Ультразвук легких у пациентов с пневмонией, вызванной COVID-19: сравнение с данными компьютерной томографии. Обсервационное проспективное клиническое исследование

Введение

Интерес к ультразвуковому исследованию (УЗИ) легких растет год от года, особенно в периоды вспышек эпидемий вирусной инфекции. Так было и при «свином», «птичьем» гриппе, и в настоящее время при новой коронавирусной инфекции [1–3].

Появление новой угрозы поставило перед специалистами задачи, в первую очередь связанные с быстрой диагностикой инфекции и заболевания. Наиболее тяжелой клинической формой стала пневмония, которая при коронавирусной инфекции COVID-19 чаще всего становилась причиной летальных исходов [4]. В ряде исследований было показано, что ранняя диагностика пневмонии с помощью компьютерной томографии (КТ), УЗИ еще до получения результатов полимеразной цепной реакции (ПЦР) может ускорить назначение лечения и способствовать своевременной изоляции пациента [5, 6]. Роль УЗИ легких возрастает, если проведение пациентам радиологических методов исследования (КТ, рентгенография) нежелательно — например, у беременных женщин [7]. В этом случае УЗИ легких может стать приоритетным инструментом, с помощью которого будет получена информация об объеме и характере поражения легочной ткани [8].

Особенностью ультразвука является способность определять изменения, влияющие на соотношение между тканью и воздухом в легочной ткани. В норме под плеврой находятся альвеолы, заполненные воздухом, поэтому ультразвуковые (УЗ) волны полностью отражаются, создавая специфический реверберационный артефакт горизонтальных линий, который получил название А-линии. Когда соотношение между воздухом, тканью, жидкостью или другими биологическими компонентами уменьшается, то легкое перестает практически полностью отражать УЗ-волну, и проникающий между воздушными альвеолами ультразвук приводит к появлению вертикальных артефактов, которые были названы В-линиями. Субплевральная ткань с плотностью, близкой к значению 1 г/мл, выглядит как уплотнения, в которых воздушная среда отсутствует и ультразвук проникает в эти участки беспрепятственно, формируя артефакт, получивший название консолидации, или тканевого признака [9–13].

При прогрессировании пневмонии при COVID‐19 изменения в паренхиме легких начинаются в дистальных отделах легкого и прогрессируют проксимально. На ранних стадиях заболевания наблюдаются изменения в виде помутнения — «матового стекла» и «булыжной мостовой», наблюдаемые при КТ, а позже — более крупные уплотнения в базальных или зависимых отделах легких [5, 14, 15]. Таким образом, патофизиологические изменения в легких, развивающиеся при пневмонии COVID‐19, хорошо подходят для такого метода визуализации, как УЗИ легких. Однако подходы к УЗ-визуализации у разных исследователей различаются, как различаются и методики оценки обнаруженных изменений [5, 6, 11, 16, 17].

Целью исследования стало сравнение данных, получаемых при КТ и УЗИ легких у пациентов с пневмонией, вызванной COVID-19.

Материалы и методы

Обсервационное проспективное клиническое исследование проводили в ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова» МО РФ. Исследование было одобрено независимым этическим комитетом (протокол № 236 от 21.05.2020).

Критериями включения в исследование были возраст пациентов 18–75 лет, развитие внебольничной пневмонии, период между проведением КТ и УЗИ легких не более 24 ч; подтверждение COVID-19 или подозрение на COVID-19. Критерии невключения: наличие пневмоторакса, травма грудной клетки или операция на легких в анамнезе, фоновые специфические заболевания (туберкулез, саркоидоз).

Всего в исследовании приняло участие 388 пациентов. Общая характеристика пациентов при поступлении представлена в табл. 1.

