扩展肺部超声鉴别重症患者肺炎和肺不张的诊断准确性研究--【大知闲闲】

扩展肺部超声鉴别重症患者肺炎和

肺不张的诊断准确性研究

 

 

 

翻译:福建省立医院重症医学三科 张红璇

校译:北京协和医院重症医学科 陈焕

 

目的:确定扩展肺部超声评估诊断的准确性,包括评估支气管充气征和彩色多普勒成像,以鉴别胸片表现为实变患者的肺炎和肺不张。将该方法与简化临床肺部感染评分(CPIS)、肺部超声临床肺部感染评分和急诊床旁肺部超声方案进行比较。

 

设计:前瞻性诊断准确性研究。

 

单位:采用选择性消化道 净化(SDD)的成人ICU。

 

患者:在入院期间的任何时间因任何指征接受胸片检查的成年患者。排除患有急性呼吸窘迫综合征、新冠病毒感染、严重胸部创伤和采取感染隔离措施的患者。

 

干预措施:无。

 

测量和主要结果:在胸片拍摄后24小时内进行肺部超声检查。评估实变组织是否存在动态支气管充气征,以及彩色多普勒成像中是否存在血流。超声评估后记录临床数据。主要结果是动态支气管充气征和彩色多普勒成像单独和在决策树内鉴别肺炎和肺不张的诊断准确性。在120例患者中,51例(42.5%)被诊断为肺炎。动态支气管充气征的敏感性为45%(95%CI,31-60%),特异性为99%(95%CI,92-100%)。彩色多普勒成像的敏感性为90%(95%CI,79-97%),特异性为68%(95%CI,56-79%)。联合决策树的敏感性为86%(95%CI,74-94%),特异性为86%(95%CI,75-93%)。急诊床旁肺部超声方案具有100%(95%CI,93-100%)的敏感性和0%(95%CI,0-5%)的特异性,而简化临床肺部感染评分和肺部超声临床肺部感染评分分别具有41%(95%CI,28-56%)的敏感性、84%(95%CI,73-92%)的特异性和68%(95%CI,54-81%)的敏感性,81%(95%CI,70-90%)的特异性。

 

结论:对于胸片上肺实变的重症患者,扩展肺超声方案是一种准确、直接的床边床旁实用工具,可用于鉴别肺炎和肺不张。它优于标准肺超声和临床评分。

 

关键词:支气管充气征;肺不张;彩色多普勒;肺;肺炎;超声

 

弥漫和局部实变是ICU患者胸片(CXRs)的常见表现,可归因于这些患者(呼吸机相关)肺炎和肺不张的高发病率。区别这些浸润性改变的根本原因,即区分肺炎和肺不张,具有重要的治疗意义,因为肺炎与住院时间和死亡率增加相关。因此,快速准确的诊断至关重要,但通常受到以下因素的限制:体格检查和CXR的可靠性较低,证明培养物中存在细菌生长所需的时间,以及缺乏CT等其他诊断工具。虽然肺部超声在这方面已成为一种重要的床旁成像替代方法,明显优于CXR,但目前的诊断方案并未针对存在不同基础病因的实变率较高的人群来制定。

 

因此,研究了扩展肺部超声测量的诊断益处,如在彩色多普勒成像上评估动态支气管充气征和脉动血流。前者已被证明对肺炎具有高度特异性,而后者已被证明具有高度敏感性。如下所示,随后的研究单独或作为评分系统的一部分评估其诊断价值,如临床肺部感染评分。虽然这些研究的结果似乎很有希望,但证据仅限于相对较小且经过高度筛选的患者群体。此外,没有研究评估多种超声模式的联合评估是否能提高鉴别肺炎和肺不张的诊断效能。

 

本研究的目的是确定动态支气管充气征和彩色多普勒成像对肺部浸润性病变患者肺炎的诊断准确性。在联合超声方法中,分别评估两种超声测量的诊断准确性,并与现有临床方案和评分进行比较。

 

材料和方法

 

