Предложение за международно стандартизиране на употребата на ехография на белите дробове при пациенти с КОВИД-19

Прост, количествен и възпроизводим метод

Източник: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/jum.15285
Превод: д-р Илиян Илиев

Автори:
Gino Soldati, MD; Andrea Smargiassi, MD, PhD; Riccardo Inchingolo, MD; Danilo Buonsenso, MD; Tiziano Perrone, MD, PhD; Domenica Federica Briganti, MD; Stefano Perlini, MD, PhD; Elena Torri, MD; Alberto Mariani, MD; Elisa Eleonora Mossolani, MD; Francesco Tursi, MD; Federico Mento, MSc; Libertario Demi, PhD.

Все повече данни се натрупват в полза на приложимостта на ехографията на белите дробове при пациенти с откритото през 2019 г. ново коронавирусно заболяване КОВИД-19. Причиняващият тежък остър респираторен синдром коронавирус тип 2 се разпространи в почти всички държави по света. В настоящото проучване ние споделяме своя опит и предлагаме стандартизиран подход за оптимизиране на употребата на ехографията на белите дробове при пациенти с КОВИД-19. Основно внимание се обръща на оборудването, процедурите, класификацията и споделянето на данните.

Ключови думи: КОВИД-19, ехография на белите дробове, ехография „на място“, система за класификация на находките

Десетилетие на клинични1-4 и физични проучвания5-9 недвусмислено показа, че ехографията на белите дробове (ЕБД) може да се използва за диагностика на интерстициални белодробни заболявания, субплеврални уплътнения и остър респираторен дистрес синдром, независимо от причината за възникването му. Новите данни от публикувани проучвания,10-12 становища на национални и международни организации и неофициални разисквания на клинични случаи с международно признати експерти доказват приложимостта на ЕБД при лечението на пациенти с пневмония, възникваща в рамките на откритото през 2019 г. коронавирусно заболяване (КОВИД-19) – от момента на диагностициране до проследяването на хода на заболяването и след оздравителния период.

Наличните към настоящия момент схеми за лечение на пневмонии, възникващи в рамките на КОВИД-19, включват употребата на медикаменти против вируса на човешкия имунодефицит (ХИВ), хидроксихлороквин, подпомагане на дихателната дейност, поставяне на пациента в легнало положение по корем (пронация), както и екстракорпорална мембранна терапия при критично болни пациенти. Въпреки всичко наскоро бе установено, че моноклонални антитела, насочени срещу интерлевкин 6, могат да блокират каскадата от възпалителни реакции, характерна за белодробните възпаления, възникващи в рамките на КОВИД-19. Също така данните сочат, че лечението постига по-добри резултати, ако бъде започнато на максимално ранен етап.13 По тази причина ЕБД би могла да се окаже полезна на различни етапи от време в рамките на клиничния диагностичен процес при определянето на ранното белодробно засягане в олигосимптомната фаза на заболяването и може да играе роля в процеса на вземане на терапевтични решения. Различни финансови организации започват да финансират клинични изпитвания и в този смисъл ЕБД може да се използва за проследяване на белодробните изменения в рамките на специфичното лечение. Важно е да отбележим, че ЕБД може да се използва при всякакви условия, включително в страни с ниски до средни доходи, като по този начин се намалява неравенството по отношение участието в клинични проучвания, тъй като не навсякъде са налице условия за използване на вторични образно-диагностични методи (напр. компютърна томография).

Горепосочената световна извънредна ситуация налага необходимост от изграждане на единен подход за цял свят, при който всички изследователи да говорят на един и същи език. По тази причина ние предлагаме правила за стандартизиране на международната употреба на ЕБД при лечението на пациенти с КОВИД-19.

Нашият екип от специалисти по ЕБД, занимаващи се с КОВИД-19, се състои от експерти от Италия, които понастоящем лекуват пациенти с КОВИД-19 в различни райони на Италия, включително в тежко засегнатите градове на Северна Италия. Част от екипа са и специалисти по ултразвукова физика и образно-диагностичен анализ.

