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超声定量评估技术的临床应用及技术层面相关新进展

2021

06/24

古麻今醉

A-

A+

肺部超声作为一种无创、快捷的检查方式越来越多的应用于不同的领域。然而肺部超声技术对不同的操作者具有不一致性，因而未来超声自动化分析将作为新的领域为患者服务。

摘要：

肺部超声越来越多地用于急诊科、内科病房和重症监护病房——成人、儿科和新生儿。体外和体内研究表明，可视化的伪影数量和类型随肺密度而变化。定量肺部超声方法的提出由此而来，开辟了不仅用作诊断而且用作监测工具的新前景。因此，过去几年提出的多评分系统具有不同的技术方法和特定的临床适应症，适用于慢性疾病以及急症患者。多个评分系统可能会引起临床实践的医生使用时产生混淆。2021年Mongodi S等人在Anesthesiology上发表的综述系统全面的描述了各种肺部超声评分系统，旨在阐明在不同环境中定量肺超声的使用，重点关注技术方面、参考技术的验证和临床应用。

引言

近年来，肺部超声技术越来越多地应用于危重患者的评估。伪影（A 线和B 线）的解释、胸膜的分析以及真实图像（实变和胸腔积液）的可视化显着改善了急性呼吸衰竭的鉴别诊断。也有人建议肺超声技术影响着重症监护病房 (ICU) 中的治疗管理和可以减少胸部X线片使用。肺部超声现在已经从重症患者转移到慢性患者，用于评估慢性心力衰竭、血液透析和自身免疫性疾病的肺部受累情况。

尽管定性肺超声可对肺进行形态学评估，但随着对肺衰竭不同病因的识别，定量方法对于从诊断用途转向监测用途至关重要。一项体外研究表明，B 线的数量和合并与肺密度相关，并且在单肺通气期间逐渐缺氧萎陷的肺中观察到类似的模式。

这就产生了一个假说，即非通气的肺可以根据可视化的伪影的数量和类型来量化。此后在不同的临床环境中开发了许多评分系统（表1）。多种定量方法可能有助于使该技术适应不同的情况，但也可能引起医生之间的混淆。该综述描述了不同的评分技术、特定的技术方面和适当的临床应用。

急性内科患者的方法

技术方面

超声检查结果与肺通气减少之间的相关性引起了人们的关注，因为借助手持设备，肺部超声在床边容易获得、快速且可重复。任何探头都适用于肺部超声检查（图 1），而凸阵探头和微凸探头是急诊科最常用的探头。探头通常是纵向定向——垂直于肋骨——因为这样可以清楚地识别蝙蝠征，对应于上下肋骨和胸膜线（图 2）。

紧急情况下扫描包括八个区域，每个半胸有四个胸部区域：上下前区和上下侧区（图 3）。在急诊科，检查重点是识别B阳性区域，由B模式定义——肋间至少有3条B线（图4）——以及它们如何随着手术和内科治疗而变化。

使用参考技术进行验证

肺超声结果与血管外肺水密切相关，通过经肺热稀释（脉搏指数连续心输出量）测量。A型（即肋间隙中的A线或不超过两条B线，具有可见的肺滑动）预测低血管外肺水，而B阳性区域的数量与血管外肺水相关。然而，为了正确估计楔形压力，建议与超声心动图测量相关联。

急性心力衰竭

当与其他评分相结合时，如Brest评分，系统的肺部超声评估可改善急性心衰的诊断。B阳性区域的数量与左心室舒张功能障碍、肺动脉高压、二尖瓣关闭不全的严重程度和氨基末端脑钠肽前体之间提供了良好的相关性。作为肺实质气液比的一面镜子，肺部超声还可以帮助指导液体复苏，避免液体超负荷影响肺功能的风险。

心衰的体征和症状在晚期明显，症状与体征消失并不总是与真正的心衰改善有关。这可能导致不正确的滴定治疗和过早出院。

用于评估血管外容量的先进侵入性方法虽然可靠，但并不适合急诊科。如今，胸部X线和血浆脑钠肽浓度被认为是诊断急性失代偿性心力衰竭分期的标准无创方法。Volpicelli等人发现B阳性区域的减少与血管外肺水的减少以及胸部X 线和血浆脑钠肽的改善之间存在一致性。对血液透析患者的进一步研究发现，血液透析期间B阳性区域的减少与体重减轻之间存在显着相关性。

