波Sm前的等容收缩IVC。Sm（S’）的参考值常规大于11 cm/s，若小于10 cm/s，则代表收缩功能的明显下降。Sm和Em之间有等容舒张期，Am和Sm之间有等容收缩期。

（4）右心室Tei指数（RV MPI）：即为多普勒心肌工作指数，选择脉冲多普勒技术（PW），在右室流入道和流出道取样，并连接心电图以获得相应的数据。或根据三尖瓣环组织多普勒（TDI）测定三尖瓣关闭-开放时间（TCO），TCO＝等容收缩期（IVCT）＋射血时间（ET）＋等容舒张期（IVRT）。

RV MPI=[等容收缩时间（IVCT）+等容舒张时间（IVRT）]/射血时间（ET），但实践中常规规定RV MPI=[三尖瓣反流时间（TCO）-右室流出道射血时间（ET）]/右室流出道射血时间（ET）。RV MPI的PW测量大于0.4或TDI测量大于0.55一般认为右心心肌功能的恶化。

图17. RV MIP的测量

注：上图为PW测量，RV MIP=（TCO-ET）/ET，下图为TDI测量，（IVRT+IVCT）/ET

（5）右心室dp/dt（等容收缩期右心室压力变化速率）（图18）：在三尖瓣反流的连续多普勒（CW）信号中，将卡尺定在1 m/s和2 m/s之间来确定三尖瓣反流的压力，再根据简化的伯努利方程来确定dp/dt=12 mmHg/[TR时间1（m/s）-TR时间2（m/s）]。正常参考值为237.5~272.5 mmHg/s，随着右心功能的降低，该值也将明显增加。一般大于400 mmHg/s认为有重要的临床意义。

图18. 右心室dp/dt测量

（6）三尖瓣瓣口舒张期血流频谱（图19）：采用脉冲多普勒模式（PW），取样点在三尖瓣瓣口下1 cm，在心尖四腔心切面上进行测量，获得三尖瓣口舒张早期峰值速度E，三尖瓣口心房收缩期（心室舒张晚期）峰值速度A，E/A，E峰减速时间（EDT）等。参考值为E峰：57±8 cm/s；A峰：39±6cm/s；E/A：>1；EDT：225±28 ms。

图19. 三尖瓣瓣口舒张期血流频谱

一般来说，三尖瓣瓣口舒张期血流频谱E/A＜0.8提示为松弛受损；0.8＜E/A＜2.1，伴E/E′＞6提示E/A为假性正常，右心室舒张功能中度受损；E/A＞2.1伴EDT＜120 ms，右心室充盈受限。结合前面的三尖瓣瓣环侧壁组织多普勒（TDI），Em/Am＜1为右心室舒张功能受损；E/Em＞6提示右心房压升高。根据三尖瓣瓣口血流频谱图，我们也可以获得有无前向血流加速的相关信息。

以上为常用的右心收缩功能和舒张功能的评估，在结合基础的右心房和右心室形态学评估下，我们可以获得更全面的右心功能评估。2018年发表的《重症超声临床应用技术规范》对相关内容进行了归纳和总结，现摘录如下（图20），供参考。

图20. 右心功能超声评估流程图

2.2 左心收缩功能和舒张功能的评估

相对于右心而言，左心的行态在超声下表现的更加规整，也是用超声进行评估最合适的部分。从左心的大小、容积开始目测评估，如果发现目测的结果异常，此时通过精准的测量有助于更好地评价左心功能。一般用以下指标来评估左心功能：

（1）左心射血分数（LVEF）：最常用的一个值，通常采用心尖双平面改良Simpson法（图21）或者Teichholtz法（图22）测量。若有心肌节段运动异常，推荐Simpson法，在心尖四腔心切面或心尖两腔心平面，利用超声系统自带的软件，描记左心室在收缩末期和舒张末期的边界，设备自动算出LVEF值。若无心肌节段运动异常，可采用M超胸骨旁长轴切面Teichholtz法来测量，取样线垂直于室间隔和左室后壁。Teichholtz法的LVEF计算公式为：