Екипът разработи стандартизиран подход по отношение на необходимото оборудване и протоколите за провеждане на ехографското изследване на белите дробове. Освен това предложи система за класификация на тежестта на заболяването. За тази цел клиницистите въведоха данните на 30 пациенти с потвърдено КОВИД-19 в анонимна виртуална база данни, в която до настоящия момент са регистрирани приблизително 60 000 ехографски кадъра. Всички членове на екипа обсъдиха представените от тях клинични случаи в рамките на онлайн събирания. Образите от диагностичните изследвания бяха прегледани от всички представители на екипа, които обаче не знаеха клиничната картина на пациентите и бяха подредени по класове в зависимост от степента на белодробно засягане въз основа на данните от ЕБД. В края на този процес специалист по биомедицинско инженерство и ЕБД събра данните и предложи ехографска система за класификация на пневмониите, възникващи в рамките на КОВИД-19. След това той раздаде отново образите от диагностичните изследвания, които вече бяха подредени в различни класове в зависимост от тежестта на заболяването на членовете на екипа, без да предоставя данни за клиничните характеристики на пациентите. Представителите на екипа оцениха установените класове на заболяването, като всеки клас бе утвърждаван, само и единствено след като получи подкрепата на всички членове на екипа.

Методи

В условията на пандемия от КОВИД-19 най-важното оборудване, необходимо за извършването на ултразвукови изследвания, са безжичните трансдюсери и таблетите. Двете устройства лесно могат да бъдат опаковани в найлонови калъфи за еднократна употреба, като с това се намалява рискът от разпространение на заболяването и се улеснява процесът на стерилизиране.14 Те са много по-евтини от обичайно използваните ултразвукови апарати, включително и от преносимите ултразвукови апарати.

При липса на горепосочените устройства могат да се използват преносими апарати, предназначени за употреба единствено при пациенти с КОВИД-19 при максимално строги изисквания за стерилизация. В този случай се препоръчва употребата на калъфи за клавиатурата и трансдюсерите, както и прилагането на процедури за стерилизация съгласно наскоро публикуваните препоръки.15

Споделяйки своя опит с ултразвуковите изследвания в реални условия при пациенти с КОВИД-19, ние предлагаме два различни подхода за извършване на ехография на белите дробове с джобни устройства, чиято цел е да се намали контактът на здравните работници с вируса.14

Едното изследващо лице борави с трансдюсера и извършва изследването, а другото изследващо лице работи с таблета и запаметява изображенията/видео записите. Второто изследващо лице може да се намира в същото помещение на безопасно разстояние от пациента (приблизително 2 м) или извън помещението, в което се намира пациентът и да общува с първото лице по телефона с цел оптимизиране на качеството на изображенията. При втория подход качеството на ултразвуковото изследване зависи в по-малка степен от уменията на изследващото лице, тъй като второто лице избира „на сляпо“ изображенията, без да познава клиничните характеристики на пациента. Двете изследващи лица трябва да следват установен, изпитан и стандартизиран протокол за провеждане на ултразвуковото изследване.

Протокол за провеждане на изследването

В рамките на 10 секунди при всеки пациент трябва да бъдат изследвани четиринадесет участъка от белодробния паренхим (3 задни, 2 странични и 2 предни) по протежение на описаните по-долу линии. Трансдюсерът следва да се поставя в междуребреното пространство с цел изследване на максимално голяма площ от белите дробове при всяка позиция.

Предлагаме стандартна последователност на изследване, при която се използват ориентири, разположени по хода на анатомични линии (фигура 1). Ехографските находки могат да бъдат номерирани, като се започне от задните участъци на дясната белодробна основа. При пациенти, чието състояние позволява провеждането на изследването в седнало положение, това са:

  1. Дясна белодробна основа по паравертебралната линия над т.нар. „признак на завесата“ (curtain sign).
  • Десен белодробен връх по паравертебралната линия при гребена на лопатката (spina scapularis).
  • Лява белодробна основа по паравертебралната линия над т.нар. „признак на завесата“ (curtain sign).
  • Ляв среден белодробен участък по паравертебралната линия при долния ъгъл на лопатката (angulus inferior scapularis).
  • Ляв белодробен връх по паравертебралната линия при гребена на лопатката (spina scapularis).
  • Дясна белодробна основа по средна аксиларна линия под нивото на линията, свързваща гръдните зърна.
  • Десен белодробен връх по средна аксиларна линия над нивото на линията, свързваща гръдните зърна.
  • Лява белодробна основа по средна аксиларна линия под нивото на линията, свързваща гръдните зърна.
  • Ляв белодробен връх по средна аксиларна линия над нивото на линията, свързваща гръдните зърна.
  • Дясна белодробна основа по медиоклавикуларната линия под нивото на линията, свързваща гръдните зърна.
  1. Лява белодробна основа по медиоклавикуларната линия под нивото на линията, свързваща гръдните зърна.
  2. Ляв белодробен връх по медиоклавикуларната линия над нивото на линията, свързваща гръдните зърна.