Таблица 1. Характеристика пациентов, включенных в исследование

Table 1. Characteristics of the study patients

При проведении КТ органов грудной полости определяли патологические признаки инфильтрации и консолидации легких, которые регистрировали по сегментам легких. Для верификации бронхолегочных сегментов на КТ использовали нумерацию и анатомическую номенклатуру, принятую Лондонским международным конгрессом отоларингологов в 1949 г. и Международным Парижским конгрессом анатомов в 1955 г. На срезах КТ сегменты легких определяли на основе схемы бронхиального дерева, границы сегментов находили по ветвям легочных вен (рис. 1). В правом легком определяли 10 сегментов; в левом легком 1+2 сегмент представляет собой комбинацию за счет наличия общего бронха; также объединили 7-й и 8-й сегменты (поскольку отдельный бронх 7-го сегмента встречается не более чем в 30 % случаев). Объединенные сегменты считали как один. Таким образом, в левом легком насчитывали 8 сегментов, и общее число сегментов составляло 18.

Рис. 1. Срезы сканирования КТ органов грудной полости: А — на уровне верхней доли; Б — на уровне средней доли; В — на уровне нижней доли

Fig. 1. Cross-sectional tomographic images of the body. A — tomographic images of upper lobe; Б — tomographic images of middle lobe; B — tomographic images of lower lobe

Прикроватное УЗИ проводили с помощью портативного УЗ-аппарата Mindray M7 (Китай), конвексным датчиком C5-2s (2,5–5 МГц). Процедура получения изображения была стандартизирована с использованием предустановки абдоминального исследования, максимальная глубина 18 см, фокусировка на плевральной линии. Усиление регулировалось для получения наилучшего изображения плевры, вертикальных артефактов и субплевральных консолидаций с воздушными бронхограммами или без них. Все гармоники и программное обеспечение для снижения артефактов были отключены. Грудную клетку исследовали в положении лежа или полусидя, в зависимости от состояния пациента. При проведении УЗИ определяли патологические признаки; признаки инфильтрации и консолидации легких регистрировали по сегментам легких.

УЗИ легких проводили в течение 24 ч после выполнения КТ согласно «Русскому протоколу» в 8 зонах справа и слева — итого 16 зон (рационализаторское предложение № 15165, протокол ВМедА № 4 от 15.12.2020) (рис. 2) [18].

Рис. 2. Схема зон «Русского протокола» ультразвукового осмотра в положении лежа

Fig. 2. Zones of “Russian protocol”. Ultrasound examination in the supine and prone position

Предложенный протокол имеет анатомический принцип формирования зон сканирования. Проекция сегментов легких на зоны «Русского протокола» представлена на рис. 3. При УЗИ слева при выявлении изменений в зонах проекции 1-го и 2-го сегмента регистрировали их как 1 сегмент (соответственно схемы КТ 1+2).

Рис. 3. Проекция сегментов легких на зоны «Русского протокола»

Fig. 3. Lung’s segments on the zones of “Russian protocol”

Статистическая обработка

Анализ данных проводился с помощью программы SPSS-26 для Windows (Statistical Package for Social Science, SPSS Inc. Chicago, IL, USA). Переменные были исследованы с помощью визуальных (гистограммы, вероятностный график) и аналитических методов (критерий Колмогорова—Смирнова / Шапиро—Уилка) для определения нормальности распределения. При нормальном распределении данные были представлены средним значением и стандартным отклонением М (SD); количественные данные, не подчиняющиеся закону нормального распределения, представляли в виде медианы и 25–75-го перцентилей — Ме (Q1–Q3). Был проведен анализ для описания и обобщения распределений переменных. Описание частот значения в исследуемой выборке представлено с обязательным указанием на приводимую характеристику выборки (n, %). Межгрупповые сравнения в отношении номинальных данных проводили с использованием U-критерия Манна—Уитни. Оценку чувствительности (Se), специфичности (Sp) УЗ-методов проводили на основании ROC-анализа по «золотому стандарту» КТ. Выполняли визуальную оценку ROC-кривых, рассчитывали показатели чувствительности и специфичности, а также определяли площадь под ROC-кривой и ее координатные точки. Статистически значимыми считали тесты при р < 0,05.