肺部原发性感染

在出现急性呼吸衰竭的患者中，每个半胸四个常规区域中评估的B线总数已用于区分肺部原发感染与失代偿性心力衰竭中的过度感染：后者通常具有明显更多的B线。简化的肺部超声评分系统，类似于ICU中使用的评分系统（参见“重症患者”部分），但仅限于每个半胸三个区域，也可以预测脓毒症患者的住院死亡率。

图1.最常用于肺部评估的超声探头的主要特点

危重患者

技术方面

在ICU，肺部超声评分是最常用的评分系统。它根据扫描中可视化的伪影区分通气损失的四个渐进步骤：得分0，正常通气（A线或不超过两条B线）；1分，中度通气损失（三个或更多间隔良好的B线）；2 分，通气严重丧失（合并B线）；3分，完全失去通气（组织样模式；图4和5）。这些步骤以前被称为N、B1、B2和C。这个分数是在每个半胸的六个区域计算的：前、侧和后区由胸骨、前腋线和后腋线识别；每个字段分为上和下区域（图 3）。

建议从前胸开始使用线性探头，如果观察到实变，则切换到相控阵或凸探头。一旦胸膜被正确识别，与肋间平行的横向方法将是首选：它可视更宽的胸膜和更多的伪影（图 2）。

肺部超声评分易于学习（25次检查）且可重复，用于图像采集和解释。完整的检查需要 10 到 15 分钟。最近提出了一个三级能力金字塔：在该领域发表多篇论文的学术教师；超过25个监督程序和200个非监督程序；以及至少25个监督程序和少于200个非监督程序。作者建议在学习曲线开始时进行日常练习。

使用参考技术进行验证

区域评分显示与定量计算机断层扫描测量的肺密度有很强的相关性。整体肺超声评分计算为区域评分的总和；因此，总分范围为0到36。它与通过脉搏指数连续心输出量测量的血管外肺水呈良好的线性相关，通过定量计算机断层扫描与肺密度有很强的相关性，尽管在呼吸窘迫综合征（ARDS）急性期有高估肺通气损失的趋势。

最近的一项研究建议根据受伪影影响的胸膜百分比（如果B线或胸膜下实变明显50% 或更多，则为2分）区分中度和重度通气损失（1分和2分）。这可能会限制高估频繁的局灶性合并和非均质性疾病（如 ARDS、外伤和呼吸机相关性肺炎）患者的通气缺失。与所有其他评分系统相比，这个修改后的评分与血管外肺水的相关性最强，包括自动化；因此，它应该是危重病人区域/全球肺通气评估和监测的首选策略。

图2.同一肋间的纵向和横向扫描。纵向扫描可见蝙蝠标志 - 两根肋骨之间的空间 - 可对胸膜线进行识别。建议初学者和/或如果对胸膜的可视化有任何疑问（例如，疑似气胸和皮下气肿），建议采用这种方法。横向扫描与肋间隙对齐，以便更好地评估肺，因为可以看到更宽的胸膜。

监测肺通气

肺超声评分已用于监测接受体外膜肺氧合的ARDS 患者的肺通气情况；分数的逐渐降低表明受伤的肺逐渐恢复。准确的床边工具对这些患者特别重要，因为运送到放射科涉及高风险，并且标准胸部 X 光片在几乎完全萎陷的肺中无法准确判断。

还可以采用定量方法来监测危重患者对治疗的反应。在需要液体复苏的 ARDS休克患者中，肺部超声评分的变化是最早表明血管外肺水增加是液体挑战的不利影响的参数。超声检测到的肺通气变化比气体交换恶化更容易看到，因为最初可以通过液体复苏对血流动力学的短暂积极影响来改善氧合。基于改变通气治疗前后相同的四种模式计算的通气评分准确检测了呼吸机相关性肺炎中抗生素7天引起的肺通气变化，与定量计算机断层扫描显着相关。