Когато се извършва ЕБД на критично болни пациенти в интензивно отделение (напр. пациенти, подложени на апаратна вентилация) и пациенти, които не могат да бъдат поставени в седнало положение, изследването на задните белодробни участъци може да бъде затруднено. В тези случаи изследващото лице трябва да се опита поне частично да достигне с трансдюсера до задната белодробна основа, която понастоящем се счита за „гореща зона“ при КОВИД-19 и въпреки всичко да започне ултразвуковото изследване от т. 7.

  • използвайте изпъкнал (конвексен) или линеен трансдюсер, съобразен с размерите на тялото на пациента;
  • използвайте режим с единичен фокус (single-focal point modality), а не с множество фокуси (multi-focusing), като настроите точката на фокусиране върху плеврата. Употребата на единична точка на фокусиране и правилната настройка на местонахождението й спомага за оптимизиране на формата на снопа излъчвани ултразвукови лъчи, с които да се изобрази повърхността на белодробния паренхим. В точката на фокусиране ултразвуковият сноп е най-тесен (с най-малка широчина), т.е. е най-подходящ за изобразяване на дребни детайли;
  • използвайте нисък механичен индекс (започнете с 0,7 и постепенно го намалявайте, ако образната находка го позволява). Употребата на високи механични индекси за продължителен период от време може да увреди белодробния паренхим;16
  • доколкото това е възможно, не допускайте появата на т.нар. „феномени на насищане“ (saturation phenomena), контролирайте коефициента на усилване (gain) и при необходимост намалете механичния индекс (вж. примерните ехографски изображения в по-долу посочените фигури). „Феномени на насищане“ се появяват например в случаите, в които силата на излъчваните ултразвукови сигнали е твърде голяма за приемащата електроника, която не може да я превърне в електрически сигнали при запазване на линейна зависимост с амплитудата на налягането (pressure amplitude). В резултат на това сигналите се изкривяват и се появяват изображения, при които динамиката на действителния сигнал се изгубва. На екрана на ултразвуковия апарат това явление се проявява като изцяло бели участъци. При тези условия не могат да се разграничават локални колебания в отговор на облъчването с ултразвукови лъчи (т.е. разграничаването на анатомичните структури в този участък е невъзможно – бел. прев.);
  • избягвайте употребата на козметични филтри и специфични ултразвукови режими, като например хармонична ехография, ехография с употребата на контрастно вещество, доплерова ехография и т.нар. „сложна ехография“ (compounding imaging – с едновременна употреба на повече от един трансдюсер и последваща обработка на изображенията – бел. прев.);
  • използвайте максимално висока кадрова честота (frame rate) – напр. без корелация на кадрите (persistence) и не задавайте множество точки на фокусиране (multifocusing);
  • запаметете данните във формат DICOM (англ. Digital Imaging and Communications in Medicine – цифрово изобразяване и споделяне в медицината). Когато това не е възможно, запаметете данните във видео формат. Образните находки, особено когато се касае за много малки тъканни изменения, не могат да се видят на всички кадрови рамки. Ето защо е добре да направите видео записи, в които повърхността на белите дробове под анатомичните ориентири може да бъде наблюдавана в продължение на няколко секунди по време на дихателните движения.

Фигура 1. Схематично представяне на анатомичните ориентири по хода на анатомичните линии на гръдния кош.

