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editorial
. 2014 Jan-Feb;40(1):1–5. doi: 10.1590/S1806-37132014000100001
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Lung ultrasound in the evaluation of pleural effusion

Elena Prina 1, Antoni Torres 2, Carlos Roberto Ribeiro Carvalho 3
PMCID: PMC4075927  PMID: 24626263

In recent years, there has been an increasing interest in the use of ultrasound for the evaluation of chest diseases, especially for the study of bedridden, critically ill patients. In fact, the ultrasound method presents various advantages: it uses no radiation; it is inexpensive; it can be used at the bedside; it is noninvasive; and it can be repeated as necessary. In addition, ultrasound is starting to be a method used by professionals, other than radiologists, who have specific clinical questions,(1) having become an important tool for the pulmonary physician. In this context, the utility of ultrasound for the diagnosis and management of pleural effusion is well documented.

In the present issue of the Brazilian Journal of Pulmonology, Perazzo et al.(2 ) present a randomized controlled trial aimed at assessing whether ultrasound-assisted thoracentesis, in contrast with a blinded method, would reduce the rate of pneumothorax. The authors also aimed to assess whether ultrasound improves the efficacy of the procedure (in terms of the number of successful fluid removal procedures and the amount of fluid removed). It is of note that, in that study, experienced operators performed both methods, following a standardized protocol, in order to focus attention on the influence of using ultrasound or not, and removed other factors that could be responsible for complications. For these purposes, 160 inpatients and outpatients with pleural effusion requiring pleural puncture were randomized into two groups. In the study group (comprising 80 patients), thoracentesis was performed with the use of ultrasound, whereas it was performed without ultrasound in the control group (also comprising 80 patients). In comparing the study and control groups, the authors observed that the former had a significantly lower pneumothorax rate (1.25% vs. 12.5%; p = 0.009; OR = 0.09), a higher number of patients with successful drainage (79/80 vs. 72/80), and a higher amount of fluid drained (mean ± SD: 960 ± 500 mL vs. 770 ± 480 mL). They concluded that the use of ultrasound during thoracentesis reduced the number of cases of pneumothorax and increased the efficiency of the procedure.

The findings of Perazzo et al.(2) corroborate data already described in the literature-thoracentesis involving the use of ultrasound is safer than is the blinded approach. Nevertheless, the study is interesting because it confirms the idea that ultrasound can provide advantages even to more experienced operators. In addition, the study is a randomized controlled trial, which increases the power of their findings.

Despite its utility, ultrasound presents some limitations. Soft tissue edema, subcutaneous emphysema, or obesity can reduce the quality of the images. We also think that physicians need adequate training in order to avoid misreading ultrasound images and, consequently, to avoid mistakes.

Ultrasound and diagnosis of pleural effusion

The first step in the evaluation of patients with suspected pleural effusion is to confirm the diagnosis, especially in the case of a white hemithorax on chest X-rays. Ultrasound is a useful method for these purposes because it allows the distinction between effusion and lung consolidations(3) and has a higher accuracy in detecting pleural effusion in comparison with bedside chest X-rays (93% vs. 47%).(4 ) In fact, chest X-rays can detect the presence of pleural effusion in patients in the orthostatic position only if the volume of the effusion is at least 200 mL,(5) and the sensitivity of this method decreases in the supine position, whereas ultrasound can detect effusions as small as 20 mL.(6)

The ultrasound evaluation of a patient in a sitting position is better because it allows a more precise quantification of pleural effusion. In this position, the free fluid will collect in the dependent space, whereas it will be found in a posterior location with the patient in the supine position. In addition, ultrasound allows the identification of adjacent structures: chest wall, hemidiaphragm (over the liver or spleen), and visceral pleural surface. This is important, especially in the case of an invasive procedure, in order to avoid organ injury (Figure 1).

Figure 1. Ultrasound identification of pleural effusion at a specific site (lower image). pe: pleural effusion; d: diaphragm; and c: chest wall.

Figure 1

A second step is the distinction between transudative and exudative pleural effusions. The aspect of pleural effusion on ultrasound can suggest the nature of the fluid, although a definitive diagnosis requires a thoracentesis in order to allow physical, chemical, and microbiological studies. According to the characteristics of the pleural effusion on ultrasound, it can appear as anechoic (black), complex nonseptated (black with white strands), complex septated (black with white septa), or homogeneously echogenic (white).(7) In general, the presence of complex pleural effusion suggests exudative effusion, whereas an anechogenic effusion might be transudative. However, in contrast to what we expect, transudative effusion can also appear as complex nonseptated effusion(8); this is due to the fact that transudates are not pure water, having various components (i.e., cells, proteins, and lipids), and exudative effusions can also appear as anechogenic effusion. Homogeneous echogenic effusions are the result of hemorrhagic effusions or empyema (Table 1).

