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Thoracic Ultrasound

Difference of blood flow patterns on color Doppler ultrasound between benign and malignant peripulmonary lesions

  • Lian Xue ,
  • Yi Huang ,
  • Lei Zuo ,
  • Jiangang Dong ,
  • Qiu Li ,
  • Ming Yu ,
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  • Department of Ultrasonography, Xi'an Chest Hospital, Xi'an 710100, China
  • Department of Ultrasonography, Shaanxi Rehabilitation Hospital, Xi'an 710065, China
  • Department of Ultrasound, Chest Hospital of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Liuzhou 545005, China
  • Department of Ultrasound Diagnostics, Xijing Hospital Air Force Military Medical University, Xi'an 710032, China

Corresponding author:

Yu Ming, Email:

Received date: 2021-09-23

  Online published: 2023-07-05

Copyright

Copyright by Chinese Medical Association No content published by the journals of Chinese Medical Association may be reproduced or abridged without authorization. Please do not use or copy the layout and design of the journals without permission. All articles published represent the opinions of the authors, and do not reflect the official policy of the Chinese Medical Association or the Editorial Board, unless this is clearly specified.

Abstract

Objective

To evaluate the blood flow patterns of peripulmonary lesions by color Doppler ultrasound and compare the differences of blood flow patterns between benign and malignant lesions.

Methods

From June 2020 to July 2021, a total of 87 inpatients with peripulmonary lesions diagnosed by CT imaging examination were enrolled at Xi'an Chest Hospital, and all patients were confirmed by pathological diagnosis. The blood flow patterns of peripulmonary lesions were detected and classified using Colour Doppler ultrasound, which were divided into four types: type A, the presence of both intercostal artery blood supply patterns and dendritic reflux patterns of intrapulmonary veins in peripulmonary lesions; type B, the presence of intercostal artery blood supply pattern of peripulmonary lesions, but the absence of dendritic reflux of intrapulmonary veins; type C, the absence of intercostal artery blood supply pattern of lesions, but the presence of dendritic reflux pattern of intrapulmonary veins; type D, the absence of both intercostal artery blood supply pattern and dendritic reflux pattern of intrapulmonary veins in peripulmonary lesions. The differences of blood flow patterns between benign and malignant lesions were compared, and the value of blood flow patterns in distinguishing benign and malignant lesions was assessed by ROC curve analysis.

Results

The blood flow patterns of 87 peripulmonary lesions were: type A in 19 cases, type B in 6, type C in 42, and type D in 20, of which 65 were benign (74.7%) and 22 were malignant (25.3%). By comparing the blood flow patterns of benign and malignant lesions, it was found that the dendritic reflux of intrapulmonary veins was the benign feature of peripulmonary lesions, and its constituent ratio was higher in the benign group than in the malignant group (90.8% vs 19.1%, χ2=53.332, P<0.001); the sensitivity, specificity, and area under the curve of this pattern were 90.8%, 97.9%, and 0.908 (95% CI: 0.837-0.979, P<0.001), respectively. Intraoperative bleeding volume [510.0 (477.5730.0) ml] was significantly increased in patients with intercostal artery supply to the malignant lesion [400.0 (350.0, 450.0) ml] than patients without (Z=2.627, P=0.009).

Conclusion

There are differences in blood flow patterns between benign and malignant peripulmonary lesions. The dendritic reflux pattern of intrapulmonary veins is a benign feature of peripulmonary lesions. The blood supply pattern of intercostal arteries in patients with malignant lesions increases the risk of intraoperative bleeding, which requires close clinical attention.