个体化的机械通气

同样，定量方法可用于指导和监测通气策略，包括呼气末正压(PEEP)滴定。只要肺模式可以准确区分为局灶性或弥漫性，个性化的方法似乎确实可以提高 ARDS 患者的生存率。局灶性分布，前侧通气正常，后侧通气严重或完全丧失，表明对内旋：局灶性分布的患者俯卧时肺部超声评分变化较大。

在比较肺超声评分和定量计算机断层扫描的研究中，PEEP诱导的肺复张与肺超声评分之间的相关性未得到证实：计算机断层扫描将复张定义为先前未充气组织的再通气，而肺超声评分检测到通气的任何改善，无论初始状态如何。这种内在差异意味着这两种技术之间不存在任何直接相关性，同时不影响人们对 PEEP引起的肺通气变化进行床边超声评估的兴趣。为了更好地进行比较，可能应该只考虑具有组织样模式的区域的变化。然而，迄今为止，还没有临床研究对此进行评估。

图3.胸部扫描区域。在重症监护病房 (ICU) 中，成人、儿童和婴儿的肺部超声评分在每个半胸的六个区域计算：区域 1 和区域 2，前部区域；区域 3 和 4，横向区域；和区域 5 和 6，后部区域。仰卧位患者无法触及椎旁区域（区域 P）。在新生儿中，主要是在出生后的第一周，检查可以限制在每个侧胸的三个区域：区域 1 和 2，前部区域；和区域3，横向区域。在特定的临床情况下，可以将向后野（区域 5 和 6，如成人和儿童）的扩展视为呼吸窘迫综合征。在急诊科，首选侧重于区域 1 至区域 4 的简化方法。在慢性疾病中，检查每个区域的所有肋间间隙，包括椎旁间隙。

预测机械通气的结果和撤机

在预后预测方面，ARDS 患者机械通气3天后的肺部超声评分可以很好地预测死亡率。在术后患者中，入住 ICU 时的评分高于14分确定了最危重的患者，特异性为90%，并预测了需要延长用于术后呼吸支持的时间。

定量肺部超声也可用于使机械通气脱机更成功：在成功的自主呼吸试验结束时计算，肺部超声评分可以识别拔管失败风险高的患者。有人提出，自主呼吸试验后肺部超声的增加对应于撤机引起的肺水肿，因此可以作为左心室充盈压增加的间接测量。然而，在一组频繁发生潜在舒张功能障碍的老年患者中，自主呼吸试验后肺超声评分的增加不一定是由左心室充盈压增加引起的，事实上，左心室充盈压的增加不一定与肺超声测量的血管外肺水增加有关。导致肺通气恶化并因此导致撤机失败的病理生理机制包括撤机引起的肺水肿以及未解决的潜在肺部疾病或肌肉力量不足引起的肺复张。无论病因如何，肺部超声评分都有助于检测肺部通气的任何恶化，因此是非常准确的工具。已经提出了一种针对于前外侧的简化方法。图 6 中列出了接近要脱离机械通气的患者的流程图。

图4. 超声模式和不同评分系统的相应评分。白色箭头，A 线；*，间隔良好的B线；黄色双点箭头，合并 B 线。

COVID-19 患者

在COVID-19 患者中，与计算机断层扫描相比，肺超声评分可以准确地预测疾病的严重程度；低于13分对应于轻度疾病，而高于 2 3分可以在入院时发现严重肺炎。肺超声评分可用于监测疾病的进展和预测机械通气的需要。口袋大小的设备也提供了评估肺超声评分的良好准确性。在新冠肺炎疫情中，成为临床评估的一部分，一个有价值的工具，帮助优化大流行中临床资源的分配。

围手术期手术患者的处理方法

虽然它最初仅用于排除气胸作为中心线放置的并发症，但肺超声现在在手术室内外的临床实践中引起了麻醉的注意，用于肺通气的定量分析。肺部超声已被用于评估各种围手术期肺部并发症并监测全身麻醉期间肺通气的变化。技术方法类似于危重病人。围手术期肺部并发症——例如肺不张、气胸、支气管痉挛、胸腔积液和吸入性肺炎——实际上会导致更高的死亡率和对医疗保健的更大需求。因此，建议早期发现和及时治疗。

