ICU中挽救生命的机器：超声

卢嘉琪

急重症世界出品

摘  要

本文重点介绍了超声波机器在重症监护室救人的作用。我们回顾了它在资源有限的重症监护病房中的应用，以及与受限的操作环境和资源充足的重症监护病房相关的一些机器设计元素。由于超声只有在有称职的专业医生操作的情况下才能挽救生命；我们讨论了培训一线临床医生成为重症监护超声检查能力的挑战，随后回顾了支持其使用的研究。

  

关键词：超声、机械设计、EDEC、UPUM

引言

在重症监护病房(ICU)中拯救生命的机器要求重症监护室的医生对其使用有一定的了解。尤其是重症监护超声检查(CCUS)；当有能力的医师使用该机器时，可以指导对危重患者的诊断和管理。为了挽救生命，该医师的任务是获得和解释高质量的超声图像，并立即在床边以系统和有效的方式应用结果。机器本身是一种被动装置，只有在有能力的医师使用时才能拯救生命。这篇文章将回顾拯救生命的三个先决条件：一台设计良好的机器，适应这种情况，并与一名训练有素的医师相结合，该医师能够在床边以临床有效的方式使用结果(图1)。我们还将审查是否有证据支持这样部署的超声可以拯救生命的论点。

图1. 超声仪能够救人的前提条件

受限情况下的CCUS：资源不足的ICU

我们假设CCUS可以在资源不足的ICU挽救许多生命，因为在ICU中，计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)甚至胸片都不是很容易获得。由于成像是重症监护实践的关键组成部分，CCUS在熟练操作员手中可以作为一种高效且低成本的手段。

不应将低收入和中等收入国家遇到的限制(人力和物质资源限制)视为一个单一问题。它们影响着全球大多数危重患者的治疗。如果我们考虑脓毒症病例(这是CCUS的主要指征)，2017年4100万例病例中85%的病例和800万例相关死亡病例中的85%发生在社会发展指数较低或中等的国家。在冠状病毒病2019年(新冠肺炎)大流行期间，类似的人力和物质限制影响了资源丰富的国家，危重患者数量激增。这些限制在传统ICU以外治疗危重患者时也很重要(例如，在急诊室、在运输期间或在人道主义医学中)。通过便携创新的概念，这些共同的限制代表了一个机会。便携的解决方案旨在满足需求，而不是在质量上让步。最终患者需求和应用环境是这一创新过程的核心，采用自下而上的方法。这些以患者为中心的解决方案对CCUS非常有意义，CCUS主要是一种临床检查的方法。它们可能会在临床检查时代和补充检查时代之间创造一个强大的连续体。除了适应有限的环境外，根据反向创新的概念，在限制较少的情况下，它们也可能特别有效和具有成本竞争力(即，低收入国家的一些见解可能为较富裕的情况提供可借鉴的经验教训)。

理想的便携型CCUS机器应该以稳健性、核心能力和功能性为中心，通过深入了解临床需求、操作环境和相关限制，从医学角度出发，专注于高价值和高质量的基本解决方案，以生产高端解决方案(表1)。目标被最大限度地细化，以精确地满足需求，不在质量上让步，也不多余增加。考虑到强大的人工智能(AI)能力的发展，便携的CCUS机器未来应该有升级的潜力，因为用于图像解释的人工智能的快速发展可能会建立可靠的决策工具，这些工具可以通过正在进行的全球宽带互联网连接的卫星星在世界各地远程获得。虽然独立于机器设计本身，但需要对图像采集/解释和结果的适当应用进行培训，以使机器用于拯救生命。学习和通信技术(例如，在线课程、模拟和远程医疗)的最新进展应结合起来，以方便和广泛地提供培训，目的是重现床边教学。一些可用的超便携超声(UPUM)设备已经可以将智能手机或平板设备转变为集成的远程超声解决方案，将双向视听通话与实时超声流相结合，从而实时连接全球的临床医生。这将允许在CCUS建立一个国际专家网络，以协助全球范围内的图像收集和充分的现场解释。这也将使CCUS的研究全球化，以帮助制定更一致的国际建议。