Результаты исследования

В исследование были включены 388 пациентов (267 мужчин, 121 женщина; средний возраст — 52,6 ± 10,5 лет). Наиболее частыми симптомами при поступлении были лихорадка (372; 95,9 %), кашель (114; 80,9 %) и одышка (147; 37,9 %). Длительность симптомов перед поступлением в стационар составила в среднем 5,4 ± 2,0 дня. В кислородной поддержке нуждались 252 (64,9 %) пациента. Исходные клинические характеристики пациентов представлены в табл. 1. Наиболее частыми сопутствующими заболеваниями стали гипертоническая болезнь (252; 64,9 %), ожирение (193; 49,7 %), сахарный диабет (78; 20,1 %), ишемическая болезнь сердца и хроническая сердечная недостаточность (95; 24,5 %).

В исследование были включены пациенты, у которых при проведении КТ подтвердилось развитие вирусной или вирусно-бактериальной пневмонии. Пациентов с единичными очагами инфильтрации легких в исследование не включали. По степени повреждения легких по данным КТ пациенты распределились: КТ-2 — 207 (53,4 %); КТ-3 — 156 (40,2 %); КТ-4 — 25 (6,4 %) (см. табл. 1). Двустороннее вовлечение было обнаружено в 100 % случаев.

Характерными для пневмонии, вызванной коронавирусной инфекцией, признаками на КТ стали уплотнение легочной паренхимы по типу «матового стекла», утолщенная плевра, консолидация, ретикулярные уплотнения интерстиция, симптом «булыжной мостовой». При УЗИ легких и плевры выявляемые признаки соответствовали признакам КТ. Если при КТ обнаруживали утолщение плевры, то при УЗИ также визуализировали утолщенную плевральную линию. Наиболее часто при КТ встречалось уплотнение легочной паренхимы по типу «матового стекла», которому при УЗИ соответствовали B-линии (мультифокальные, дискретные или сливающиеся). Если ретикулярные уплотнения интерстиция достигали плевры или зоны консолидации, то при УЗИ они определялись как B-линии (чаще дискретные).

Консолидацию легочной ткани при КТ определяли как в субплевральной зоне, так и в виде центральных зон консолидации, а также небольших центральных зон консолидации внутри участка уплотнения легочной паренхимы по типу «матового стекла». Для визуализации в ходе УЗИ легких и плевры доступны те зоны консолидации, которые прилегают к плевре, а центрально расположенная консолидация будет закрыта УЗ-артефактом воздушного (А-линии) или инфильтрированного (В-линии) легкого. Так, на рис. 4 на срезе КТ показана периферическая инфильтрация с центральным расположением воздушной ткани и зоной консолидации внутри инфильтрированной ткани, а при УЗИ будут определяться В-линии во всех исследуемых зонах. На рис. 4, Б, периферическая воздушная ткань с центральным расположением инфильтрации и участка консолидированной ткани при УЗИ будет визуализироваться как признак А-линий либо В-линий.

Рис. 4. Проблемы, возникающие при ультразвуковой визуализации консолидаций. А — периферическая инфильтрация с центральным расположением воздушной ткани; Б — периферическая воздушная ткань с центральным расположением инфильтрации

Fig. 4. Problems with ultrasound imaging of consolidation. A — peripheral lesion with aerated tissue in the center; Б — peripheral air tissue with lesion in the center

Если при КТ на фоне признака консолидации определялись воздушные бронхи, то при УЗИ внутри зон консолидации визуализировали признак воздушной бронхограммы, который, как правило, носил динамический характер. Симптом «булыжной мостовой» при КТ обусловлен сочетанием признака «матового стекла» с утолщенными междольковыми перегородками, это комбинация при УЗИ легких характеризовалась комбинацией В-линий, перемежающихся с небольшой субплевральной консолидацией в местах утолщения перегородок и поражения альвеол

Свободная жидкость в плевральной полости выявлялась редко и была связана с тяжелым, длительным заболеванием, присоединением бактериальной микрофлоры и декомпенсированной сердечной недостаточностью. Соответствие признаков, выявляемых при КТ и УЗИ плевры и легких представлены в табл. 2.