ΔD²=（LVED²-LVES²）/ LVED²×100%

LVEF=ΔD²+（100 - ΔD²）×15%

【LVED为左室舒张期内径，LVES为左室收缩期内径】

各种方法测量的LVEF参考值通常大于50%。

图21. Simpson法在A4C切面或A2C切面测量LVEF

图22. Teichholtz法在PLAX切面测量LVEF

（2）左室短轴缩短分数FS：以M超在胸骨旁长轴切面（PLAX切面）测量，取样线垂直于室间隔和左室后壁。其参考值为25%~40%。其计算公式为：

FS＝（LVED－LVES）/LVED×100%

【LVED为左室舒张期内径，LVES为左室收缩期内径】

具体参照上图Teichholtz法在PLAX切面测量LVEF的内容。

（3）二尖瓣瓣环收缩期位移/长轴缩短量（MAPSE）：和三尖瓣TAPSE一样，在心尖四腔心切面，使用M超，瞄准外侧二尖瓣根部，追踪位移水平（图23）。MAPSE的参考值为大于1.3 cm。

图23. M超测量MAPSE

（4）左室短轴切面面积变化分数（LV-FAC%）：在胸骨旁短轴（PSAX）乳头肌切面（图24），清晰显示心内膜以后，分别勾勒左室舒张末面积（LVEDA）和左室收缩末面积（LVESA），通过下面公式进行计算：

LV-FAC%=（LVEDA-LVESA）/LVEDA×100%

LVFAC%的参考值为50%~75%。

图24. PSAX乳头肌切面测量LVEA

（5）组织多普勒（LV-TDI）：心尖四腔心切面，在二尖瓣瓣环处或侧壁处，取样容积5~10 mm进行测量。典型的LV-TDI图像如图25所示。

图25. LV-TDI的测量

收缩期的Sa（s’）峰，舒张早期Ea（e’）峰和舒张晚期Aa（a’）峰。Ea（e’）反映心肌的松弛能力，在侧壁测量的数值高于室间隔壁测量的值，其正常参考值为大于10 cm/s（侧壁）和8 cm/s（室间隔）；一般来说，Aa（a’）大于8 cm/s。

（6）脉冲多普勒（PW）评估二尖瓣舒张期血流：在心尖四腔心切面，将取样容积置于二尖瓣水平开放处2 mm，通过脉冲多普勒（PW）评估二尖瓣舒张期血流。典型LV-PW图像如图26所示。

图26. 脉冲多普勒（PW）评估二尖瓣血流

包括舒张早期的快速充盈最大血流的E峰、舒张晚期心房收缩产生的最大血流A峰和E峰降低到0的E波减速时间EDT。E峰平均值为73 cm/s，A峰平均值40 cm/s，EDT正常值为160~240 ms。若出现舒张功能改变时，E波减慢，E/A倒置（松弛功能障碍）；随着左房压的升高，E波再次升高，E/A再次大于1（假性正常化）；随着舒张功能的进一步障碍，E/A比值大于2（限制性充盈功能障碍）（图27）。

图27. PW下LV舒张E峰和A峰随着舒张功能的变化

此时，我们需要结合TDI的测量数据与PW的测量数据一起评估患者左心舒张功能情况。舒张早期血流的峰流速（PW）E峰与舒张早期心肌运动（TDI）e’峰的比值可以用来辅助判断患者舒张功能情况。若E/e’小于8时，可以排除左心舒张功能异常；E/e’在8~15区间时，结合其他指标判断；E/e’大于15时，判断存在舒张功能障碍。