Table 1. Ultrasound patterns and the nature of pleural effusion.

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In some cases, ultrasound images other than those of the effusion can help assess the nature of the pleural effusion. For example, the presence of thickened pleura or of a pulmonary consolidation with dynamic air bronchogram (suggestive of an infectious origin) is usually indicative of an exudate. The presence of a diffuse sign of lung congestion (B lines) suggests transudative effusion during heart failure.

Laing & Filly(9) reported that nearly 20% of the anechogenic images of the pleura revealed a solid lesion, not the presence of fluid. Therefore, especially in cases of small or loculated pleural effusion (Figure 2), or when thoracentesis is requested, it is important to focus on the differential diagnosis. One aspect that can facilitate the diagnosis is that pleural effusions are associated with a typical movement of the adjacent structure that determines a change in the shape of the effusion-the movement of the collapsed lung into the effusion or that of particles inside the fluid. The use of the M mode can help in the visualization of the sinusoidal movement of the collapsed lung in the fluid (sinusoid sign).(10) However, very dense or loculated pleural effusions might present no variation in the shape.

Figure 2. CT (in A) and ultrasound (in B) revealing loculated pleural effusion. pe: pleural effusion; L:lung; and r: rib. The thin arrow indicates the parietal pleural line.

Figure 2

Although various ultrasound methods have been described for the quantification of the volume of pleural effusions,(11) they all require several measurements. We believe that knowledge of the exact amount of fluid has limited usefulness in clinical practice. Therefore, we prefer a qualitative approach, which is summarized in Table 2. In addition, ultrasound can help estimate the effect of pleural effusion on the lung parenchyma by enabling the visualization of different degrees of collapse. This information, combined with clinical judgment, can help physicians in the decision-making process regarding thoracentesis (Figure 3).

Table 2. Ultrasound quantification of pleural effusion.

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Figure 3. X-ray (in A) and ultrasound (in B) revealing pleural effusion and lung collapse. pe: pleural effusion.

Figure 3

Ultrasound and thoracentesis

The use of ultrasound in thoracentesis reduces the rate of complications (i.e., pneumothorax) and increases the successfulness of fluid removal when compared with traditional methods.(12) Ultrasound is especially useful when the pleural effusion is small or loculated.

Ultrasound allows the identification of the best site to perform the puncture and the measurement of the depth of the adjacent organs in order to avoid organ injury. For experts, ultrasound allows the study of the intercostal spaces prior to needle insertion, in order to identify aberrantly positioned intercostal vessels, thus avoiding vascular injury.

On ultrasound images, the appearance of pleural effusion can also provide clues to the necessary intervention: for example, a complex septated effusion could require the use of a larger catheter. There are two different techniques employed in thoracentesis with the use of ultrasound: the landmark-based method, in which ultrasound is used in order to identify the best site of the puncture; and the ultrasound-guided method, in which the procedure is closely monitored in real time by continuous visualization of the needle. This second method requires the involvement of a professional who is more experienced in the use of ultrasound.

Ultrasound and pneumothorax

The use of ultrasound reduces the risk of pneumothorax following thoracocentesis from 18% to 3%.(13). As shown in one retrospective study,(13) that is especially true when the ultrasound-guided method is used, the rates of pneumothorax being significantly lower than when the landmark-based method is used (4% vs. 10%). In addition, Weingardt et al.(14) demonstrated that ultrasound can be an effective rescue method in 88% of cases in which blind thoracocentesis is unsuccessful. The authors noted that, in 69% of those cases, the site of puncture chosen in the blind approach was below the diaphragm. Interestingly, ultrasound-guided thoracentesis resulted safe for use in mechanically ventilated patients as well.(15)

Ultrasound is also a more useful method to detect pneumothorax after thoracentesis than are chest X-rays using a supine anterior approach. The sensitivity of these two methods is 78.6% and 39.8%, respectively, whereas their specificity is 98.4% and 99.3%, respectively.(16)

As shown in Figure 4, the major ultrasonographic signs for the diagnosis of pneumothorax are the absence of lung sliding-movement of the pleura during respiratory excursion-which is more evident using the M mode with the stratosphere sign; the absence of B lines (negative predictive value: 100%); and the presence of the lung point (positive predictive value: 100%) in the absence of massive pneumothorax.