Класификация на ехографските находки

  • Клас 0: плевралната линия е непрекъсната и равномерна. Наблюдават се хоризонтални артефакти. Тези артефакти обикновено се наричат „линии тип А“ (вж. фигури 2-5) и възникват в резултат на високата отражателна способност на повърхността на здравите и изпълнени с въздух бели дробове. Те представляват множеството нива на отражение на ултразвуковите лъчи, възникващи между трансдюсера и белодробната повърхност;3,5,7
  • Клас 1: плевралната линия е назъбена. Под назъбените участъци се забелязват вертикални бели зони, възникващи в резултат на локалните изменения в акустичните свойства на белите дробове, например когато тези участъци са изпълнени със среда, чиито акустични свойства са по-близки до тези на междуребрените тъкани (вода, кръв и паренхим) вместо с въздух. Това явление „отваря“ канали, през които ултразвуковите вълни преминават и с това се обяснява появата на вертикални артефакти;3,5,7
  • Клас 2: плевралната линия е накъсана. Под прекъснатите участъци се наблюдават малки или големи уплътнения (тъмни зони), които са свързани с бели зони, разположени под уплътненията („побелял“ бял дроб). Потъмняването на уплътнените участъци говори за „обезвъздушаване“ на тези зони, които придобиват акустични свойства сходни с тези на меките тъкани над тях. Извън уплътнените участъци се появяват зони на побеляване на белите дробове, което подсказва, че те не са напълно обезвъздушени, т.е. малки количества въздух все още се намират всред паренхимоподобен материал. Появата на подобни сложни изображения се обяснява с наличието на разнообразни тъкани/секрети;3,5,7
  • Клас 3: в изследваните белодробни участъци се наблюдават гъсто разположени и обширни зони на побеляване, със или без обширни уплътнения.

В края на изследването от изследващото лице се очаква да опише класа на получената от всеки един участък находка, като ако в рамките на един участък бъдат наблюдавани находки от няколко класа, се упоменава най-високият клас (напр. квадрант 1 – клас 2; квадрант 10 – клас 1 и т.н.).

Фигура 2. Ехографски находки на белите дробове при употреба на линеен (А и В) и изпъкнал (C и D) трансдюсер. Плевралните линии (червени стрелки) са непрекъснати. Под тях се наблюдават хоризонтални артефакти (сини стрелки). Този тип находки се обозначават като клас 0.

Фигура 3. Ехографски находки на белите дробове при употреба на линеен (А) и изпъкнал (B) трансдюсер. Плевралните линии са накъсани. Под участъците с липсваща плевра (червени стрелки) се наблюдават вертикални бели ивици (сини стрелки). Този тип находки се обозначават като клас 1.

Фигура 4. Ехографски находки на белите дробове при употреба на линеен (А и В) и изпъкнал (C и D) трансдюсер. Плевралните линии са силно накъсани. Под участъците с липсваща плевра (оранжеви стрелки) се наблюдават малки уплътнени участъци (по-тъмни участъци – червени стрелки), които са свързани с бели зони (сини стрелки) в контакт с уплътненията. Този тип находки се обозначават като клас 2.

Фигура 5. Ехографски находки на белите дробове при употреба на линеен (А и В) и изпъкнал (C) трансдюсер. Плевралните линии са силно накъсани. Под участъците с липсваща плевра се наблюдават обширни уплътнени участъци (по-тъмни участъци – червени стрелки) с изцяло „побелял“ бял дроб (оранжеви стрелки). Този тип находки се обозначават като клас 2. На изображението в долния десен ъгъл (D) ясно е показана границата между белодробен паренхим от клас 0 (зелен правоъгълник) и клас 3 (лилав правоъгълник).

Международна база данни за съхранение на данни, анализ на изображения и проучвания, извършвани с помощта на изкуствен интелект

Силно препоръчваме на научната общност да възприеме идеята за създаване на защитена международна база данни, в която да се качват изображения и видео записи от изследвания на пациенти с КОВИД-19 (рентгенографски, ултразвукови и компютърно-томографски). По този начин ще се ускори процесът на изработване на алгоритми, предназначени за разпознаване на патологичните находки, свързани с КОВИД-19, ще се създадат възможности за съпоставяне на данните от различни центрове и ще се насърчи създаването на телемедицински програми (в това число за дистанционна оценка на изображения, клинични консултации и разискване на клинични случаи) и телематични обучителни програми.

Предоставяме на Вашето внимание връзка към нашата база данни:

https://covid19.disi.unitn.it/iclusdb.