表1. 资源紧缺的ICU超声仪的推荐设计元素

1.根据ICU团队的临床需求(例如，2-D、M型、多普勒、肺部成像、导管放置)选择机器能力，同时放弃多余或多余的选项

2.稳健性是一个基本特征，其设计与冲击，极端温度，灰尘，不稳定的电源和停电兼容

3.设备应易于使用、功能强大、坚固耐用、适应性强、易于清洁

4.维护应尽可能容易，并至少部分由最终用户进行，特别是对电池或探头等关键部件

5.机器应有足够的内存用于存储图像，并具有互联网连接，以允许远程医疗连接、图像存储和远程培训能力

6.机器应具有潜在的人工智能应用的处理能力

有证据表明CCUS在资源受限的环境中具有效用，Shaddock等人使用标准的Cochrane系统评价和荟萃分析指南，对在资源有限的环境中使用便携式超声设备的情况进行了系统评价，时间从2010年到2021年。他们确定了23篇符合审查标准的文章，得出的结论是，尽管研究的总体方法质量低，存在偏倚的风险很高，但便携式超声在农村和偏远、低资源环境中有广泛的用途。通过对紧急情况的早期诊断和筛查研究获得有用的临床信息，患者的预后得到了改善。

CCUS用于诊断成人呼吸窘迫综合征(ARDS)的一个例子是基加利对ARDS的定义。柏林对ARDS的定义是资源充足的ICU的标准指标，但它在资源不足的ICU中的应用有限，因为那里可能不容易获得胸部X光检查。在基加利对ARDS的定义中，肺超声检查取代了胸部X光检查作为首选的影像方式。

现实情况是，关于CCUS在资源受限环境中的效用的证据非常有限。其中一个原因可能是，面临这种ICU实践的困难挑战的重症监护医师既没有时间也没有对精心设计的研究活动的支持。虽然还没有被证明可以改善资源有限的ICU中危重疾病的死亡率和发病率等预后，但有效传播便携的CCUS可能会允许广泛实施多用途超声驱动的方案，以改善临床结果。

资源不足的ICU中CCUS的机械设计

CCUS可能被用作资源不足的ICU的主要也是唯一的成像设备，因此，在这种具有挑战性的实践环境中，成本、耐用性和易用性是机器设计的关键要素。为心脏病学和放射学检查所使用的大型全服务超声诊断机不适合资源有限的ICU，因为它们重量重、占地面积大、成本高、难以获得维修，并且在某些操作环境中难以固定机器。较小的移动车载机器带来了保护设备、获得服务和相对较高的成本的相同挑战。在有空间限制(救护车、航空运输、外层空间、远程疏散)的操作环境中，机器设计方面的原则与资源有限的ICU中的原则相同。

最新一代的UPUM最适合在资源不足的ICU中使用，因为它们成本低，图像质量好，使用方便。这台机器是袖珍大小的，由强化者直接个人控制；因此设备被很好地固定住了。目前的UPUM设计包括一个连接到专用小屏幕或智能手机上的探头。由于智能手机无处不在，探测器-智能手机设置是一个很好的选择：虽然在没有手机信号的地方需要专用的屏幕系统。大多数UPUM都有互联网连接，可以实现远程医疗功能、基于云的图像存储和远程培训。一些机器具有全多普勒能力，一些型号的机器被设计成能够承受一米的坠落，因为耐用性是远程环境ICU实践中的一个因素。一些最新一代的UPUM集成了人工智能功能，包括自动图像解释，并为操作员提供指导，以实现最佳图像质量。最初的人工智能应用集中在超声心动图上，但可能会扩展到普通CCUS。UPUM的设计有了快速的演变。老牌制造商和几家初创公司都部署了UPUM；更复杂的是，机器受到快速软件升级的影响，市场上有各种选择。图2总结了UPUM的一些设计元素。设备型号的激增如此之快，以至于不可能对机器类型或性能进行全面的讨论。功能强大的机器具有单一探头设计，可用于血管和身体成像，价格约为2000-4000欧元，而需要单独的血管和身体探头的专用屏幕型号的价格为8000-12000欧元。在资源不足的ICU中广泛使用UPUM可能会对提供治疗和挽救生命产生重大影响，前提是ICU人员接受过良好的使用培训。

