The use of transthoracic lung ultrasound in the short-term and long-term management of patients with parenchymal diseases and in the long-term follow up of patients with interstitial lung diseases

Abstract

Background: Although ultrasound was traditionally considered to have no use in the lung, lung ultrasound (LUS) is gradually gaining ground in a number of areas of respiratory disease and demonstrates nowadays high clinical utility. LUS is increasingly being used by pulmonologists “at the bedside”, and in this context it is used with several potential aims. Despite the well-established correlation between the number of B-lines and the disease extent on high-resolution computed tomography (HRCT), there are sparse data regarding the performance of LUS for diagnosis as well as monitoring of parenchymal lung diseases. Objectives: In this study, we sought to assess the validity of LUS during the screening, diagnosis and follow-up of patients with a wide spectrum of respiratory diseases, including interstitial lung diseases (ILDs) and pneumonia. Methods: Patients were examined when hospitalized with a 56-lung intercostal space (LIS) and when in an outpatient setting with a 14-LIS LUS protocol in lateral decubitus position. The LUS score was defined as the sum of B-lines counted in each intercostal space. Α number of 40 patients with pneumonia were evaluated during hospitalization and were followed-up with LUS examination. To evaluate the use of LUS in the monitoring of ILD, a total of 24 patients with a diagnosis of ILD who were admitted to the ILD Unit of the University Hospital of Heraklion were prospectively enrolled. All patients underwent complete pulmonary function tests (PFTs) at baseline and follow-up timepoints. HRCT was performed at baseline and during follow-up, according to personalized patients’ needs. All HRCT studies were graded according to the Warrick scoring system (WS). Finally, to evaluate the value of LUS in the early detection of ILD, a total of 109 patients who visited two health care centers of Heraklion were enrolled and screened for ILD diagnosis. Results: In regards to the evaluation of hospitalized patients with pneumonia, our results showed that LUS demonstrated 100% sensitivity in detecting both pneumonia and parapneumonic pleural effusions, outperforming chest X-ray (CXR), which showed sensitivities of 90% and 25% respectively. LUS also proved valuable for monitoring disease progression and resolution during follow-up, offering a safe, radiation-free, and cost-effective alternative to conventional imaging. Concerning the monitoring of ILD patients, pooled data analysis showed a significant correlation between WS and LUS scores (P < 0.001). For separate time-point analysis, a significant correlation between LUS scores and WS was found at baseline (P < 0.001) and one-year follow-up (P = 0.005). LUS scores negatively correlated with alveolar volume (VA) (P < 0.046) and diffusing capacity for carbon monoxide (DLCO) (P < 0.001) at six-month follow-up and with transfer coefficient of the lung for carbon monoxide (KCO) (P < 0.031) and DLCO (P = 0.002) at 12-month follow-up. A multivariate regression model showed DLCO to be an independent predictor of LUS score at one-year follow-up (P = 0.026). As far as the screening cohort is concerned, 19.3% of the patients recruited from primary care settings, who underwent PFTs, stress screening, and clinical evaluation, were ultimately referred for HRCT based on LUS and symptom findings. The presence of dyspnea, auscultatory crackles, and current smoking were significantly associated with abnormal LUS findings and HRCT referral, highlighting the value of LUS as a triage tool for suspected interstitial lung disease in the community setting. Conclusions: LUS is a promising tool for the diagnosis and follow-up of several respiratory diseases, including ILDs and pneumonia. It encompasses several advantages compared to HRCT and chest X-ray, such as the absence of radiation and the low-cost. However, more research is needed to develop standardized protocols and further education of the physicians as LUS is a user-dependent examination, which means that the reliability is highly influenced by the experience of the sonographer.