肺部超声评分的计算和监测能够在腹部大手术后及早发现术后肺部并发症。与胸部 X 线片和临床检查相比，肺部超声在检测心胸手术后呼吸系统并发症（肺不张、实变、肺泡间质综合征、胸腔积液和气胸）方面作用更好。其中，术中肺不张是术后肺功能障碍和肺炎、撤机失败、拔管后呼吸衰竭等呼吸系统并发症的主要原因。也有报道在麻醉诱导后立即在肺的依赖部位出现亚临床肺不张。因此，Monastesse 等人发现全身麻醉诱导后主要是在依赖肺区域氧合的下降与肺部超声评分的增加有关。胸膜下实变的改良肺超声评分在气腹后通气缺失方面表现出更高的敏感性。在儿童中获得了类似的结果，其中典型的肺部超声征兆（组织样模式、胸膜下实变和肺滑动消失，肺脉搏存在）准确识别麻醉诱导的肺不张，并通过磁共振成像进行评估。

尽管随机临床试验给出了不同的结果，但有人建议为了限制容积伤和减少肺外伤从而预防术后并发症，必须微调机械通气设置——即基于 PEEP、保护性肺通气和复张操作。通过重复肺超声量化的通气用于监测全身麻醉期间的肺状态。在一项随机临床试验中，Généreux 等人在开放性妇科手术期间将患者随机分配至肺保护组或零 PEEP，主要结果设置为不同围手术期时间点肺部超声评分的差异。保护性通气组全麻期间肺通气下降明显较少。此外，在全麻儿童中，肺超声引导复张操作显着降低了麻醉性肺不张的发生率。

在麻醉后护理中，肺部超声可准确检测出低氧血症患者的围手术期肺部并发症。它对于肺不张（诊断准确率 97.2%）、气胸（诊断准确率 96.7%）和胸腔积液（诊断准确率 95.1%）是可靠的，显示出与胸部计算机断层扫描的良好一致性。肺部超声评分与胸外科手术后肺不张的定量体积数据之间也有良好的相关性。

图5.用于使用不同的评分系统进行记录的表格。

图6.一种在超声引导下脱离机械通气的系统方法。

儿科和新生儿危重病人

技术方面和使用参考技术的验证

定量肺超声是儿科和新生儿重症监护中的一项最新技术，它使用的评分系统与“危重患者”一节中最初描述的评分系统非常相似。通过将每个半胸的扫描区域从6个减少到3个，简化了儿科评分，在每侧变为一个单一的侧区，无需检查后侧，但它有完全相同的肺超声标记。因此，简化的肺部超声评分从 0 到 18。做出这一选择是因为儿科评分最初是针对胸部较小的新生儿和婴儿提出的，这使得用于成人的划分变得困难。此外，他们经常从仰卧位移动到俯卧位（和背部）作为常规护理。这使得扫描后肺区域的价值降低，至少在患者最近移动时是如此。然而，这些区域对于蹒跚学步的幼儿和年龄较大的儿童以及在给定时间后或出于呼吸护理原因故意放置不同位置的婴儿都很重要。简化的肺部超声评分已针对多种氧合措施进行了验证，例如计算机灰度分析和可用表面活性剂的量。

考虑到较小的胸部，肺部超声评分是使用高频小型线性或微线性“高尔夫球棒”探头计算的。然而，这必须明确适应患者的体型、皮下组织的数量和可用的设备。

无论操作者的经验如何，肺部超声评分计算都具有很高的观察者间一致性。此外，评分所依据的基本肺部超声征象的解释不受使用不同探头的影响，当新手操作者对新生儿使用凸探头时，分数仅略有下降。

临床医生对肺部超声基本体征的视觉解释和计算机评估也进行了比较，有趣的是，计算机分析并不比专家的准确。简化的肺部超声评分与原始肺部超声评分具有相同的内在局限性，也需要改进关于以下内容：（1）要扫描的胸部区域的数量和范围，（2）要考虑的组织样模式的大小，以及(3) 可能针对患者的较大体重/年龄进行修改。