图 2. UPUM设计的一些要素

资源充足的ICU中的机器

在资源充足的ICU中使用了各种超声诊断仪。

1.大型全方位服务机器：这些机器具有出色的图像质量、大屏幕、先进的水平能力，如3D和应变，以及复杂的控制。由于操作困难，它们不适合在繁忙的ICU中进行快速、大容量的治疗点扫描，但设计得很好，可供集体会诊使用。

2.小型车载系统。这些机动性高、占地面积小、具有全多普勒能力的车载式机器在2000年代初通过两种不同的设计方法广泛使用。翻盖设备被设计为屏幕相对较小的单一用途设备，而屏幕较大的笔记本电脑类型的设备可能既可用作超声仪，也可在某些型号中用作计算机。

新一代的机器具有密封的平板控制服务，可以很容易地进行消毒。这两种类型都具有可接受的图像质量，具有各种探头选项，包括经食道超声心动图(TEE)功能，对于ICU团队共享使用非常有用。

3.混合机器。它们结合了小型车载式机器和大型全方位服务机器的属性，这些机器占用空间小、屏幕大、重心低、平面易于消毒控制表面、接近高端机器的图像质量、翻盖单元无法提供的复杂控制以及发球台功能。它们合理的成本、出色的图像质量、在ICU内的易移动性以及大屏幕尺寸表明，它们将取代使用寿命即将结束的上一代车载式机器。

4.UPUM。与资源不足的ICU不同，在ICU中，UPUM可能是唯一可用的机器，它们的主要目的不是取代较大的机器；而是将CCUS的范围扩展到医院的每一个部分，并在ICU的紧急情况下快速使用。有了自己的UPUM，称职的ICU医师可以立即在ICU全天候提供救生仪器，而不需要依赖更大的机器来完成所有扫描功能。一旦UPUM广泛使用，可以想象，每个在CCUS有能力的ICU医师都将通过ICU政策或个人购买获得一个。

UPUM有很大的前景，但也有风险。它们的成本和易用性可能会导致它们被没有接受过充分培训的ICU医师广泛使用。这将给患者带来风险，给操作者带来医疗法律风险，并对该领域造成耻辱。超声仪抢救生命需要有效的一线医师重症训练。

CCUS的培训和能力

超声仪只有在由训练有素的重症医师操作时才有实用价值，因此在CCUS中进行有效的培训以提高能力是使机器能够拯救生命的关键。鉴于充分培训对能力的重要性，本节总结了培训和能力的一些关键方面。由于文稿的篇幅限制，本文的讨论旨在让读者对CCUS的一个重要方面有一个大致的了解。

在CCUS中的能力要求掌握图像采集和图像解释。此外，它还需要掌握CCUS的认知基础，包括如何将检查结果整合到临床环境中。培训和评估应同样强调能力的这三个组成部分。重症监护协会已就CCUS基本和高级培训目标制定了指导方针，但课程的内容、持续时间和交付方式仍有很大差异。考虑到寻求学习CCUS的医生的多样性，实施一种通用的培训模式是具有挑战性的。关键目标是培训CCUS各方面的产出能力。