这项前瞻性的诊断准确性研究是在综合和外科ICU(阿姆斯特丹大学医学中心,位于荷兰)中进行的,其采用了选择性消化道净化。该方案经当地伦理委员会批准,并在荷兰试验注册处注册(注册标识:NL9186)。获得所有患者或其近亲的书面知情同意。在进行超声测量72小时后,对患者进行随访,直到革兰氏染色和培养物可用于确定诊断(见下面的参考试验)。遵循诊断准确性研究报告标准指南。

 

患者

 

研究人群包括入住ICU的成年(>18岁)患者。如果进行了CXR并且临床团队观察到任何实变影像,则患者有资格入选。患者只能纳入一次。对于是否接受机械通气没有进行挑选。排除标准为急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、新冠病毒感染、创伤所致严重胸部损伤或接触隔离。根据科研人员的可用性,患者在工作日登记,并以流程图的形式呈现。在CXR后24小时内进行超声检查。性别、年龄、ICU入院原因、序贯器官衰竭评估评分、机械通气的使用、呼吸机设置和炎症标志物在完成超声检查后直接从患者身上获得。在非机械通气患者中,根据氧气支持模式计算Fio2。对于鼻罩或面罩通气,每分钟供应的氧气每升增加4%,从1升/分钟的基础值24%开始计算。对于高流量鼻腔给氧疗法,根据设置使用准确的百分比。没有使用其他方式(如非呼吸面罩)。

 

参考实验

 

参考试验为综合的参考标准。它是通过主治医师(全部临床经验>10年)和独立研究人员(同时担任ICU医师)的临床诊断共识建立的。两人对彼此在诊断和进行超声测量时均为盲法。如果一致,则确定诊断。如果出现分歧,第三位独立研究人员(同时担任ICU医生)将被要求解决这一问题,但这一点从来未被需要。主治医师和独立研究人员都可以查阅完整的病历,该病历提供了生命体征(如体温、呼吸频率、脉搏、血压)和实验室检查结果(如白细胞计数、C反应蛋白水平、革兰氏染色和培养、气管分泌物和CXR)的信息。只有主治医师参与了与其他重症医师(微生物学和放射科)的日常查房,该科提供关于传染病、伴随治疗和成像结果的更新和建议。

 

由于我们假设肺不张和肺炎可以共存,考虑到肺炎治疗的重要性,如果两种诊断都成立,患者被归类为肺炎患者。

 

指标评价实验

 

指标评价实验是研究人员直接在床旁进行超声测量得出的诊断结果。这名研究人员对患者电子健康记录和参考测试中的所有临床数据都是盲的,但知道在CXR上看到的实变影和床边床旁监护仪上的可用信息,因为这不能是盲的。基于超声的诊断是通过以下方法得出的(有关测量的详细信息,请参阅下面的图像采集)

 

1) 支气管充气征:动态支气管充气征被认为提示肺炎,而静态支气管充气征的被确定为肺不张。

 

2) 彩色多普勒成像:如果出现脉动血流,则表示患者患有肺炎。如果没有搏动血流,患者被确定为肺不张。

 

3) 组合方法:如图1所示,使用三步分层决策树。

 

 

1:根据决策树进行的患者分布。

 

lusCPIS=肺部超声临床肺部感染评分。

 

首先,评估支气管充气征。如果被认为是动态的,患者被归类为肺炎。鉴于先前报道的高特异性,支气管充气征的评估优先于彩色多普勒成像。

 

其次,对静态支气管充气征患者进行了彩色多普勒成像评估。如果没有搏动性血流,则排除肺炎,并根据先前报告的高度敏感性,将患者诊断为肺不张。

 

第三,如果尚未建立基于超声的分类(即静态支气管充气征和存在搏动血流),则在完成超声检查后提供计算肺部超声临床肺部感染评分(LUS-CPIS)所需的临床数据。如果该评分大于4,则该患者被归类为肺炎,否则归类为肺不张。

 

急诊床旁肺部超声(BLUE)方案、简化临床肺部感染评分(sCPIS)和肺部超声临床肺部感染评分(lusCPIS):根据原始文章的建议确定诊断。

 

图像采集

 