Cite this article

Lian Xue , Yi Huang , Lei Zuo , Jiangang Dong , Qiu Li , Ming Yu . Difference of blood flow patterns on color Doppler ultrasound between benign and malignant peripulmonary lesions[J]. Chinese Journal of Medical Ultrasound (Electronic Edition), 2023 , 20(03) : 313 -318 . DOI: 10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2023.03.010

肺部病变目前仍是危害人类健康的重要疾病之一,病变的良恶性鉴别诊断依然是临床研究的热点1。既往研究提示肺内良性病变多以肺动脉供血为主,而恶性病变多以支气管动脉供血为主,并由此为依据进行疾病良恶性的判别2, 3, 4, 5。与其他影像学技术如X线、CT、MRI等相比,超声检查不仅可以清晰显示靠近胸壁的肺周病变,而且彩色多普勒血流显像(color Doppler flow imaging,CDFI)技术是唯一一种可在实时状态下获得肺周病灶血流来源及血流特点的方法,具有便利、精准、无辐射等优势。然而,目前针对肺周病变彩色血流特征鲜有深入的研究报道,本研究旨在探讨肺周病变的CDFI特征,为肺周良恶性病变的鉴别诊断以及手术决策提供超声影像学信息。

资料与方法

一、对象

追踪分析2020年6月至2021年7月在西安市胸科医院收治的经常规CT检查发现的周围型肺部病灶87例,男性56例,女性31例,年龄为(61.0±6.5)岁(范围18~82岁),超声所见病灶直径为(4.2±1.2)cm(范围1.0~10.5 cm),所有患者均经超声造影定位下超声引导经皮肺活检术(62例)或开胸肺部病灶(25例)切除手术病理学确诊。其中,良性病灶65例(74.7%,65/87):隐球菌性肺炎1例,肺结核22例,肺脓肿2例,肺慢性炎症40例;恶性病灶22例(25.3%,22/87):鳞癌5例,腺癌(非腺泡型)13例,腺癌(腺泡型)2例,小细胞癌1例,间叶源性肿瘤1例。本研究经本院伦理委员会审批通过(伦理号:2019-S0005),所有患者均知情同意并签署知情同意书。

二、仪器与方法

1. 仪器:采用飞利浦EIPQ-5彩色多普勒超声诊断仪(C9-2探头,频率2~9 MHz;M12-5探头,频率5~12 MHz)和西门子(ACUSON Sequoia)彩色多普勒超声诊断仪(C1-8探头,频率1~8 MHz;M3-11探头,频率3~11 MHz)。
2. 方法:根据病灶位置,患者取坐位、仰卧位或侧卧位,充分扩展肋间隙,暴露病灶的最大切面。采用二维超声观察并记录肺周病灶的大小、形态(规则、不规则)、边界(清晰、不清晰)、内部回声(均匀、不均匀)、充气支气管征(有、无)。
运用彩色多普勒超声技术观察并记录病灶内及病灶周边血流分布情况:(1)病灶内血流分布(有、无肺静脉树枝状血流),肺静脉树枝状血流定义为:从病灶中央到周边由粗至细的血流,走行自然,无明显迂曲或受压狭窄,并可录得静脉连续频谱(图1a~1ca~);(2)病灶周边血流分布(有、无来自胸壁肋间动脉的供血;图1d~1fd~),肋间动脉供血定义为:存在自胸壁肋间动脉至肺周病灶方向的血流信号,并可录得动脉搏动频谱。将彩色血流模式归纳为四型:A型,可见肋间动脉向肺部病灶供血并肺内静脉树枝状回流;B型,可见肋间动脉向肺部病灶供血,未见肺内静脉树枝状回流;C型,未见肋间动脉向肺部病灶供血,可见肺内静脉树枝状回流;D型,未见肋间动脉供血及肺内静脉树枝状回流。
图1 周围型肺部病灶内彩色多普勒血流模式。图a:病灶内树枝状血流;图b:病灶内静脉频谱;图c:病灶内的非树枝状血流;图d:病灶内有肋间动脉供血;图e:病灶内动脉频谱;图f:病灶内无肋间动脉供血

三、统计学分析

使用SPSS 23.0统计软件进行统计学处理。经过正态性检验,病灶直径以及术中出血量为不符合正态分布的计量资料,采用MQR)表示,采用Mann-Whitney秩和检验比较良恶性组间的差异;超声特征及血流模式为计数资料,以频数(构成比)表示,良、恶性组间比较采用χ2检验。采用受试者操作特征(receiver operator characteristic,ROC)曲线分析判断病灶良恶性的敏感度和特异度。P<0.05为差异具有统计学意义。