Figure 4. Ultrasound signs of pneumothorax. In A, normal lung, showing the seashore sign in M mode. In B, pneumothorax, showing the stratosphere sign in M mode. In C, subcutaneous emphysema. Arrowheads indicate the pneumothorax.

Figure 4

In summary, ultrasound represents a highly useful tool for the evaluation of patients with pleural effusion during the diagnostic phase and in combination with invasive procedures.

Footnotes

*

Dr. Prina is a research fellow supported by the long-term research fellowship program of the European Respiratory Society.

Contributor Information

Elena Prina, Department of Pulmonology, Heart Institute, University of São Paulo School of Medicine Hospital das Clínicas, São Paulo, Brazil, Institut Clínic del Tórax (ICT), Servei de Pneumologia, Hospital Clínic de Barcelona, Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), Universitat de Barcelona, Ciber de Enfermedades Respiratorias, Barcelona, Spain.

Antoni Torres, Institut Clínic del Tórax (ICT), Servei de Pneumologia, Hospital Clínic de Barcelona, Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), Universitat de Barcelona, Ciber de Enfermedades Respiratorias, Barcelona, Spain.

Carlos Roberto Ribeiro Carvalho, Heart Institute (InCor), Hospital das Clínicas, University of São Paulo School of Medicine, São Paulo, Brazil.

References

J Bras Pneumol. 2014 Jan-Feb;40(1):1–5. [Article in Portuguese]

Ultrassom de pulmão na avaliação de derrame pleural

Elena Prina 1, Antoni Torres 2, Carlos Roberto Ribeiro Carvalho 3

Nos últimos anos, tem havido um interesse crescente no uso do ultrassom para a avaliação de doenças torácicas, especialmente para o estudo de pacientes acamados em estado crítico. De fato, o método ultrassonográfico apresenta diversas vantagens: não utiliza radiação, tem baixo custo, pode ser utilizado à beira do leito, não é invasivo e pode ser repetido conforme necessário. Além disso, o ultrassom está começando a ser um método utilizado por outros profissionais, que não radiologistas, com questões clínicas específicas,(1) tendo se tornado uma ferramenta importante para o pneumologista. Nesse contexto, a utilidade do ultrassom para o diagnóstico e manejo do derrame pleural encontra-se bem documentada.

Na presente edição do Jornal Brasileiro de Pneumologia, Perazzo et al.(2 ) apresentam um ensaio controlado randomizado que teve como objetivo avaliar se a toracocentese com o uso do ultrassom, em contraste com um método cego, reduziria a taxa de pneumotórax. Os autores também tiveram como objetivo avaliar se o ultrassom aumenta a eficácia do procedimento (em termos do número de procedimentos de remoção de líquido bem sucedidos e da quantidade de líquido removido). É importante ressaltar que, naquele estudo, operadores experientes executaram ambos os métodos, seguindo um protocolo padronizado, a fim de focar a atenção na influência do uso ou não do ultrassom, e removeram outros fatores que pudessem ser responsáveis por complicações. Com esses propósitos, 160 pacientes internados e ambulatoriais com derrame pleural que exigia punção pleural foram randomizados em dois grupos. No grupo estudo (constituído por 80 pacientes), a toracocentese foi realizada com o uso do ultrassom, enquanto ela foi realizada sem o ultrassom no grupo controle (também constituído por 80 pacientes). Comparando os grupos estudo e controle, os autores observaram que o primeiro apresentou taxa de pneumotórax significativamente menor (1,25% vs. 12,5%; p = 0,009; OR = 0,09), maior número de pacientes com drenagem bem sucedida (79/80 vs. 72/80) e maior quantidade de líquido removido (média ± dp: 960 ± 500 mL vs. 770 ± 480 mL). Eles concluíram que o uso do ultrassom durante a toracocentese reduziu o número de casos de pneumotórax e aumentou a eficiência do procedimento.

Os achados de Perazzo et al.(2) corroboraram dados já descritos na literatura - a toracocentese com o uso do ultrassom é mais segura do que a abordagem cega. Não obstante, o estudo é interessante porque confirma a ideia de que o ultrassom pode proporcionar vantagens até para operadores mais experientes. Além disso, o estudo é um ensaio clínico randomizado, o que aumenta o poder dos achados.