超声测量由五名独立研究人员、四名具有丰富超声经验的研究人员(超过2年的常规超声使用)和一名具有基本经验的研究人员(超过40次监督检查)进行。所有图像均通过飞利浦CX50超声机(荷兰阿姆斯特丹Koninklijke Philips N.V.)获得。按照BLUE方案进行测量,并在PLAPS(Postero Lateral Alveolar and Pleural Syndrome)点进行额外测量(见下文)。使用2-5MHz腹部探头或1-5MHz心脏探头获取前部BLUE点。根据制造商对肺部超声的建议,禁用组织谐波成像。图像深度设置为16厘米。对于PLAPS点,使用1–5 MHz心脏探头,操作员可自由调节图像深度,以获得最高的图像质量。根据研究者的喜好,在B超模式下评估支气管充气征。它们被确定为实变组织内的小点状或线性高回声伪影。如果运动与患者的呼吸周期一致(即吸气时高回声点向远端肺野移动,见图2),则将其归类为动态支气管充气征。

 

用彩色多普勒成像评估肺血管血流。为了最大限度地提高低速流的灵敏度,速度刻度设置为0.25米/秒。为了避免相邻结构的干扰,彩色多普勒评估的窗口被最小化。如果在实变组织的任何部分通过几个呼吸循环看到脉动的树状、弯曲或均匀分布的碎片状血管结构,则认为存在血流(图2)。

 

 

2:动态支气管充气征和彩色多普勒成像。1A→1B→1C,根据心跳改变血流。2A→2B→2C,吸气时动态支气管充气征(圆圈内的高回声点)向更远端的肺移动。

 

重复性

 

对于支气管充气征和彩色多普勒成像的重复性分析,在研究完成后,每个类别随机选择20个未识别片段(即20个支气管充气征和20个彩色多普勒成像图像)。然后,所有参与数据采集的研究人员被要求对片段进行独立评分,并对彼此进行盲法评估,以评估参与者之间的可靠性。第二天,所有研究人员按照随机顺序重新评估了同一组图像的内部评分可靠性。

 

统计分析

 

我们的目的是探究联合方法的敏感性和特异性,误差幅度为10%。假设患病率为40%,敏感性为85%,特异性为80%,所需样本量为118。还包括另外两名受试者,以说明潜在的数据丢失。

 

整个队列和每次诊断的基线特征(肺炎与肺不张)使用Shapiro-Wilk检验、直方图和Q–Q图对这些数据进行正态性测试,并在适当时以平均值±标准差、四分位数范围的中间值或数字(百分比)表示。作为最终诊断的肺炎和肺不张之间基线特征的差异采用独立样本t检验、Mann-Whitney U检验或卡方检验(如适用)。诊断试验效能为敏感性、特异性、阳性和阴性预测值、阳性和阴性似然比以及诊断准确率,所有这些都具有95%的CI。诊断准确率计算为真阳性和真阴性病例之和除以所有病例。用Cohen的kappa评估图像来评估测试者彼此之间和测试者本身获取图像的可信度。小于0.05的P值被认为具有统计学意义。使用SPSS IBM版本22和R统计软件版本3.6进行统计分析。

 

结果

 

这项研究是在我们的重症病房(2018年9月至2020年1月和2020年9月至2020年12月)的第一次2019新冠病毒大流行分割的两个独立时间间隔内进行的。

 

在128名符合入选标准的患者中,120名患者被纳入最终分析:128名患者中有126名(98.4%)可以获得超声图像,另外6名患者因符合ARDS诊断(n=4)和撤回同意(n=2)而被排除在外。无法获得图像的原因是一名患者的背外侧手术敷料过大,另一名患者没有任何基底部实变。在最后的120名患者中,有9名患者(7.5%)的lusCPIS和sCPIS计算数据缺失。对于所有这些病例中的lusCPIS,这都不会影响评分的解释:在两名患者中,评分已经高于肺炎的临界值,在七名患者中,添加最后一个缺失参数不会导致评分高于阈值。对于sCPIS,在2例(1.6%)中,这可能导致诊断从肺不张改变为肺炎。

 