Дискусия и заключения

КОВИД-19 е медицинско предизвикателство за всички страни по света – при това не само пред системите на здравеопазване, но и пред икономиките и моделите на социално поведение. За първи път в ерата на модерната медицина целият свят е изправен пред една и съща заплаха. Този факт може да ни предостави възможност да променим научно-изследователския си подход – вероятно вече е време да споделяме познанията си и заедно да планираме начина, по който да предоставяме максимално добри здравни грижи. Целта на настоящата статия е да сподели нашия опит и да предложи подход за стандартизиране на употребата на ЕБД при лечението на пациенти с КОВИД-19. В нея в рамките на протокол с указания за провеждане на ехографското изследване подробно са представени анатомичните ориентири и настройки на ултразвуковата апаратура и е представена разработена от нас система за класификация на находките. В допълнение подчертаваме необходимостта от създаване на обща база данни за подпомагане на бъдещите разработки и разпространението на получените резултати.

Справочна литература

1. Mojoli F, Bouhemad B, Mongodi S, Lichtenstein D. Lung ultrasound for critically ill patients. Am J Respir Crit Care Med 2019; 199:701–714.

2. Mayo PH, Copetti R, Feller-Kopman D, et al. Thoracic ultrasonography: a narrative review. Intensive Care Med 2019; 45:1200–1211.

3. Soldati G, Demi M, Smargiassi A, Inchingolo R, Demi L. The role of ultrasound lung artifacts in the diagnosis of respiratory diseases. Expert Rev Respir Med 2019; 13:163–172.

4. Soldati G, Smargiassi A, Mariani AA, Inchingolo R. Novel aspects in diagnostic approach to respiratory patients: is it the time for a new semiotics? Multidiscip Respir Med 2017; 12:15.

5. Demi M, Prediletto R, Soldati G, Demi L. Physical mechanisms providing clinical information from ultrasound lung images: hypotheses and early confirmations. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control 2020; 67:612–623.

6. Demi L, van Hoeve W, van Sloun RJG, Soldati G, Demi M. Determination of a potential quantitative measure of the state of the lung using lung ultrasound spectroscopy. Sci Rep 2017; 7:12746.

7. Soldati G, Demi M, Inchingolo R, Smargiassi A, Demi L. On the physical basis of pulmonary sonographic interstitial syndrome. J Ultrasound Med. 2016; 35:2075–2086. https://doi.org/10.7863/ultra.15.08023.

8. Soldati G, Smargiassi A, Inchingolo R, et al. Lung ultrasonography and vertical artifacts: the shape of air. Respiration 2015; 90:86.

9. Soldati G, Smargiassi A, Inchingolo R, et al. Lung ultrasonography may provide an indirect estimation of lung porosity and airspace geometry. Respiration 2014; 88:458–468.

10. Peng QY, Wang XT, Zhang LN; Chinese Critical Care Ultrasound Study Group (CCUSG). Findings of lung ultrasonography of novel corona virus pneumonia during the 2019–2020 epidemi [published online ahead of print March 12, 2020]. Intensive Care Med. https://doi.org/10.1007/s00134-020-05996-6.

11. Poggiali E, Dacrema A, Bastoni D, et al. Can lung US help critical care clinicians in the early diagnosis of novel coronavirus (COVID-19) pneumonia? Radiology 2020; 13:200847.

12. Soldati G, Smargiassi A, Inchingolo R, et al. Is there a role for lung ultrasound during the COVID-19 pandemic [published online ahead of print March 20, 2020]? J Ultrasound Med. https://doi.org/10.1002/jum.15284.

13. Chen J, Qi T, Liu L, et al. Clinical progression of patients with COVID-19 in Shanghai China [published online ahead of print March 19, 2020]. J Infect. https://doi.org/10.1016/j.jinf.2020.03.004.

14. Buonsenso D, Pata D, Chiaretti A. COVID-19 outbreak: less stethoscope more ultrasound [published online ahead of print March 20, 2020]. Lancet Respir Med. https://doi.org/10.1016/

S2213-2600(20)30120-X.

15. Kampf G, Todt D, Pfaender S, Steinmann E. Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces and their inactivation with biocidal agents. J Hosp Infect 2020; 104:246–251.

16. Miller DL, Dong Z, Dou C, Raghavendran K. Pulmonary capillary hemorrhage induced by different imaging modes of diagnostic ultrasound. Ultrasound Med Biol 2018; 44:1012–1021.