影像学检查对胸腔积液定量分析的应用进展

【摘要】 胸腔积液是临床上常见的一种症候，以胸膜腔内病理性液体积聚为特征，多系统、多器官的疾病均可引发。胸腔积液的量化对患者管理具有重要意义，可直接关系到患者治疗方案的确定及疗效的判定。目前，胸腔积液的诊断主要基于影像技术，影像学检查不仅能准确显示胸腔积液有无，而且能进行胸腔积液的定量估测。此外，精确的胸腔积液定量分析可以为临床治疗方案选择提供可靠的影像依据。本文旨在综述目前影像学检查对于胸腔积液定量分析的应用进展。

【关键词】 胸腔积液 定量分析 X线 计算机断层扫描 超声

Application Progress of Imaging Examination in the Quantitative Analysis of Pleural Effusion/LOU Jing， FANG Caiyun， LIU Dao’an， ZHANG Shigong， WANG Jun. //Medical Innovation of China， 2024， 21（24）： -179

[Abstract] Pleural effusion is a common clinical symptom characterized by accumulation of pathological fluid in the pleural cavity， which can be caused by diseases of multiple systems and organs. The quantification of pleural effusion is of great significance to the management of patients and can directly relate to the determination of the treatment plan and the evaluation of the curative effect. At present， the diagnosis of pleural effusion is mainly based on imaging techniques. Imaging examination can not only accurately show the presence or absence of pleural effusion， but also quantitatively estimate pleural effusion. In addition， accurate quantitative analysis of pleural effusion can provide a reliable image basis for the selection of clinical treatment protocol. This article aims to review the current application progress of imaging examination in quantitative analysis of pleural effusion.

[Key words] Pleural effusion Quantitative analysis X-ray Computed tomography Ultrasound

First-author's address： Department of Medical Imaging， Guang’anmen Hospital， Jinan Hospital， Jinan 250012， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2024.24.040

胸腔积液是以胸膜腔内病理性液体积聚为特征的一种常见临床症状，其产生与许多肺部、胸膜或肺外疾病有关[1]，胸腔积液的显示有助于更好的指导临床治疗。如何定量分析胸腔积液亦是临床医师关注的重要问题。目前，胸腔积液的诊断主要基于各种影像学技术，包括胸部X线检查、超声检查、计算机断层扫描（CT）检查。其中，超声能准确显示约100 mL的胸腔积液，具有定量准确的优点，但是，在检测过程中会受到皮下脂肪的干扰，造成伪影等状况，有一定的应用局限性。MRI可以提供最佳显示结果，但是实际应用中费用较昂贵，扫描过程对患者有一定要求且需无相应的MRI扫描禁忌证，一般患者不推荐做首选检查。目前，CT诊断作为一种图像诊断方法已经被国内外公认，具有较高的诊断准确度和合理的检查成本，也是评估胸腔积液量及指导胸腔穿刺最常用方法[2-3]。胸腔积液量的计算可能会直接影响疾病的治疗进展和计划调整，并指导临床是否进行胸膜穿刺[4]。另外，量化胸腔积液的量及其对药物治疗的反应是临床医生特别关注的问题。本文就目前影像学检查对胸腔积液定量研究的应用进展予以综述。

1 胸腔积液定量分析的研究意义

胸腔积液量的判断方法，主要是通过辅助检查进行判断，最常用的是胸部X线、CT和超声检查，这些检查已成为胸腔积液成像及指导胸腔穿刺术的主要工具。一种典型的方法是站立位后前胸部X线，约200 mL时，在后前投影上可以看到胸腔积液，表现为新月形；约500 mL时，半横膈膜消失；当胸腔积液量小于200 mL时，只有在侧位胸部X线片拍摄时才能检测到；当积液量约50 mL时，可见肋膈后沟的新月形阴影[5]。对于仰卧位患者，尤其是重症监护室的患者，检测胸腔积液的一个好方法是胸膜腔超声检查，胸腔积液的量化可以通过方程y=47.6X-837计算，其中y是预测的胸腔积液量的体积，单位为mL，X是超声测量的胸腔积液片层的最大厚度，单位为mm[6]。然而，当胸腔积液的量超过300 mL时，这些方法可能都不够准确，如胸部X线检查时，胸腔积液图像因患者而异，积液的形状可能会不规则变形，不能用新月形来准确描述，因此，数据集的分散性将增加，从而导致显著的偏差。