与成人一样，已经提出了更简单的评分，基于B线计数或整个新生儿胸部扫描中的简单模式识别。当因缺乏训练或设备而无法获得更详细的评分时，它们可分别用于对先天性心脏缺陷引起的肺水肿婴儿进行随访，或对早期的呼吸衰竭进行首次评估。

表面活性剂和支气管肺发育不良

肺部超声评分在预测患有呼吸窘迫综合征的早产儿和极早产儿对表面活性剂的需求方面具有显着的准确性。为此，已经提出了一种称为 ESTHER（超声引导表面活性剂疗法）的超声引导表面活性剂策略。后续研究报告了类似的发现，一项荟萃分析最终证实了肺超声评分在指导表面活性剂替代方面的准确性。

该评分还成功地用于指导患有进化性支气管肺发育不良（最近也称为早产儿慢性肺功能不全）的婴儿的呼吸护理，并预测支气管肺发育不良。肺部超声评分用于监测极早产儿的肺通气和功能；结合胎龄，他们准确地预测了从出生第七天开始的支气管肺发育不良。

慢性疾病

技术方面

床边肺部超声的可用性、缺乏辐射以及在慢性疾病的诊断和随访中的多种潜在应用，使其非常适合内科、心脏病学和风湿病科。在慢性环境中，对时间依赖性较少的患者，已经提出了一种更全面的方法来检测和量化B线，检查胸部的前部、外侧和后部区域，扫描两侧的每个可用肋间隙，前外侧胸部最多可进行28次扫描，包括后部时最多可进行72次扫描。后部扫描专门用于评估间质纤维化，而在所有其他情况下，前外侧扫描通常就足够了，特别是对于心力衰竭。

在慢性环境中，也提出了简化方案，前外侧胸部有8个区域，整体胸部有 14 个区域。基于可视化B线总和的定量评分用于量化肺充血，即所谓的 B-线得分。通常当一次扫描最多有三到四条B线时，可以一一统计。越多，越趋于汇合，计数变得困难；在这种情况下，应该估计胸膜线以下的视频屏幕被 B 线占据的百分比，然后除以 10（即，如果大约 70% 的屏幕被 B 线占据，则算作7 个 B -线；图 4）。相控阵和凸阵探头是最广泛使用的，取决于可用性，线性探头通常只需要更好地可视化胸膜线。学习如何检测 B 线很容易：在最近的一项试验中，一个完全基于网络的程序专注于肺充血，在每个受训者和专家之间实现了高相关系数。

使用参考技术进行验证

B 线评分与体外肺组织的侵入性肺重力湿/干比密切相关，并与急性患者的定量计算机断层扫描和血管外肺水密切相关。它还与慢性心力衰竭的实验室（脑钠肽）和超声心动图结果相关。

临床应用

当对门诊心力衰竭患者的肺超声评分和氨基末端亲脑利钠肽进行交叉评估时，15-B线截止值可靠地评估了失代偿，由氨基末端亲脑利钠肽值、胸部x光膜和6分钟步行测试证实。这也被用于评估预后。

由于血管外肺水增加，接受血液透析的终末期慢性肾病患者肺充血的发生率很高。治疗前后 B 线的数量可能会发生变化：B 线分辨率似乎随着液体从体内排出而实时发生，并且还与透析后体重减轻和腔静脉直径变小有关。在这些患者中，B 线数量的减少与胸阻抗的增加相关，表明肺水含量下降。因此，B 线评分可以安全地指导减少干重、评估肺充血和预防体液超负荷的策略。该评分还与患有心血管疾病的终末期肾病患者的临床结果相关。

肺部超声可以检测各种间质性肺疾病。许多文章报告了与计算机断层扫描的良好相关性，尤其是在结缔组织病患者中。文献显示探针、扫描技术、评分系统和解释方面存在相当大的差异。然而，总体而言，有证据表明肺部超声有助于诊断间质性肺疾病，并且 B 线的数量与计算机断层扫描、肺功能测试和疾病严重程度密切相关。肺部超声在早期和晚期系统性硬化症中提供100%的灵敏度和阴性预测值，使其成为间质性肺病的有用筛查工具。B线评分与放射学评分相关，可以预测间质性肺病的恶化。