CCUS的认知基础可以通过教科书、文章、网络材料和课程获得。最初可以在健康的模型或模拟器上教授图像获取，因为使用模拟器可以加快技术技能的学习曲线。紧随其后的是对ICU患者的实践。基本扫描技术可以在课程中通过动手培训来实现，但能力是通过纵向培训来实现的。基本超声心动图不应成为不合格图像质量的代名词；重症医师应努力通过形成性反馈和监督保持较高的图像质量标准。直接监督(伴随着来自专家的基准参考意见)的作用怎么强调都不为过，但独立实践与受监督实践的最佳比例尚未确定，而且可能因个人而异。定期反馈是提高精神运动技能和避免习得错误所必需的。由于监督仍然是培训的瓶颈，ICU人员可能会寻求与其他专业的合作，如心脏病学、麻醉学或放射学。

CCUS的能力评估应包含在培训中，但在评估能力的方式上存在异质性。数字要求和培训持续时间不能保证能力。研究报告称，在基本超声心动图方面，至少有25到50人能够证明自己的能力。对于非心脏模式，没有明确的研究；推荐的数字是基于专家的意见。建议专家主管评估独立执行的扫描的质量、完整性和解释准确性。尽管已经实施了国际标准化和认证的尝试，但未经认证的做法仍然很常见。

保持能力仍然是一个令人关切的问题，因为短期培训后保留技能的情况多种多样。有必要由专家对扫描进行系统的存档和审查，以确保继续教育和质量保证。

ACCE培训：一种有用的模式

2014年，欧洲重症监护医学会(ESICM)发布了一份高级重症监护超声心动图(ACCE)培训专家声明。工作组提出，鉴于ACCE的复杂性，它需要一个正式的认证程序，声明中详细阐述了这一程序。这个框架被用来开发欧洲超声心动图文凭(EDEC)。EDEC项目由ESICM工作组开发和管理，自2016年以来一直在运作。北美的重症监护协会已经通过国家超声心动图委员会(NBE)制定了类似的认证计划，该计划自2018年开始运作。虽然这两个认证过程有一个相同的目标，即确保ACCE的能力，但它们在过程的某些方面有所不同(表2)进入EDEC认证过程需要具备基础水平的超声心动图能力，因为这是任何ICU人员的初始培训的一部分。NBE认为ACCE本身的能力包括基础水平的危重超声心动图能力，因此对基础水平的超声心动图能力没有明确的要求。目前，EDEC认证必须具备经胸和经食道超声心动图(TEE)能力。NBE可能会将TEE添加到他们的认证中。尚不清楚在以患者为中心的结果方面，ACCE是否比CCUS(包括基础水平超声心动图)更具优势；这还需要进一步研究。

这两个正式认证计划的成功提出了一个问题，即这种确保能力的模式是否可能适用于CCUS的其他部分。这是一项有争议的提议。2014年参与撰写ESICM能力声明的专业协会建议不对CCUS进行正式认证。这一立场的理由是，CCUS培训应纳入重症监护培训。如果是这样的话，要求CCUS的特定认证意味着其他常规程序，如呼吸道管理或支气管镜检查等，也将需要认证过程，从而打开潘多拉盒子，即这可能导致对所有类型的标准ICU程序的认证要求。

ACCE认证过程的成功表明，应重新考虑这一建议。CCUS的标准课程和标准化的测试程序，包括图像采集和解释，将确保受训人员具有适当的技能水平。由此产生的认证将确认ICU人员在CCUS中是称职的。这将复制ACCE认证目前存在的情况，即如果一名重症医师通过了ACCE的EDEC或NBE认证，这将确保他们具有高水平的能力。由于CCUS目前的培训质量参差不齐，一个正式的认证过程将确保声称有能力的CCUS的ICU医师是真正胜任的。考虑到ACCE项目的经验，CCUS认证过程的开发机制将相对简单。一项重大挑战将是建立一个国际公认的、统一的能力定义，类似于为非洲经济委员会确定的定义。所有ICU医师都在CCUS接受充分培训的想法是一个令人钦佩的目标，但目前只是一个抱负。超声仪只有在有能力的医师操作的情况下才能挽救生命。目前的现实是，只有通过与ACCE认证质量类似的正式认证过程，才能确保医师的能力。