（7）肺静脉血流频谱：在心尖四腔心切面，取样容积2 mm，在右上肺静脉内深约0.5 cm处获取血流频谱（PW）。其参考波形如图28所示。

图28. 肺静脉血流频谱（PW）示意图

包括收缩期顺行波峰S峰，舒张早期顺行波峰D峰，舒张晚期逆行波峰Ar。一般来说，对于40岁以上成人，肺静脉血流频谱的S/D大于1。

在左室松弛性降低阶段，S/D大于1且Ar大于35 cm/s；在假性正常阶段，S/D小于1，Ar升高或不变；在限制性充盈阶段，S/D进一步降低，Ar升高超过35 cm/s，且Ar时间减去PW下二尖瓣血流频谱A峰时间的差值大于30ms。

（8）左室压力最大上升速率（dp/dt）：在心尖四腔心切面（PW模式）二尖瓣瓣环位置测量，利用二尖瓣反流频谱计算1 m/s到3 m/s之间的时间差dt，根据伯努利方程，两者压力差为32 mmHg，故dp/dt=32/dt×1000。其参考值常规大于1200 mmHg/s, 小于1000 mmHg/s为异常值。其参考图像如图29所示。

图29. 左心室二尖瓣dp/dt测量

（9）二尖瓣前向血流彩色M超多普勒：在心尖四腔心切面，利用彩色多普勒测量二尖瓣清晰血流，采用M超，尽量平行于血流方向，M取样线通过血流中央，获取彩色M型多普勒图谱，测定从二尖瓣环到心室4 cm处的舒张早期血流斜率，该结果为血流传播速度（Vp），参考值大于50 cm/s。二尖瓣舒张早期峰值血流速度E与血流传播速度（Vp）的比值，若E/Vp大于2.5，则PAWP大于15 mmgHg。其参考示意图如图30所示。

图30. 获得二尖瓣口彩色M型血流播散图，调节速度标尺Scale，使高于混迭速度的血流成黄色显示在红色充盈血流信号内，扫描速度100 mm/s，测二尖瓣口舒张早期黄色血流信号上升斜率Slope，即为二尖瓣口舒张期血流传播速度（Vp）

（10）左室心功能指数（LV Tei）：可以通过以下两种方法测得：

①PW下在心尖五腔心切面测量取样容积放置于左室流出道与二尖瓣口之间，获得收缩期左室流出道及舒张期二尖瓣前向血流的速度图（图31）。测定二尖瓣关闭至主动脉瓣开放的时间为IVCT，主动脉瓣血流频谱开始至频谱末时间为左心室射血时间（ET），主动脉关闭至二尖瓣开放的时间为IVRT。

图31. PW测量LV MPI，Tei=（IVCT+IVRT）/ET

②TDI下在心尖五腔心切面测量，取样容积放置于二尖瓣环，获得组织多普勒速度图（图32）。Sa（s’）波结束至Ea（e’）开始之前，为IVRT。Aa（a’）结束至Sa（s’）波开始之前为IVCT。Sa（s’）波持续时间为ET。

图32. TDI 测量LV MPI，Tei=（IVCT+IVRT）/ET

左室Tei 指数范围为0.39±0.10，值越大，代表心功能下降越明显。

以上为左心功能的评估，2018年《重症超声临床应用技术规范》对相关内容和流程做了总结，现摘录如下（图33），供参考。

图33. 左心功能评估流程图

2.3 相关压力的评估

根据前面的内容，我们分别对左心与右心的收缩与舒张功能做了定量的评估，在此基础上，我们也可以对患者心脏相关的压力做评估，其相应的操作如下：

（1）左室充盈压：利用PW测量的二尖瓣瓣环反流血流频谱里面的早期反流E峰与利用组织多普勒TDI测得的二尖瓣侧壁瓣环舒张早期Ea（e’）峰值的比值E/e’来评估，若大于14，则左房压大于15 mmHg；若小于8，则提示左房压小于15 mmHg。

（2）右房压（RAP）和中心静脉压（CVP）：可以通过下腔静脉（IVC）内径和塌陷度来评估。对于IVC小于1.2 cm患者，考虑其RAP小于10 mmHg。若患者无机械通气，则可以参考表3进行评估。