Apesar de sua utilidade, o ultrassom apresenta algumas limitações. A presença de edema de partes moles, enfisema subcutâneo ou obesidade pode reduzir a qualidade das imagens. Achamos também que os médicos necessitam de treinamento adequado a fim de evitar interpretações equivocadas das imagens de ultrassom e, consequentemente, evitar erros.

O ultrassom e o diagnóstico de derrame pleural

O primeiro passo na avaliação de pacientes com suspeita de derrame pleural é confirmar o diagnóstico, especialmente em casos de hemitórax opaco à radiografia de tórax. O ultrassom é um método útil para esses fins porque permite a distinção entre derrame e consolidações pulmonares(3) e pode detectar derrame pleural com maior precisão do que as radiografias de tórax à beira do leito (93% vs. 47%).(4) De fato, as radiografias de tórax podem detectar a presença de derrame pleural em pacientes em posição ortostática somente se o volume do derrame for de pelo menos 200 mL,(5) e a sensibilidade desse método diminui na posição supina, enquanto o ultrassom pode detectar derrames com volume de apenas 20 mL.(6)

A avaliação ultrassonográfica de um paciente na posição sentada é melhor porque permite uma quantificação mais precisa do derrame pleural. Nessa posição, o líquido livre se acumula no espaço dependente, enquanto ele é encontrado em uma localização posterior com o paciente na posição supina. Além disso, o ultrassom permite a identificação de estruturas adjacentes: parede torácica, hemidiafragma (sobre o fígado ou baço) e superfície pleural visceral. Isso é importante, especialmente em casos de procedimento invasivo, a fim de evitar lesões de órgãos (Figura 1).

Figura 1. Identificação ultrassonográfica de derrame pleural em local específico (imagem menor). dp: derrame pleural; d: diafragma; e t: parede torácica.

Figura 1

Um segundo passo é a distinção entre derrames pleurais transudativos e exsudativos. O aspecto do derrame pleural no ultrassom pode sugerir a natureza do líquido, embora um diagnóstico definitivo requeira uma toracocentese a fim de permitir estudos físicos, químicos e microbiológicos. De acordo com as características do derrame pleural no ultrassom, ele pode aparecer como anecoico (preto), complexo não septado (preto com fios brancos), complexo septado (preto com septos brancos) ou homogeneamente ecogênico (branco).(7) Em geral, a presença de derrame pleural complexo sugere derrame exsudativo, enquanto um derrame anecogênico pode ser transudativo. Porém, em contraste ao esperado, o derrame transudativo pode também aparecer como derrame complexo não septado(8); isso se deve ao fato de que os transudatos não são água pura, tendo vários componentes (ou seja, células, proteínas e lipídios), e derrames exsudativos podem também aparecer como derrame anecogênico. Os derrames ecogênicos homogêneos são resultado de derrames hemorrágicos ou empiema (Tabela 1).

Tabela 1. Padrões ultrassonográficos e a natureza do derrame pleural.

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Em alguns casos, imagens ultrassonográficas além daquelas do derrame podem auxiliar na avaliação da natureza do derrame pleural. Por exemplo, a presença de espessamento da pleura ou de consolidação pulmonar com broncograma aéreo dinâmico (sugestivo de origem infecciosa) é geralmente indicativa de exsudato. A presença de sinal difuso de congestão pulmonar (linhas B) sugere derrame transudativo durante insuficiência cardíaca.

Laing & Filly(9) relataram que quase 20% das imagens anecogênicas de pleura revelavam lesão sólida, não a presença de líquido. Por esse motivo, especialmente em casos de derrames pleurais pequenos ou loculados (Figura 2), ou quando a toracocentese é solicitada, é importante focar no diagnóstico diferencial. Um aspecto que pode facilitar o diagnóstico é que os derrames pleurais estão associados a um movimento típico da estrutura adjacente que determina uma mudança na forma do derrame - o movimento do pulmão colapsado para o derrame ou o movimento de partículas dentro do líquido. O uso do modo M pode auxiliar na visualização do movimento sinusoidal do pulmão colapsado no líquido (sinal do sinusoide).(10) Porém, derrames pleurais muito densos ou loculados podem não apresentar nenhuma variação na forma.

Figura 2. Imagens de TC (em A) e de ultrassom (em B) evidenciando derrame pleural loculado. dp: derrame pleural; P: pulmão; e c: costela. A seta fina indica a linha da pleura parietal.

