肺弹性超声在 COPD 和纤维化诊断和分层中的应用 (ELAS-P-1)

介绍

慢性阻塞性肺病 (COPD) 是一种常见的呼吸系统疾病，其特征是不可逆的呼气气流受限伴有支气管过度充气和空气滞留，导致肺和胸廓顺应性降低，其特征是慢性炎症伴肺气肿性破坏（GOLD Guidelines 2019；Singh P 等人 2019 年；Bagdonas E 等人 2015 年）。

在过去的十年中，床旁肺部超声检查 (LUS) 在呼吸系统疾病的鉴别诊断中迅速普及，尤其是在急性环境中，因为它的准确性、可重复性、快速性和多功能性使其成为内科和医学领域的理想诊断工具老年环境（Ticinesi A 等人，2019 年）。

COPD 与 LUS 的任何特定体征无关，因此，在呼吸衰竭急性加重的情况下，它仍然是一种排除性诊断（Lichtenstein D 2015）。 相反，肺功能测试（即肺量计）被认为是 COPD 检测的金标准测试（GOLD Guidelines 2019）。

然而，肺活量测定法有一些局限性，主要是它依赖于受试者的合作，因为在测试期间，有必要以有限的可接受标准执行正确的呼气用力动作（American Thoracic Society 1991；American Toracic Society 1995）。 因此，它不能在有严重认知和身体障碍的患者中进行。 此外，肺活量测定法在许多情况下是禁忌的，这些情况可能会因努力而加重（即 不稳定的心血管状态、近期心肌梗塞、肺栓塞等）（美国呼吸护理协会 1996）。 因此，非常需要在临床实践中识别 COPD 及其风险分层的替代方法，但迄今为止尚不可用。

间质性肺病 (ILD) 代表了广泛的肺部病变，其特征是结缔组织沉积和肺部纤维重塑，导致呼吸功能严重和进行性丧失（Meyer KC 2017）。 高分辨率计算机断层扫描 (HRCT) 目前被认为是诊断和监测 ILD 的金标准，但在使用时，需要考虑电离辐射暴露（每次检查的累积剂量估计约为 7mSv，相当于两次年的阳光照射），这可能会影响检查的可重复性、高成本和许多医院的不可用性。

此外，由于 ILD 主要涉及肺泡，LUS 可以显示数量可变的 B 线，即使这是其他病理性肺病（即 伴有肺水肿和急性呼吸窘迫综合征的心力衰竭）和胸膜线增厚大于 3 毫米（Wohlgenannt S 等人，2001 年）。

COPD 和 ILD 的病理生理学基础允许假设这些患者的肺实质比正常人更硬，但在临床实践中仍然缺乏在体内测量肺实质硬度的简便工具。

弹性成像是一种无创诊断工具，与超声检查相辅相成，可实时评估实质弹性程度，评估组织力学性能 (Gennisson JL et al 2013)。 目前，该技术广泛用于研究肝纤维化和表征可疑结节和乳腺、甲状腺、肾脏和前列腺病变（Gennisson JL 等人，2013 年）。

目前，只有一项研究（Zhang X et al 2019）考虑了表面波弹性成像在测量 ILD 患者浅表肺组织弹性特性中的作用，但还没有关于其在 COPD 中用于诊断目的或用于治疗的研究。对吸烟者发病的风险进行分层。

本研究的目的是评估与 LUS 相结合的应变弹性成像在 COPD 和 ILD 的风险评估和诊断中的适用性。

研究假设

该研究的主要假设是，在执行胸部超声检查期间使用表面波应变弹性成像能够区分患有 COPD 或 ILD 的受试者和没有呼吸系统疾病的受试者，记录肺部的不同刚度特性。 另一个假设是，在弹性声像检查中，长期接触烟雾的活跃吸烟者或戒烟者的肺部表现出与健康非吸烟者肺部不同的硬度模式。 最后，另一个假设是肺部超声检测到的解剖损伤与肺功能测试参数显着相关。

目标

1. 比较三组不同受试者的肺实质硬度特性，通过肺部超声结合表面波应变弹性成像在体内测量：一组已确诊为 COPD 或纤维化，一组没有慢性肺病但有高风险发展中的慢性阻塞性肺病（即主动吸烟者或戒烟者）和一组健康的非吸烟者。
2. 验证表面波应变弹性成像测量的肺实质刚度特性与肺功能测试的可能相关性。

学习规划

单中心实验诊断研究，无盈利，不涉及药品。

环境

该研究将在意大利帕尔马大学医院的内科和亚急性重症监护室进行并完成。 该病房是一个大型内科区（100 张住院病床），专门用于照顾老年患者。 它还包括一个门诊区，在那里可以使用超声和肺量计诊断资源。 住院病人和门诊病人都将参与这项研究。