胸腔积液会影响气体交换、血流动力学稳定性和呼吸运动，可能会引起患者胸痛、呼吸困难、咳嗽、睡眠质量差等症状[7-8]，从而增加患者死亡率。胸膜穿刺术可以缓解呼吸困难，是医学中常用的治疗选择[9]，胸腔积液量的多少决定了是否可以进行穿刺引流。因此，对于胸腔积液的定量分析也是治疗中至关重要的一步，若对胸腔积液量的测定不准确，在穿刺过程中可能会出现气胸、出血等。此外，并非所有胸腔积液患者都需要穿刺引流，随着时间的推移，对于胸腔积液量的重复测量也有助于后续的随访和监测[10]。

目前，大多数放射科医生使用主观系统对胸腔积液量的大小进行分级，如“少”“中等”“多”[11]。尽管放射科医生会针对每个级别设置个人阈值，但这无法准确地传达给临床医生或患者。因此，添加具体的体积描述能够提供更有价值的临床意义。准确测量胸腔积液的体积具有以下临床价值和意义：一是可以准确了解胸腔积液的生长情况，从而有助于帮助临床上区分良恶性胸腔积液；二是可以协助临床医生选择治疗方案，胸腔积液的体积可能会直接影响疾病的治疗，以及是选择穿刺引流术还是保守治疗；三是可以帮助临床医生评估对胸腔积液的治疗效果，特别是定量评估胸腔积液的吸收情况，同时，治疗也可以根据胸腔积液量的变化进行调整；四是可以为相关科学研究提供定量评估胸腔积液的方法。因此，准确计算胸腔积液量对患者管理和辅助临床工作具有重要作用。

2 胸腔积液影像学定量分析的研究现状

2.1 超声

2.1.1 普通灰阶超声 超声检查具有简单易行、可重复性高等特点，已被广泛用于胸腔积液的定位和定量。杨雨田等[12]计算了超声前后测量的腋后线最大深径X1和腋中线最大高度X2，取二者之间的差值并计算穿刺抽液体积。对二者之间的差值与穿刺抽液体积进行多元线性回归分析，建立了多元线性回归方程：胸腔积液量=-249.872 4+9.607 5X1+6.090 1X2，用于前瞻性预测胸腔积液量。他们的研究表明，胸腔积液量与X1和X2之间存在良好的相关性，预测的胸腔积液量与实际穿刺抽取的胸腔积液量非常接近。然而，在这项研究中，使用超声测量来估计胸腔积液量对于包裹性胸腔积液有一定局限性，因为胸膜粘连有时会让渗出物复杂化。Hassan等[13]测试了先前研究中采用超声提出的估计胸腔积液量的方程，并直接比较了不同的计算模型。他们只测试了简单测量的方程，最终发现预测胸腔积液量最准确方程是（H+D）×70，最简单但准确的方程为H×100（其中H是积液的横向高度，D是肺底与横膈膜圆顶顶点之间的距离）。然而，这项研究是为危重、卧位患者开发的方程，并将胸腔积液的排出量作为参考，这可能会影响方程的可靠性，尤其是如果应用于坐位的患者。Remérand等[14]使用前瞻性研究方法评估多平面超声测量胸腔积液量的准确性，发现胸腔积液量等于膈肌中点至脏层胸膜处无回声深度、椎旁无回声区长度和面积的乘积，然后将超声计算的积液量与胸腔引流或胸部CT的结果进行比较，发现该方法测量的积液量与其胸腔引流和胸部CT得出的积液量密切相关。然而，使用肺部超声测量进行评估在很大程度上依赖于观察者，并且获得横向超声视图很重要，因为倾斜偏差往往高估了胸腔积液量。

2.1.2 其他超声检查技术 Wu等[15]前瞻性分析了疑似轻度胸腔积液的患者，并进行了彩色多普勒超声检查以确定是否存在液体彩色信号，以及穿刺抽吸以验证胸腔积液的真实存在。研究表明，彩色多普勒超声检测胸腔积液出现液体颜色征象的敏感度为89.2%，这表明彩色多普勒超声有较高的敏感度，是实时灰阶超声诊断微量或包裹性积液的有用辅助诊断工具。Capper等[16]使用经食管超声心动图对冠脉搭桥术后胸部闭合前的患者进行了胸腔积液定量研究，他们将50 mL生理盐水等分注入胸膜腔，直到经食管超声心动图能够检测到，然后测量胸腔积液的最大横截面积[CSA（max）]和轴向长度（AL），胸腔积液体积=CSA（max）×AL，通过公式计算的结果与实际体积相接近，CSA（max）×AL可以为胸腔积液提供一个相当准确的定量值。Howard等[17]应用经食管超声心动图对心力衰竭引起慢性胸腔积液的心脏手术患者进行了积液定量研究，并记录了胸腔积液的CSA（max），患者均行胸腔积液外科引流，并记录引流液体的总量。在log-log图上分析数据，得出胸腔积液量的估算公式=4.5×CSA（max）3/2。然而，经食管超声心动图检测到的图像不能忽略胸膜中的液体体积，从而导致数据的潜在偏差和固有分散。因此，对胸腔积液量估算公式的临床应用性还有待进一步研究。