Figura 2

Embora vários métodos ultrassonográficos tenham sido descritos para a quantificação do volume dos derrames pleurais,(11) todos eles requerem várias medições. Acreditamos que o conhecimento da quantidade exata de líquido tenha utilidade limitada na prática clínica. Por esse motivo, preferimos a abordagem qualitativa, que se encontra resumida na Tabela 2. Além disso, o ultrassom pode auxiliar na estimativa do efeito do derrame pleural no parênquima pulmonar ao permitir a visualização de diferentes graus de colapso. Essa informação, associada ao julgamento clínico, pode auxiliar os médicos no processo de tomada de decisão em relação à toracocentese (Figura 3).

Tabela 2. Quantificação ultrassonográfica do derrame pleural.

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Figura 3. Imagens de radiografia (em A) e de ultrassom (em B) evidenciando derrame pleural e colapso pulmonar. dp: derrame pleural.

Figura 3

O ultrassom e a toracocentese

O uso do ultrassom na toracocentese reduz a taxa de complicações (ou seja, pneumotórax) e aumenta o êxito da remoção de líquido em comparação a métodos tradicionais.(12) O ultrassom é especialmente útil quando o derrame pleural é pequeno ou loculado.

O ultrassom permite identificar o melhor local para a realização da punção e medir a profundidade dos órgãos adjacentes, a fim de evitar lesões de órgãos. Para os especialistas, o ultrassom permite o estudo dos espaços intercostais antes da inserção da agulha, a fim de identificar vasos intercostais em posição aberrante, evitando assim lesões vasculares.

Nas imagens ultrassonográficas, a aparência do derrame pleural também pode fornecer pistas para a intervenção necessária: por exemplo, um derrame complexo septado pode requerer o uso de um cateter de maior diâmetro. Existem duas técnicas distintas empregadas na toracocentese com ultrassom: o método baseado em pontos de referência, no qual o ultrassom é utilizado para identificar o melhor local de punção; e o método guiado por ultrassom, no qual o procedimento é monitorado de perto, em tempo real, pela visualização contínua da agulha. Esse segundo método requer o envolvimento de um profissional mais experiente no uso do ultrassom.

O ultrassom e o pneumotórax

O uso do ultrassom reduz o risco de pneumotórax após a toracocentese de 18% para 3%.(13). Conforme mostrado em um estudo retrospectivo,(13) isso é especialmente verdadeiro quando se utiliza o método guiado por ultrassom, sendo as taxas de pneumotórax significativamente menores do que quando se utiliza o método baseado em pontos de referência (4% vs. 10%). Além disso, Weingardt et al.(14) demonstraram que o ultrassom pode ser um eficaz método de recuperação em 88% dos casos em que a torecocentese cega é malsucedida. Os autores perceberam que, em 69% daqueles cases, o local da punção escolhido na abordagem cega foi abaixo do diafragma. É interessante notar que a toracocentese guiada por ultrassom também tem se mostrado segura em pacientes em ventilação mecânica.(15)

O ultrassom é também um método mais útil para detectar pneumotórax após a toracocentese do que as radiografias de tórax anteriores na posição supina. A sensibilidade desses dois métodos é de 78,6% e 39,8%, respectivamente, enquanto a especificidade dos mesmos é de 98,4% e 99,3%, respectivamente.(16)

Conforme mostrado na Figura 4, os principais sinais ultrassonográficos para o diagnóstico de pneumotórax são ausência de deslizamento pleural - movimento da pleura durante a excursão respiratória - que é mais evidente utilizando-se o modo M, juntamente com o sinal da estratosfera; ausência de linhas B (valor preditivo negativo: 100%); e presença de ponto pulmonar (valor preditivo positivo: 100%) na ausência de pneumotórax maciço.

Figura 4. Sinais ultrassonográficos de pneumotórax. Em A, pulmão normal, mostrando o sinal da praia no modo M. Em B, pneumotórax, mostrando o sinal da estratosfera no modo M. Em C, enfisema subcutâneo. As cabeças de seta indicam o pneumotórax.

Figura 4

Em resumo, o ultrassom representa uma ferramenta muito útil para a avaliação de pacientes com derrame pleural durante a fase de diagnóstico e em associação com procedimentos invasivos.

Footnotes

*

Dra. Prina é pesquisadora bolsista do programa de bolsas de pesquisa de longo prazo da European Respiratory Society.


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