自动化与未来前景

计算机辅助诊断正迅速成为肺部超声设备的一部分。计算机输出用作“第二意见”，协助医生进行图像解释。计算机算法通常由几个步骤组成，其中可能包括图像处理、图像特征分析和使用人工神经网络等工具进行数据分类。借助肺部超声，客观的诊断辅助可以促进图像的解释。这有可能在更好的观察者间一致性、更快的数据分析以及对大型数据集的适用性方面具有优势。

一些开创性的研究已经检查了计算机辅助诊断的可行性，以可靠地量化B线的样本，并为B线与血管外肺水密切相关但与物理密度弱相关的临床意义，提供了有价值的见解(图.7)。

一种基于软计算的B线分析最初被开发用于肺间质性综合症严重程度的自动定量分类，但不能区分肺水肿和纤维化。然后开发了一种基于MATLAB(美国MathWorks)的算法，以便在用户定义的感兴趣区域进行超声采集后处理图像循环。早期的研究证实，B模式图像在呼吸周期中的B线特征如数量、亮度、强度和持久性方面有很大的差异，这表明基于算法的方法如何能够处理比手动可能处理的更多的数据。

2015年，开发了基于直方图的回波信号纹理特征软件。在自主呼吸患者中，与计算机断层扫描相比，这种方法在诊断社区获得性肺炎方面比胸部 X 线片或视觉超声检查准确得多，与胸膜线的大小和距离无关。在机械通气患者中，与EV1000 临床平台相比，该分析为检测增加的血管外肺水提供了比视觉评分更好的准确性。2018 年，提出了一种检测、表征和计数 B 线的算法。它区分健康和不健康的肺部扫描。2019 年，进一步开发了B线自动检测和量化算法。该研究表明，受B线影响的胸膜线百分比的计算机辅助评分算法在各种评分系统中提供了最佳的观察者间一致性。最后，在2020年，基于灰度共生矩阵和纹理分析的二阶统计方法，一种用于具体分析胸膜线和直接胸膜下空间的新算法显示出有助于鉴别诊断肺水肿的潜力。

这些研究说明了向着开发算法来计算B线的自动、与操作员无关的分数的目标迈出的第一步。计算机辅助诊断的附加价值在于使用基于人工神经网络的模式识别来创建新的决策支持系统工具以处理肺部超声图像。

图7.肺部超声评估的自动化。(A) 急性肺水肿患者胸膜线的局部放大。该区域显示具有均匀深灰色强度的小区域，导致“低相关性”。(B) 急性呼吸窘迫综合征 (ARDS) 胸膜线区域的局部放大显示具有均匀深灰色强度的大区域，导致“高度相关”。

局限性

每次超声检查都取决于操作员，并且必须接受足够的培训。肺部超声的学习曲线很陡峭，因此即使是相对较短的培训也可以实现专家和非专家操作者之间的高度一致性。自动化可能会进一步改善这一点。

插入的胸腔引流管、敷料和空气、皮下气肿以及防止与皮肤直接接触的伤口或烧伤将防止超声波穿透胸膜。此外，肺部超声评估只需几分钟，通常是临床评估的一部分。最后，在诊断时间和高级检查时间方面，它确实改善了患者管理。

结论：

肺部超声是整合多个领域肺部临床评估的强大工具。现在已经验证了不同的评分系统可以改善肺部超声的使用，不仅可以作为诊断工具，还可以用于监测肺通气。每种方法都对应不同的临床需求，应在适当的临床环境中应用。计算机辅助技术有可能使定量肺部超声评估更快、更可靠，特别是在非专家手中，促进该技术的进一步普及。

点评

该综述全面的综述了肺部超声技术在急诊、ICU以及围术期管理中等的应用，系统的阐明不同肺部超声评分的不同临床应用。肺部超声作为一种无创、快捷的检查方式越来越多的应用于不同的领域。然而肺部超声技术对不同的操作者具有不一致性，因而未来超声自动化分析将作为新的领域为患者服务。

冯迪施宏吕欣等编译

参考文献

1.Moshavegh R, Hansen KL, Moller-Sorensen H, Nielsen MB,Jensen JA: Automatic detection of B-lines in in vivo lung ultrasound. IEEE TransUltrason Ferroelectr Freq Control 2019; 66:309 –17

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