表3 右房压（RAP）和中心静脉压（CVP）评估

（3）肺动脉压：可以通过三尖瓣反流速度来评估（图34），根据改良伯努利方程和估测的右房压来获得。其计算公式为：

肺动脉收缩压=4×（三尖瓣反流峰值速度）2+右房压

肺动脉舒张压=4×（肺动脉瓣反流舒张末期速度）2+右房压

肺动脉平均压=4×（三尖瓣反流峰值速度）2

图34. PA的测算

（4）肺血管阻力（PVR）：根据三尖瓣反流峰值流速（TRV）和右室流出道速度-时间积分比值（VTIRVOT），可以帮助测量肺血管阻力（PVR）。其计算公式为：

PVR=TRV/VTI×10+0.16

（5）心输出量（CO）：一般在心尖五腔心切面和胸骨旁长轴切面进行测定（图35）。在心尖五腔心切面，使用PW模式获取主动脉血流频谱，描记测量其流速-时间积分（VTI）。在胸骨旁长轴切面，测量主动脉瓣环直径或者左室流出道直径D。则在主动脉无明显反流的情况下，我们可以计算得患者的心排量如下：

CO=π×（D/2）2×VTI×HR

图35. 主动脉瓣VTI的测量和主动脉瓣瓣环内径的测量

重症心脏超声和血流动力学监测

根据前序的内容，参考2018版《重症超声临床应用技术规范》中提出的血流动力学六步法，结合定量和定性方案来对患者的血流动力学情况进行评估、滴定和治疗。现将主要内容进行归纳。

（1）心脏整体评估：以心脏整体评估流程分析超声检查结果，发现需要紧急干预的心脏急性情况；识别已存在的明显的心脏慢性疾病。

（2）容量及容量状态评估：以下腔静脉为基础的容量状态和容量反应性评估流程分析超声检查结果，快速确定容量状态并评估容量反应性。

（3）右心评估：快速判断右心形态大小；室间隔有无受压和/或矛盾运动；右心收缩运动有无异常；上述异常是急性抑或慢性。

（4）以定性评估为基础（上文左心功能评估图）评估左心室收缩和舒张功能。

（5）外周阻力的评估：间接判断法或排除法，也可以根据心排量的数值，获得体循环阻力系数以进行评价。

（6）组织灌注评估与肺水评估：利用肾脏血流评分来反映组织灌注状态；利用肺部超声的肺水半定量评估来判断液体治疗的风险。

总结

超声作为临床上评估心脏和循环功能非常常用的工具，在标准切面下进行的规范化、流程化的检查和持续动态评估的进行，对患者的治疗指导和方向的把控，有着极其重要的参考价值。重症超声对心脏相关血管、血流动力学监测的详细评估、心肺交互作用和其他相关的应用等内容，将于本专题后续文章中逐一呈现。敬请期待！

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作者介绍

潘宾海

南京大学医学院附属金陵医院呼吸与危重症医学科RICU呼吸治疗师
毕业于四川大学华西临床医学院呼吸治疗专业
主要工作研究领域：呼吸与危重症患者的呼吸支持、气道管理、床边支气管镜诊治、重症超声的应用等

指导老师

秦浩

海军军医大学第一附属医院呼吸与危重症医学科主管呼吸治疗师
专业方向为机械通气、危重症监护及呼吸介入
中国医学装备协会呼吸病学装备技术专业委员会委员
中国康复医学会呼吸康复专委会第二届委员会呼吸治疗学组委员
中国医师协会内镜医师培训学院呼吸内镜资深讲师
上海市医学会呼吸病学专科分会呼吸治疗学组（筹）委员兼秘书
上海呼吸治疗联盟核心成员
长海医院微创精品课程导师
发表SCI及核心期刊8篇
参与制定专家共识2项，参编参译多部著作，获实用新型专利3项
参与国家级课题1项，省部级课题3项，校级课题2项

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