研究：CCUS真的能拯救生命吗？

虽然个体ICU医师可以回忆起一些戏剧性的发现，如果不被发现，可能会导致患者死亡(例如心包填塞、张力性气胸等)；但有思想的ICU医师会问这样一个问题：是否有研究解决这个问题，或者我们必须依靠个人经验和直觉判断来支持CCUS的效用？

2017年，ICM发布了一份关于CCUS的研究议程，其中提出了应进行的十项研究，以进一步支持其效用。五年后，尽管发出了强烈的号召，但关于CCUS的研究并没有取得太大进展。我们认为这有两个原因。首先，使用CCUS的医生自然认为它可以拯救生命。由于缺乏临床实践，已将CCUS完全纳入床边实践的ICU团队不会倾向于参与被禁止使用CCUS的前瞻性随机对照试验。第二个原因是，需要三个条件来证明CCUS拯救生命(图1)；一台全天候可用的足够的超声仪；经过充分培训的能够准确执行和解释CCUS研究的医生，这两项都已经讨论过；以及使用结果指导患者治疗的标准有效方案。虽然机器现在随处可见，但其他两个要求可能更难实现。就像研究血流动力学监测方法一样，当研究CCUS时，所获得的数据必须足够准确和相关，以影响治疗决策，并且基于系统指导方案的管理变化可能会改变结果。

对不同地点(ICU、急诊科、手术室)CCUS的研究表明，目前旨在证明CCUS可以拯救生命的研究在设计、质量、人群、目标和结论方面都非常不同。一些研究表明中性效应，另一些甚至超声仪可能会恶化预后。我们最近对进行和报告重症监护超声心动图研究的方法进行了系统的回顾和文献评价。在发现的256项研究中，我们发现在LV收缩和舒张期功能、RV功能、液体管理和先进的回声技术领域，设计和报告总体上很差。例如，呼吸机设置，即呼气末正压、平台压力和潮气量，分别只有32%、19%和28%的病例报告，而这些设置对于充分解释检查并相应地适应管理至关重要。这导致了建议，有足够的方法来进行和报告重症监护超声心动图研究(参考文献，而且，这也意味着CCUS的研究)。

然而，有一些合理的直接或间接数据表明，CCUS实际上可能会拯救生命。在考虑超声对预后的影响时，它的作用可以区分为对手术指导的作用和对危重疾病的诊断和治疗的作用。超声在ICU中可用于指导各种操作(例如，中心静脉插入、胸腔穿刺术、积液穿刺术、ECMO插管等)。与盲插技术相比。许多研究报道，超声引导的中心静脉导管置入技术可以增加成功率并减少副作用，这可能会改善结果。最近在354名儿科危重患者中进行的一项前瞻性多中心观察性研究发现，与里程碑式的技术相比，血管超声检查与首次尝试成功率的提高、穿刺量的减少以及因此较少的并发症有关。显而易见的是，有了超声检查控制，装置插入的安全性会比没有超声检查控制时更高，因此我们假设，在有超声检查的ICU中，超声引导下的针和装置插入现在是“行业标准”。