Таблица 2. Сопоставление признаков, выявляемых при КТ и УЗИ легких и плевры

Table 2. Comparison CT signs and ultrasound findings in the lungs

Для определения диагностических возможностей УЗИ легких, оценки чувствительности и специфичности по сравнению с КТ органов грудной клетки проведена оценка частоты повреждения сегментов легких признаками инфильтрации и консолидации.

Признак уплотнения легочной паренхимы по типу «матового стекла» при КТ встретился у 100 % исследуемых пациентов. Пневмония, вызванная COVID-19, носила полисегментарный характер с наиболее частым развитием в заднебазальных отделах легких и билатеральным повреждением. Частота выявления признака «матового стекла» при КТ и соответствующего ему признака В-линий при УЗИ представлена в табл. 3.

Таблица 3. Распределение встречаемости (количество пораженных сегментов) признака «матового стекла» при КТ и признака В-линий при УЗИ легких (n = 388)

Table 3. Frequency of occurrence (number of affected segments) ground-glass pattern of CT and US B-lines (n = 388)

По количеству пораженных сегментов признаком инфильтрации раздельно в правом, левом легком, а также по общему количеству сегментов, определенных с помощью КТ и УЗИ, статистических различий выявлено не было (табл. 4).

Таблица 4. Количество пораженных сегментов признаком инфильтрации (n = 388)

Table 4. Number of affected segments with lung infiltration (n = 388)

Для оценки диагностической возможности УЗИ легких в верификации интерстициального поражения выполнен ROC-анализ по «золотому стандарту» КТ с построением ROC-кривой и расчетом координатных точек.

УЗ-признак В-линий позволил с высокой точностью определять интерстициальные поражения с чувствительностью 87,9 % и специфичностью 91,5 % при выявлении инфильтрации в 3 сегментах и более (табл. 5). Площадь под ROC-кривой — 0,939, р < 0,001 (рис. 5).

Таблица 5. Координаты ROC-кривой для признака инфильтрации легких

Table 5. Coordinates of ROC curves for lung infiltration

Рис. 5. ROC-кривая для признака инфильтрации легких

Fig. 5. ROC curves for lung infiltration

Признак консолидации встречался реже и был не у всех пациентов. Частота выявления признака консолидации была статистически значимо меньше, чем признака инфильтрации (U = 35255,0; Z = –12,950; р < 0,001). Частота выявления признака консолидации при КТ легких и УЗ-признака консолидации представлена в табл. 6.

Таблица 6. Распределение встречаемости признака консолидации (количество пораженных сегментов), n = 388

Table 6. Frequency of consolidation (number of affected segments), n = 388

При оценке количества пораженных сегментов признаком консолидации раздельно в правом, левом легком, общего количества сегментов, определенных с помощью КТ и УЗИ, статистических различий выявлено не было (табл. 7).

Таблица 7. Количество пораженных сегментов признаком консолидации (n = 388)

Table 7. Number of affected segments with lung consolidation (n = 388)

При выявлении признака консолидации в 5 легочных сегментах и более УЗИ легких демонстрирует высокую чувствительность и специфичность — 84,6 и 79,2 % соответственно (табл. 8). Площадь под ROC-кривой — 0,846, р < 0,001 (рис. 6).

Таблица 8. Координаты ROC-кривой для признака консолидации легких

Table 8. Coordinates of ROC curves for lung consolidation

Рис. 6. ROC-кривая для признака консолидации легких

Fig. 6. ROC curves for lung consolidation

Обсуждение

Прикроватные фокусированные УЗИ используют в различных клинических ситуациях, связанных с возникновение дыхательной, сердечно-сосудистой недостаточности и других осложнений COVID-19 [19, 20]. В этом исследовании УЗИ легких продемонстрировало высокую диагностическую точность, сравнимую с КТ легких, как для выявления легочных паттернов, так и для описания распределения заболевания в различных областях легких у пациентов с пневмонией, вызванной COVID-19.