在纳入的120名患者中,根据参考实验,51名(42.5%)被诊断为肺炎。在诊断为肺炎和肺不张的患者之间,发现基线特征存在一些差异,最显著的是炎症标志物和生命体征(表1)。

 

 

表2显示了肺炎与肺不张患者的血流、静态和动态支气管充气征以及决策树分类。产生的试验特性如表3所示。

 

 

 

测试者彼此之间和测试者本身可信度范围从较大到极好的一致性。评估支气管充气征时,测试者本身kappa值的范围为0.77(95%可信区间,0.47-1.00)至1.00(95%CI,不适用),彩色多普勒成像的范围为0.68(0.35–1.00)至1.00(95%可信区间,不适用)。测试者彼此间支气管充气征和彩色多普勒成像一致性分别为0.86(95%可信区间,0.72-1.00)和0.79(95%可信区间,0.65–0.92)。

 

讨论

 

本研究的主要发现是动态支气管充气征具有很高的特异性,彩色多普勒超声检测搏动血流的存在对诊断具有很高的敏感性,而扩展肺超声流程(即决策树)在检测在CXR上发现实变的ICU人群中的肺炎时具有较高的诊断准确率。此外其他重要的发现是,扩展肺部超声方案优于先前公布的方案,动态支气管充气征和彩色多普勒成像的评估具有良好的可靠性。因此,我们的结果丰富并证实了以前的文献,证明使用扩展肺超声可以准确检测ICU患者的肺炎。

 

虽然标准肺部超声已经显示出可以有效诊断肺炎,但应该承认这些研究存在一些局限性。这些研究是在不同的环境下进行的,例如急诊科,使用包括肺不张和肺炎在内的肺泡实变等综合诊断类别作为一个发现,或使用其他临床参数进行鉴别。在ICU,大部分患者使用机械通气,并通常使用镇静剂和处于制动状态,基底实变是一种非常常见的现象,阻碍了诊断,并需要进行更详细的检查。在我们的研究中,我们使用BLUE方案证明了这一点,并意识到这超出了其预期用途,它提供了一种高度敏感的检测肺泡实变的方法,但无法区分潜在的病因。从逻辑上讲,所有患者都有(双)肺(基)底部实变,因此无论是否进行前肺部检查,最终都诊断为肺炎。

 

其他评分工具,如临床肺部感染评分(基于重要参数、培养和影像的评分系统)也被开发出来,以帮助临床医生确定肺炎的诊断。然而,一些研究表明,其诊断准确率充其量是中等的。最近,一项对胸外科患者的观察性研究表明,简化版的评分(包括更少的参数,并用彩色多普勒成像代替CXR的评分)优于原始版本。我们报告了在对超声参数进行预选后应用评分的决策树的更高诊断准确率。这进一步强调了扩展肺超声评估的附加价值。有趣的是,在我们的研究中,lusCPIS本身具有一个较低的敏感性,但与建立评分的研究相比有着较高的特异性。我们认为这可能是由于研究人群(通气、心胸外科手术后患者对比在CXR上实变影的普通ICU患者)的差异,这可能会影响评分的非肺部超声项目。此外,我们假设我们可能对血流的存在使用了更严格的定义,确定它更频繁地“不存在”。后者强调了充分的图像采集和图像重复性问题所需的专业知识的重要性。虽然我们在研究中没有对前者进行评估,但我们能够证明,测量血流和动态支气管充气征的评估在测试者本身和测试者彼此之间具有较好的一致性。据我们所知,这是第一个评估这一点的研究,它提供了一个强有力的论据,支持扩展肺部超声作为鉴别肺炎和肺不张的工具。然而,应该注意的是,重复性是由经验丰富的研究人员进行评估的,在经验较少的人员中可能会更低。

 

鉴于良好的重复性,评估的指标和决策树也可以在疾病过程中反复使用,以监测疾病进展和治疗效果。最近的研究表明,在这方面,标准肺超声是一种可行的工具,但目前缺乏将扩展肺超声作为监测工具的研究,这需要更多研究。

 