结果

一、肺周良、恶性病灶常规二维超声特征比较

良、恶性组的病灶最大径、形状和支气管充气征比较,差异均无统计学意义(P均>0.05);与良性组比较,恶性组内部回声不均匀以及边界不清晰构成比增高,差异具有统计学意义(P<0.05,表1)。
表1 肺周良、恶性病灶常规二维超声特征比较
组别 例数 最大径[mm,MQR)] 形状[例(%)] 内部回声[例(%)] 边界[例(%)] 支气管充气征[例(%)]
不规则 规则 不均匀 均匀 不清晰 清晰
恶性组 22 42.0(25.0,64.0) 8(36.4) 14(63.6) 16(72.7) 6(27.3) 16(72.7) 6(27.3) 13(59.1) 9(40.9)
良性组 65 38.0(22.0,43.3) 22(33.8) 43(66.2) 30(46.2) 35(53.8) 21(32.3) 44(67.7) 28(43.1) 37(56.9)
统计值 Z=-0.752 χ2=0.046 χ2=4.658 χ2=10.987 χ2=1.692
P 0.452 0.830 0.031 0.001 0.193
以内部回声和病灶边界为特征进行ROC曲线分析(图2),内部回声不均匀判断病灶良恶性的敏感度为53.9%,特异度为72.7%,ROC曲线下面积为0.633(95%CI:0.520~0.746,P<0.001);边界不清晰判断病灶良恶性的敏感度为67.7%,特异度为72.7%,ROC曲线下面积为0.702(95%CI:0.591~0.813,P<0.001)。
图2 二维超声参数内部回声(图a)和病灶边界(图b)判断肺周病灶良恶性的受试者操作特征曲线

二、肺周病灶的彩色多普勒血流模式

彩色多普勒超声显示87例肺周病灶供血方式的四型彩色血流模式中,A型19例(图3a),良性18例,恶性1例;B型6例(图3b),良性2例,恶性4例;C型42例(图3c),良性41例,恶性1例;D型20例(图3d),良性4例,恶性16例。
图3 肺周病灶的彩色多普勒血流模式分型。图a~d分别为彩色血流模式A、B、C、D型

三、良、恶性肺周病灶血流模式比较

A型和B型彩色血流模式均存在肋间动脉供血,A型和C型彩色血流模式均存在肺内静脉树枝状回流。其中,良、恶性组肋间动脉供血构成比比较,差异无统计学意义(P>0.05);良性组肺内静脉树枝状回流构成比较恶性组高,差异具有统计学意义(P<0.05,表3)。
表3 良、恶性肺周病灶彩色多普勒血流成像血流模式比较
组别 例数 肋间动脉供血[例(%)] 肺内静脉树枝状回流[例(%)]
恶性组 22 5(22.7) 17(77.3) 2(19.1) 20(90.9)
良性组 65 20(30.8) 45(69.2) 59(90.8) 6(9.2)
χ2 0.519 53.332
P 0.417 <0.001
采用肺内静脉树枝状回流的特征判断肺周病灶良恶性的敏感度为90.8%,特异度为97.9%,曲线下面积为0.908(95%CI:0.837~0.979,P<0.001;图4)。
图4 肺内静脉树枝状回流判断肺周病灶良恶性的受试者操作特征曲线

四、恶性肺周病灶术中出血量

87例患者中有14例恶性肺周病灶患者行外科肺部病灶切除术(图5)。来自胸壁体循环肋间动脉血管向恶性病灶供血(肋间动脉供血)的患者术中出血量为510.0(477.5,730.0)ml,未显示肋间动脉供血患者术中出血量为400.0(350.0,450.0)ml,存在肋间动脉向恶性病灶供血的患者术中出血量显著高于未显示肋间动脉供血的患者,差异具有统计学意义(Z=2.627,P=0.009)。
图5 肺周恶性病灶患者术中(图a)及病理(图b,HE×400)所见。黑色箭头示病灶内新生肋间动脉吻合血管