研究人群

将招募 138 名参与者（每组 46 名）。 慢性阻塞性肺病/纤维化组必须有慢性呼吸系统疾病（慢性阻塞性肺病或间质性肺病）的病史记录，并通过最近的影像学和/或肺活量测定结果证实。 根据 2019 年 GOLD 指南，“高风险”组必须由显着暴露时间不超过 5 年且患有 COPD 高风险的活跃吸烟者或戒烟者组成。 “健康”组必须从不吸烟，也没有慢性呼吸道疾病的记录。 所有患有急性呼吸衰竭、不允许接受研究程序、认知障碍或痴呆、严重行动障碍、严重神经肌肉疾病、严重心力衰竭、严重肾脏或肝脏疾病、癌症或不遵守研究程序的受试者将被排除在外（排除标准所有群体通用）。

样本量设定为 138 名参与者（每组 46 名），基于假设肺弹性成像与肺活量测定法（灵敏度不低于 10%）相比在检测 COPD 或 ILD 方面的非劣效性（alpha = 0.05， 精度 5%)。 然而，由于完全缺乏关于弹性成像在 COPD 中的诊断相关性的临床数据，因此无法进行精确的样本量计算。

留学手续

参与者将以住院或门诊患者的身份入组，前提是他们满足各自组的所有纳入标准，并且没有任何排除标准。 志愿者的注册也将通过使用传单和公告来支持。

在获得书面知情同意和同意个人数据管理后（根据欧盟 GDPR 法规 2016/679），所有参与者将由一名工作人员医生进行评估，收集个人病史和基本临床数据（如果有）。 收集的数据将包括年龄、是否存在呼吸系统疾病（尤其是 COPD 和 ILD）、合并症、慢性药物治疗、最近的实验室检查、最近的胸部影像检查报告、最近的肺功能检查报告。 将仔细评估吸烟习惯，特别注意吸烟习惯的时间和数量。

然后将使用 Carefusion MSC Body 肺量计按照标准和国际公认的协议（美国呼吸护理协会 1996）进行肺功能测试。 FEV1 和 Tiffeneau 指数 (FEV1/FVC) 将被特别评估。

然后，肺部超声将由一名专职医师使用 Esaote Mylab 七超声系统（Esaote，热那亚，意大利）进行，该系统配备有应变弹性成像模块 ElaXto©。 所有检查都将使用凸面 3.5-5 mHz 探头进行，参与者处于坐姿，检查者在他或她身后。

首先，医生会进行常规的 B 型肺部超声检查，探查双肺，以排除可能影响肺和胸顺应性以及肺实质弹性的其他疾病。 然后，医生将启动弹性成像模块，并根据超声检测器，用手腕对凸探头进行轻微按压，以获得适合颜色分析的弹性成像图像。 弹性成像图像实际上由红色、绿色和蓝色混合而成，其组合表示被检查的实质组织的硬度。 检查者将进行系统的双侧扫描，从肺后部区域开始，隔膜上方的两个肋间空间，并为每侧获取两张图像，一张基底图像和一张顶端图像。 然后检查者将移动到肺外侧区域，到安全三角形的底部，获取另外两个图像，一个基底图像和一个顶部图像，最后到肺前区域，在锁骨中线的第三肋间隙处右侧和左侧锁骨中线的第二肋间（避开心脏区域），获取其他两个图像，一个基底图像和一个顶端图像，每个参与者总共扫描 12 次。

弹性成像图像将在超声系统上存档，随后在特定超声软件 ElaXto© 上进行后处理分析。 通过该软件，可以定性地测量组织弹性和刚度的百分比。

对于每个图像，刚度百分比（刚度阈值设置为 20%）将通过使用手动跟踪在三个感兴趣的区域进行测量：

• 探查的肺实质总面积（不包括位于胸膜线以上的皮下和肌肉组织）；
• 肺实质探查区域的浅半部分（直至胸膜线下约 3-4 厘米）；
• 肺实质探查区域的深半部分（从深度 3-4 厘米到图像的下限）。

对每张图像使用三种不同的刚度测量值可确保突出所探索的肺实质的整体刚度，以及浅表和深肺计划之间的潜在区域差异。 事实上，COPD预计主要累及肺实质的较深部分，基本上是一种小气道疾病，而ILD预计主要累及肺实质的表层（胸膜下纤维化）。 对于每个图像，将获得弹性的定性指标和刚度的定量指标。

对参与者的所有检查将在同一天进行。

统计分析

根据变量分布，数据将表示为中位数和四分位数范围或平均加/减标准差。 将通过 ANCOVA 和 Bonferroni 检验比较三个研究组的弹性成像参数。 肺量计和弹性参数之间的相关性将通过 Pearson 相关指数进行评估。

伦理道德问题

肺活量测定法和弹性超声检查是两项安全检查，并不意味着对参与者有任何特定风险。 所有程序都将遵循良好临床实践和赫尔辛基宣言原则。 数据将按照现行的欧盟立法进行处理。