Одной из первых работ, показывающих корреляцию между КТ и УЗИ, было исследование Nouvenne A. et al. (2020), которое продемонстрировало значимость их использования на ранних стадиях заболевания [10]. Последовавшие за ним сравнительные исследования в различных странах также отметили высокую степень сопоставимости УЗ-данных и результатов КТ [15, 21, 22]. Soldati et al. (2020) в своем исследовании предложили использовать УЗИ для сортировки пациентов с симптомами СOVID-19 и пневмонией на догоспитальном этапе, что значительно упростит работу в условиях пандемии [23, 24].

У пациентов с альвеолярно-интерстициальной пневмонией, вызванной COVID-19, выявляемые УЗ-признаки были ассоциированы с изменениями КТ органов грудной клетки. В нашем исследовании наиболее частыми УЗ-признаками были очаговые участки интерстициального синдрома (отдельные и сливные В-линии) с возможным наличием мелких, множественных субплевральных уплотнений и изменений плевральной линии, которые отражали изменения на КТ в виде уплотнения легочной паренхимы по типу «матового стекла», утолщенной плевры. На втором месте по частоте развития стоял УЗ-признак консолидации с воздушными бронхограммами, которому на КТ соответствовал также признак консолидации легочной ткани, в то время как плевральный выпот присутствовал лишь в нескольких случаях. В исследовании Nouvenne A. et al. (2020) наиболее типичными УЗ-признаками были различные по площади зоны интерстициального синдрома (сливные или дискретные В-линии) с возможным наличием мелких или крупных субплевральных консолидаций и изменений плевральной линии; плевральный выпот в этом исследовании также обнаруживали редко[10]. В исследовании Ökmen K. et al. (2020) признаки повреждения легких при COVID-19 присутствовали у 72,5 % пациентов при КТ и у 78,4 % пациентов при УЗИ. Так же как и в нашем исследовании, наиболее часто выявляемыми признаками были инфильтрация и консолидация.

Посегментного анализа с помощью ультразвука в литературе нам обнаружить не удалось. Как правило, для УЗИ легких характерны исследования в зонах, долях легкого. Что касается частоты встречаемости пораженных зон легких, то при COVID-19 чаще всего, так же как и в нашем исследовании, это заднебазальные отделы и билатеральное поражение. Исследование Chung М. et al. (2019) показало, что в правом легком верхняя доля поражается в 67 %, средняя доля — 57 %, нижняя доля — 76 %. В левом легком верхняя доля вовлечена в патологический процесс в 67 % случаев, нижняя доля — 67 %. Билатеральное поражение легочной паренхимы было выявлено в 76 % случаев, а одностороннее (преимущественно справа) наблюдалось у 10 % [25].

Полученные в нашем исследовании результаты согласуются с исследованиями, экспертными заключениями и сериями случаев, ранее опубликованными в литературе [3, 15, 17, 26]. Значимая связь между показателями УЗИ и КТ позволяет сделать шаг вперед в определении роли ультразвука легких в диагностике и оценке пневмонии, вызванной COVID-19.

Заключение

Использование УЗИ легких во время пандемии COVID-19 позволяет выявить и оценить объем и характер повреждения легочной ткани с высокой степенью чувствительности и специфичности. УЗИ легких является хорошим прикроватным вспомогательным методом, но лишь при его должном применении подготовленным персоналом, особенно в отношении соблюдения методики исследования и уверенной проекции сегментов легких на грудную стенку. По мере накопления опыта как в других, так и в нашем исследовании верифицированы основные УЗ-признаки патологических изменений, такие как В-линии и консолидация, которые были ассоциированы с аналогичными изменениями на КТ. Чувствительность УЗИ легких в точности посегментной диагностики поражения признаком инфильтрации составляет 87,9 %, а специфичность 91,5 %. Чувствительность УЗ-признака консолидации составила 84,6 %, специфичность — 79,2 % соответственно. Таким образом, УЗИ легких продемонстрировало точность, сравнимую с КТ органов грудной клетки, при выявлении повреждения легких у пациентов с COVID-19.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов. Лахин Р.Е., Жирнова Е.А., Щеголев А.В., Йованикич О., Железняк И.С., Меньков И.А., Салухов В.В., Чугунов. А.А. — разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.