讨论

近年来,超声成像技术在肺周围型病变诊治领域已广泛应用,其应用范围包括病灶的诊断、治疗评估以及超声引导下穿刺活检病变组织的获得6, 7。有研究显示肺部超声可以了解患者肺部实变、肺间质改变和胸腔积液的情况,与肺部CT观察内容一致8。也有研究认为超声可清晰显示胸膜和胸膜下的实变肺组织9。前期多项研究表明,对于肺部病灶良、恶性判断的一项重要依据为病灶的供血来源,即以肺动脉供血为主为良性病变,而以体循环供血为主为恶性病变10, 11。目前,CT对于肺部病灶血流灌注模式的显示需要注入碘造影剂,存在放射性损伤,不易反复观察且费用昂贵,限制了其在临床上的应用。而肺超声造影主要依据超声造影剂到达肺部以及病灶的显影时间不同辅助良、恶性病变的鉴别10, 11。但同时也存在不同观点,主要原因为部分肺内病变存在双重血供,仅根据病灶超声造影显影时间不同判定良、恶性具有一定的局限性12, 13, 14。CDFI技术可清晰显示并连续追踪观察肺周病灶的血流来源及分布,具有操作简单、实时动态、费用低且无辐射等优势15。因此,本研究主要对比分析肺周病灶的彩色多普勒血流模式,为病灶的良、恶性鉴别提供依据。
本研究结果显示肺周良、恶性病灶二维超声的病灶最大径、形状和有无支气管充气征比较,差异均无统计学意义。而恶性病变的内部回声不均匀以及边界不清晰的构成比高,以内部回声不均匀判断病灶恶性的敏感度为53.9%,特异度为72.7%,ROC曲线下面积为0.633;以边界不清晰判断病灶恶性的敏感度为67.7%,特异度为72.7%,ROC曲线下面积为0.702;提示仅通过二维超声特征判断肺周病灶的良、恶性,其敏感度和特异度均不理想,存在一定局限。
本研究通过超声CDFI技术追踪肺周围型病灶血供来源,分析其血流模式的特点并进行归纳,总结为A、B、C、D四型。良性组肺内静脉树枝状回流的构成比高于恶性组,差异具有统计学意义,提示该特征为肺周病灶的良性特征。采用肺静脉树枝状回流的特征判断肺周病灶为良性的敏感度为90.8%,特异度为97.9%,曲线下面积为0.908。研究结果显示采用肺静脉树枝状回流的血流特征来判断肺周病灶良、恶性的敏感度和特异度显著高于通过二维超声声像图特征判断。
良性肺周病灶(如炎症)侵犯胸膜,发生粘连后肉芽组织增生,血流供应需求量增大,一般遵循最近供血原则,以满足组织修复、营养供应的需求;同时在肺表面与肺脏层胸膜形成吻合支,借助管道进行回流,肺内现有肺静脉是其最直接有效的回流通道。恶性肺周病灶,由于其血管走行与自身细胞生长、营养供应密切相关,与肺部正常血管走行不符,其血管走行的特点为分布不规则、无树枝状结构、无规律可循且血管直径粗细不均16。因此,肺静脉树枝状回流是肺周病灶良性特征,主要体现在A型和C型。
另外,本研究发现,在B型血流模式中,有一定比例的恶性病灶存在肋间动脉供血模式。本研究追踪了14例恶性肺周病灶行外科切除术的患者发现,彩色多普勒显示的胸壁与肺周病灶之间的血管吻合支与术中显示的血管吻合支位置及分布结果相符。本研究结果提示存在较丰富肋间动脉供血的恶性病例患者在外科病灶剥离过程中出血量较大,有肋间动脉供血患者的术中出血量显著高于未显示肋间动脉供血患者。因此,对于恶性肺周病灶,术前采用超声探查肋间动脉供血模式,对于术前风险评估、术前手术方案的制定、术中减少出血等,可提供重要的参考信息。
本研究的局限性是样本量较小,其供血模式的分布以及在鉴别病灶良、恶性中的意义有待扩大样本量进一步研究。
综上,肺周病灶内的CDFI血流状况在病灶良、恶性的鉴别诊断中具有较好的临床应用价值。存在肋间动脉向恶性病灶供血的患者其术中出血的风险增加,提醒临床应做好术前评估和手术方案的制定。
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