2.2 CT

CT在临床实践中是检测胸腔积液的高度敏感和特征性指标，可反映胸腔积液的衰减程度并显示反应性胸膜增厚或增强，在胸腔积液诊断中的应用价值得到了证明[18]，CT可以准确地检测出常规胸部X线或超声无法确定的病变，如肿块、结节和钙化，为了解胸腔积液的性质提供有价值的信息[19]。Hazlinger等[20]对CT扫描进行了平面测量，并在矢状面和横向扫描平面上进行了二维重建。他们将单个平面测量值与CT三维重建获得的胸腔积液体积进行了统计学比较，并得到了所有测量值及其组合的回归方程：胸腔积液体积=0.365×b3-4.529×b2-88.377（b是在积液深度最高的横向扫描中垂直于顶部胸膜测量的尺寸），发现体积与单个平面测量之间最准确的相关性是b。因此，他们设计了一种简单的方法，将CT扫描的单个平面测量值转换为胸腔积液的体积，并创建了最佳单平面测量的表格表达式。严超贵等[21]采用胸腔积液CT横断面最大深度（H）和矢状面最大纵向累及长度（L）两项指标来预测胸腔积液量。他们随机选择70%的样本作为训练样本，其余样本作为验证样本，采用多重线性回归方法建立了预测模型，即胸腔积液量=0.016 88H+0.005 78L+4.197 38，决定系数R2=0.929。得出结论，当H在16.1～182.0 mm，L在124.8～294.0时，可以使用该回归方程预测胸腔积液量的自然对数值，并经过反对数转换得到胸腔积液量。Mergo等[22]建议测量单次CT扫描中积液的最大深度（d）和积液的最大长度（l），以估计胸腔积液的体积，公式为：胸腔积液体积=d2×l。但由于单层选定不同导致d值不同，造成定量测量的误差较大。陈莉等[23]在CT轴位图像上分别于膈顶、隆突下及主动脉弓下三个平面测量胸腔积液最低点到胸腔最低点的距离，然后将所测得的体积分别于三个不同平面的胸腔积液层厚进行回归分析，以获得回归方程。得出所有回归模型都是显著的，胸腔积液的厚度能够预测胸腔积液量，尤其是隆突下平面的径线更能准确反映胸腔积液量（R2=0.924）。

Guo等[24]探讨采用64层CT容积技术测量胸腔积液容积的可行性，并分析游离胸腔积液容积与不同胸腔积液直径的相关性。研究发现，CT容积技术可以准确测量胸腔积液患者的容积，可以使用线性回归方程[胸腔积液容积=158.16 d-116.01（d为胸腔积液最大深度）]来估计胸腔积液量。Yan等[25]评价胸腔积液量对早期急性胰腺炎的价值。他们通过系统软件将选定感兴趣区中CT值为50～100 HU的视为胸腔积液，并汇总所有的感兴趣区和总切片厚度，从而获得胸腔积液总量。然而，这种采用CT值“扩张”的方法也存在一定误差，导致胸腔积液分组差异，研究结果出现一些偏差。胸部CT可以直接反映胸腔积液的情况，有利于病情的诊断，在评估胸腔积液的患者中起着重要的作用[26]。上述研究均基于胸部CT对胸腔积液提出的定量方法，但目前尚无统一的胸腔积液定量判断标准。

3 总结与展望

早期运用胸部正位X线检查方法测量胸腔积液较为普遍，其以肋骨为基准水平进行粗略估测，并提出胸腔积液少、中、多的分级概念，该估算法简单易掌握，但粗略不准确，无法精确的量化显示胸腔积液量。超声提出了估算胸腔积液量的方程，但运算过程较复杂，在实际工作中无法达成统一共识，量化的可靠性有待参考。近年来，胸腔积液体积的CT影像学评估发生了显著变化，尤其运用各种CT二维、三维重建技术获得的测量方法，能简便的估算胸腔积液多少。然而，胸腔积液体积的精确测定仍然具有简便、统识的挑战性。笔者认为，通过国内外学者的共同努力，随着人工智能技术的不断发展，开发半自动或全自动分割的容量测定是未来研究方向。随着CT容积工具的可及性，胸腔积液的定量容积报告将变得更加简便易行，为临床治疗决策的制订提供依据。

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（收稿日期：2024-01-12） （本文编辑：陈韵）

*基金项目：山东省中医药科技项目（M-2023044）；济南市卫健委科技发展计划项目（2023-1-41）

①广安门医院济南医院（济南市中医医院）医学影像科 山东 济南 250012

通信作者：王军