关于CCUS可能由于其对诊断和治疗的影响而改变患者结局的可能性，在一项对165名患者进行的前瞻性观察对照研究中，床边使用UPUM的方案改善了充分诊断的比例、初始治疗的时间和潜在的结果。在一项对367名慢性血液透析患者进行的随机多中心试验中，透析前肺超声(LUS)评估肺充血程度以滴定超滤，在一年半的随访后降低了失代偿性心力衰竭和心血管事件复发的风险。在血流动力学稳定后需要肾脏替代治疗的危重患者中，如何观察到类似的结果仍有待评估。在123名因心力衰竭入院的患者中，在出院后180天的随访中，随机分组，鼓励医生根据B-线的数量修改利尿剂治疗，导致患者接受更多利尿剂，减少紧急就诊，因心力衰竭恶化而住院，以及死亡(综合结果)。未来在ICU逗留期间可能会评估类似的方法。在荟萃分析中评估了床旁超声检查在急性呼吸困难患者中的各自的益处、危害和诊断准确性。在59名脱机引起肺水肿的高危患者中，在自主呼吸试验之前和之后立即进行超声心动图检查有助于优化治疗，主要是通过促进液体负平衡来提高脱机成功率。对6361名因脓毒症在ICU住院的患者进行的MIMIC-III数据库分析发现，51%的患者接受了正式的经胸超声心动图(TTE)检查，该检查由超声医师完成，并由心脏病专家进行翻译。这与第一天的液体平衡更积极和更多地输注多巴酚丁胺有关。第28天的死亡率显著降低，患者更快地脱离血管升压药。从全国住院患者样本中，2001至2011年间，超声心动图的使用率有所增加，并与心力衰竭、脓毒症和急性心肌梗死患者预后的改善有关。在90例感染性休克的儿童患者中，随机进行系列超声心动图引导治疗的患者的休克逆转时间较短，液体平衡较低，较早开始多巴酚丁胺输注的比率较高，且因未解决的休克而死亡率较低。在一项包括550名休克患者的随机对照试验中，使用一次性TEE探头更连续地监测血流动力学表明，低灌流症状消失的时间、器官支持的持续时间、住院时间和在ICU的死亡率没有差异，而血流动力学不稳定中止在前72小时内较短。最后，在86名因感染性休克住院的患者中进行的随机对照试验，比较了早期目标导向疗法和CCE目标导向疗法，结果显示CCE组在12小时和24小时的累积输液量和液体平衡较低，并且6小时的乳酸清除率得到改善。

没有设计良好的大型前瞻性随机对照研究令人信服地证明CCUS可以改变危重疾病的死亡率或发病率。现有的文献只是暗示了积极的影响，对于在日常实践中使用CCUS的一线重症医师来说，这可能仍然是现实。

考虑到很难找到对CCUS具有临床平衡的ICU团队，需要确保超声成像的准确性，确定图像解释正确的挑战，以及对结果预先确定的任何治疗进行标准化的困难(患者群体的异质性和临床管理其他方面的变异性)，使得很难想象会有循证证据表明CCUS，就像在ICU广泛使用的其他成像方法一样，改变危重疾病的结果。成像是重症监护实践中的一个关键要素，因为它被用来确定诊断。现代医疗实践的一个基本原则是，了解准确的诊断可以改善患者的治疗，这可能产生有效的治疗。由于CCUS和CT扫描、MRI和胸部摄影一样，都是成像手段，它们的作用是确定诊断。它们不是治疗性的，因为只有临床医生根据感知到的诊断来决定治疗。与其关注一种特定的成像方式本身是否会改善结果，未来的研究活动可能更好地专注于如何培训ICU人员进行CCUS，并将其结果整合到一线ICU功能中。

结论

B超、CT、MRI和标准X光检查在ICU中有共同的用途，因为它们帮助重症监护室的医生得出诊断。临床医生使用这些信息来制定治疗策略。CCUS具有独特的优势，即成像设备掌握在一线ICU人员手中，可立即、重复、连续和目标定向使用。咨询超声检查服务和先进的成像模式将始终在ICU中得到重要应用，但高质量车载机和UPUM的广泛使用使超声诊断机在拯救生命方面具有独特的地位。这既适用于资源充足的ICU，也适用于资源有限的ICU，其中UPUM作为主要成像方式有主要应用。在图像获取、图像解释和认知基础方面的能力使强化患者能够使用超声仪拯救生命。这只能通过充分的培训来实现。

来源：Intensive Care Med

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