Θεωρητικό υπόβαθρο: Αν και παραδοσιακά ο υπερηχογραφικός έλεγχος θεωρείτο ότι δεν έχει εφαρμογή στους πνεύμονες, η υπερηχογραφία πνεύμονα (lung ultrasound, LUS) κερδίζει σταδιακά έδαφος σε διάφορες παθήσεις του αναπνευστικού και σήμερα παρουσιάζει υψηλή κλινική χρησιμότητα. Η LUS χρησιμοποιείται όλο και συχνότερα από πνευμονολόγους «δίπλα στον ασθενή», με πολλαπλούς πιθανούς στόχους αξιολόγησης. Παρά τη σαφώς τεκμηριωμένη συσχέτιση μεταξύ του αριθμού των Β-γραμμών και της έκτασης της νόσου στην αξονική τομογραφία υψηλής ευκρίνειας (high-resolution computed tomography, HRCT), υπάρχουν περιορισμένα δεδομένα σχετικά με την απόδοση της LUS τόσο στη διάγνωση όσο και στην παρακολούθηση παρεγχυματικών πνευμονικών παθήσεων. Στόχοι: Στην παρούσα μελέτη διερευνήσαμε την εγκυρότητα της LUS στον προληπτικό έλεγχο, τη διάγνωση και την παρακολούθηση ασθενών με ευρύ φάσμα πνευμονικών νοσημάτων, συμπεριλαμβανομένων των διάμεσων πνευμονοπαθειών (interstitial lung diseases, ILD) και της πνευμονίας. Μέθοδοι: Οι ασθενείς αξιολογήθηκαν κατά τη νοσηλεία τους με υπερηχογράφημα πνεύμονα 56 μεσοπλεύριων διαστημάτων (lung intercostal spaces, LIS) και σε εξωνοσοκομειακή βάση με πρωτόκολλο 14-LIS, σε πλάγια κατακεκλιμένη θέση. Το σκορ της LUS ορίστηκε ως το άθροισμα των Β-γραμμών που καταγράφηκαν σε κάθε μεσοπλεύριο διάστημα. Συνολικά 40 ασθενείς με πνευμονία αξιολογήθηκαν κατά τη νοσηλεία τους και παρακολουθήθηκαν με LUS. Για την αξιολόγηση της LUS στην παρακολούθηση ILD, 24 ασθενείς με διάγνωση ILD που εισήχθησαν στη Μονάδα Διάμεσων Πνευμονοπαθειών του Πανεπιστημιακού Γενικού Νοσοκομείου Ηρακλείου εντάχθηκαν προοπτικά. Όλοι οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε πλήρη λειτουργικό έλεγχο αναπνοής (pulmonary function tests, PFTs) τόσο κατά τη διάγνωση όσο και κατά την παρακολούθηση. Η HRCT πραγματοποιήθηκε στη διάγνωση και κατά την παρακολούθηση, ανάλογα με τις ανάγκες κάθε ασθενούς. Όλες οι HRCT αξιολογήθηκαν με βάση το σύστημα βαθμολόγησης Warrick (Warrick score, WS). Τέλος, για την εκτίμηση της αξίας της LUS στην πρώιμη ανίχνευση ILD, συνολικά 109 ασθενείς που επισκέφθηκαν δύο κέντρα υγείας του Ηρακλείου εντάχθηκαν και υποβλήθηκαν σε προσυμπτωματικό έλεγχο για ILD. Αποτελέσματα: Σε ό,τι αφορά την αξιολόγηση των νοσηλευόμενων ασθενών με πνευμονία, τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι η LUS εμφάνισε ευαισθησία 100% στην ανίχνευση τόσο της πνευμονίας όσο και των παραπνευμονικών πλευριτικών συλλογών, υπερτερώντας σαφώς της ακτινογραφίας θώρακος (chest x-Ray, CXR), η οποία εμφάνισε ευαισθησίες 90% και 25% αντίστοιχα. Η LUS αποδείχθηκε επίσης ιδιαίτερα χρήσιμη για την παρακολούθηση της πορείας και της ύφεσης της νόσου, προσφέροντας μια ασφαλή, χωρίς ακτινοβολία και οικονομικά αποδοτική εναλλακτική μέθοδο σε σχέση με τις συμβατικές απεικονιστικές τεχνικές. Αναφορικά με την παρακολούθηση των ασθενών με ILD, η συνδυαστική ανάλυση δεδομένων έδειξε σημαντική συσχέτιση μεταξύ των WS και των LUS σκορ (P < 0,001). Όσο αφορά την ανάλυση στο κάθε χρονικό σημείο της μελέτης, σημαντική συσχέτιση παρατηρήθηκε τόσο στην πρώτη επίσκεψη (P < 0,001), όσο και στη 12μηνη παρακολούθηση (P = 0,005). Τα σκορ της LUS εμφάνισαν αρνητική συσχέτιση με τον κυψελιδικό όγκο (alveolar volume, VA) (P < 0,046) και με τη διαχυτική ικανότητα για μονοξείδιο του άνθρακα (diffusing capacity for carbon monoxide, DLCO) (P < 0,001) στη 6μηνη παρακολούθηση, καθώς και με τον συντελεστή μεταφοράς μονοξειδίου του άνθρακα (transfer coefficient of the lung for carbon monoxide, KCO) (P < 0,031) και τη DLCO (P = 0,002) στους 12 μήνες. Η πολυπαραγοντική ανάλυση έδειξε ότι η DLCO αποτέλεσε ανεξάρτητο προγνωστικό δείκτη του σκορ LUS στη 12μηνη παρακολούθηση (P = 0,026). Όσον αφορά την ομάδα προσυμπτωματικού ελέγχου, το 19,3% των ασθενών που εντάχθηκαν από πρωτοβάθμιες μονάδες φροντίδας υγείας και υποβλήθηκαν σε PFTs, αξιολόγηση άγχους και κλινική εκτίμηση, παραπέμφθηκαν τελικά για HRCT βάσει ευρημάτων LUS και συμπτωμάτων. Η παρουσία δύσπνοιας, τρίζοντων ήχων κατά την ακρόαση και ενεργού καπνίσματος συσχετίστηκε σημαντικά με παθολογικά ευρήματα στην LUS και με παραπομπή για HRCT, αναδεικνύοντας τη χρησιμότητα της LUS ως εργαλείου διαλογής για υποψία διάμεσης πνευμονοπάθειας στον κοινοτικό πληθυσμό. Συμπεράσματα: Η LUS αποτελεί μία πολλά υποσχόμενη μέθοδο διάγνωσης και παρακολούθησης για ποικίλες παθήσεις του αναπνευστικού, όπως οι ILDs και η πνευμονία. Παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι της HRCT και της CXR, όπως η απουσία ακτινοβολίας και το χαμηλό κόστος. Ωστόσο, απαιτείται περαιτέρω έρευνα για την ανάπτυξη τυποποιημένων πρωτοκόλλων και την εκπαίδευση των ιατρών, καθώς η LUS αποτελεί εξέταση εξαρτώμενη από τον χειριστή, γεγονός που σημαίνει ότι η αξιοπιστία της επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την εμπειρία του εξεταστή.