我们研究的一个重要考虑因素是,建议的决策树依赖于可用的测量值来区分肺炎和肺不张。这与sCPIS评分形成鲜明对比,sCPIS评分部分依赖于更耗时的变量,如革兰氏染色和血液或痰培养中的细菌生长。这是一个重要的优势,因为它可能会缩短抗生素治疗开始或停止/保留的时间。可以将此作为第一个决策步骤,如果临床环境允许保留抗生素或诊断中的不确定性,则利用培养结果和呼吸机相关肺炎肺部超声评分。我们的决策树或这种组合方法是否会导致临床结果的量化差异,如使用呼吸机的时间、ICU的住院时间甚至死亡率,这也是一个重要的问题,需要在未来的研究中进行调查。

 

我们研究的另一个重要方面是理解所用超声的生理意义。例如,实变肺组织中无血流本身并不能证明肺不张是潜在的疾病,但与存在血流相比,该区域的分流程度较低。在阻塞性疾病情况下,肺泡充满空气变得比非阻塞性疾病更困难,从而导致更多局部缺氧和更多血管收缩的前提下,肺不张的诊断更加有可能,但尚未得到证实。同样,动态支气管充气征的存在并不一定证明肺炎的存在,该征象表明有液体填充但气道通畅,而这更可能在肺炎发生发展中存在。同样,应该注意的是,我们将肺炎和肺不张的区分作为最重要的类别,而没有分别区分社区获得性肺炎、医院获得性肺炎或呼吸机相关性肺炎和再吸收、压迫或阻塞性肺不张。正如先前文献中所建议,由于它们潜在的病理生理学不同,这也导致相应超声图像的产生。这些细微差别,加上其他超声检查结果,如胸腔积液的性质和量、静态支气管充气征类型或对比增强超声,可能进一步支持CXR上肺实变的鉴别,并应在未来的研究中进行研究。

 

综上所述,我们认为扩展肺部超声方案结合了血流评估和动态支气管充气征,是临床实践中一个有用的工具,可以在床旁快速区分肺炎和肺不张。

 

局限性

 

这项研究有几个重要的局限性。首先,检查总是由在超声方面有经验的研究人员进行。虽然基础肺部超声具有陡峭的学习曲线,但根据我们的经验,检测动态支气管充气征和正确解释血流信号需要大量的实践。其次,在ICU上诊断肺炎是困难的,只有通过尸检分析才能保证确定性。因此,作为替代,我们依赖两位临床医生的一致诊断,这与之前两项评估肺炎诊断工具的研究一致。虽然这种方法因其可行性和准确性而被普遍使用,但需要更精确的替代方法,即不依赖尸检分析的金标准。同时,我们应该记住,已确定的诊断不是最终诊断,如果用作参考实验,它可能会影响指标实验的准确性。第三,尽管我们纳入了异质性ICU人群以增加普遍性,但肺炎的发生率正如预期的那样高,这影响了预测值,如阳性预测值和阴性预测值。然而,敏感性、特异性和似然比受影响较小。第四,与前一点一致,在我们的ICU中,选择性消化道净化是标准程序,这可能会影响肺炎的发病率,这是由于早期抗生素干预,但也由于高频率的标本送检。第五,值得注意的是,sCPIS在通气患者中得到验证,但在我们的研究中,也对非通气患者进行了计算。在我们的研究中,这可能导致测试的诊断准确性降低。最后,这是一项单中心观察性研究,可能会限制外部效度。然而,多个操作员参与了图像采集,与以前的研究相比,相对较大的样本量可以缓解这一问题。

 

优势

 

这项研究也有一些重要优势。首先,与之前的研究相比,我们包括了一个异质性和相对较大的样本量,并且有几个不同的研究人员进行了超声测量。这增加了研究的外在效度。第二,据我们所知,这是首次将支气管充气征和彩色多普勒结合起来诊断肺炎的研究。第三,所提议的决策树只依赖床旁和快速可用的信息来进行诊断。

 

解读

 

CXR显示肺实变的ICU患者使用基于支气管充气征和搏动血流测量的扩展肺部超声方案,这是一种准确、直接的床旁可用的诊断工具,可用于鉴别肺炎和肺不张。它优于标准肺超声和临床评分。

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