background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

INVESTIGATION OF 

RESPIRATORY DISEASE 

A detailed history, thorough examination and basic haematological 
and biochemical tests usually suggest the likely diagnosis and key 
differentials. However, a number of further investigations are usually 
required to confirm the diagnosis and/or monitor disease activity.  

Imaging 

The 'plain' chest X-ray This is performed on the majority of patients 
suspected of having chest disease. A postero-anterior (PA) film 
provides information on the lung fields, heart, mediastinum, vascular 
structures and the thoracic cage .Additional information may be 
obtained from a lateral film, particularly if pathology is suspected 
behind the heart shadow or deep in the diaphragmatic sulci. 

   

1


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

 

 

Note lung markings consist of branching and tapering lines radiating out from 
the hila; where airways and vessels turn towards the film they can appear as 
open or filled circles (see upper pole of right hilum). The scapulae may overlie 
the lung fields; trace the edge of bony structures to avoid mistaking them for 
pleural or pulmonary shadows. To check for hyperinflation, count the ribs; if 
more than 10 are visible posteriorly above the diaphragm, the lungs are 
hyperinflated. 

Upper zone CXR infiltrate favors : TB , Aspergilosis , fibrosis due 
to Ankylosing spondylitis. 
Lower zone infiltrate: Idiopathic(Cryptogenic) pulmonary 
fibrosis ,Asbestosis, Aspiration pneumonia. 
Significance of apparently elevated hemidiaphram: 

Phrenic nerve pulsy 

Segmental or lobar 
collapse or resection 

Subphrenic collection 

Massive hepatomegaly 

Diaphramatic rupt


   

2


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

Films are postero-anterior (PA) unless 
marked AP to denote antero-posterior

Name, date, 
orientation

Equal translucency?

Lung fields

Check horizontal fissure from right hilum to 
sixth rib at the anterior axillary line

Masses? Consolidation? Cavitation?

Check behind the clavicles.  
Masses? Consolidation? Cavitation?

Lung apices

Central? (Midway between the clavicular 
heads). Paratracheal mass? Goitre?

Trachea

Normal shape? Cardiothoracic ratio (should be 
< half the intrathoracic diameter)

Heart

Retrocardiac mass?

Left should be higher than right

Hila

Shape? (Should be concave laterally; if 
convex, consider mass or lymphadenopathy) 
Density?

Right should be higher than left

Diaphragms

Hyperinflation? No more than 10 ribs should 
be visible posteriorly above the diaphragm)

Acute and well-defined? (Pleural fluid or 
thickening, if not)

Costophrenic 
angles

Breast shadows in females

Soft tissues

Chest wall for masses or subcutaneous 
emphysema

Ribs, vertebrae, scapulae and clavicles

Bones

Any fracture visible at bone margins or 
lucencies?

   

3


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

Common chest X-ray abnormalities:- 

1.Pulmonary and pleural shadowing 
2.Consolidation: infection, infarction, inflammation, and rarely 

bronchoalveolar cell carcinoma 

3.Lobar collapse: mucus plugging, tumour, compression by lymph 

nodes 

4.Solitary nodule.Multiple nodules: miliary tuberculosis (TB), dust 

inhalation, metastatic malignancy, healed varicella pneumonia, 
rheumatoid disease 

5.Ring shadows, tramlines and tubular shadows: bronchiectasis 
6.Cavitating lesions: tumour(esp.squamous), abscess, infarct, 

pneumonia (Staphylococcus/Klebsiella), Wegener's 
granulomatosis 

7.Reticular, nodular and reticulonodular shadows: diffuse 

parenchymal lung disease, infection 

8.Pleural abnormalities: fluid, plaques, tumour 
9.Increased translucency Bullae 
10.Pneumothorax 
11.Oligaemia 
12.Hilar abnormalities 
13.Unilateral hilar enlargement: TB, bronchial carcinoma, 

lymphoma 

14.Bilateral hilar enlargement: sarcoid, lymphoma, TB, silicosis 
15.Other abnormalities Hiatus hernia 
16.Surgical emphysema 

Increased shadowing may represent accumulation of fluid, lobar collapse 
or consolidation. Uncomplicated consolidation should not change the 
position of the mediastinum and the presence of an air bronchogram 
means that proximal bronchi are patent. Collapse (implying obstruction of 
the proximal bronchus) is accompanied by loss of volume and 
displacement of the mediastinum towards the affected side .  

The presence of ring shadows (diseased bronchi seen end-on), tramline 
shadows (diseased bronchi side-on) or tubular shadows (bronchi filled with 

   

4


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

secretions) suggests bronchiectasis. The presence of pleural fluid is 
suggested by a dense basal shadow which, in the erect patient, ascends 
towards the axilla. In large pulmonary embolism, relative oligaemia may 
cause a lung field to appear abnormally dark. 

Computed tomography (CT) 

CT provides detailed images of the pulmonary parenchyma, 
mediastinum, pleura and bony structures. The displayed range of 
densities can be adjusted to highlight different structures such as the 
lung parenchyma, the mediastinal vascular structures or bone. 
Sophisticated software facilitates three-dimensional reconstruction of 
the thorax and virtual bronchoscopy.  

CT is superior to chest radiography in determining the position and 
size of a pulmonary lesion and whether calcification or cavitation is 
present. It is now routinely used in the assessment of patients with 
suspected lung cancer and facilitates guided percutaneous needle 
biopsy. Information on tumour stage may be gained by examining the 
mediastinum, liver and adrenal glands.  

CT provides better assessment of the mediastinum and hilar LN,& 
section as small as 1mm can be obtained. 
High-resolution CT (HRCT) uses thin sections to provide detailed 
images of the pulmonary parenchyma and is particularly useful in 
assessing diffuse parenchymal lung disease, identifying bronchiectasis 
, and it is the best technique to diagnose and follow  the type and 
extent of emphysema and COPD. 

CT pulmonary angiography (CTPA) is used increasingly in the diagnosis 
of pulmonary thromboembolism , when it may either confirm the 
suspected embolism or highlight an alternative diagnosis.  

   

5


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

Ultrasound 

Ultrasound is sensitive at detecting pleural fluid and may also be 
employed to direct and improve the diagnostic yield from pleural 
biopsy. It is also used to investigate the anatomy of an empyema 
cavity to facilitate directed drainage, and to guide needle biopsy of 
superficial lymph node or chest wall masses. Endobronchial 
ultrasound is now possible using specialised bronchoscopes, and is 
used for imaging and sampling peribronchial lymph nodes.  

Positron emission tomography (PET) 

PET scanners exploit the avid ability of malignant tissue to absorb 
and metabolise glucose. The radiotracer 

18

F-fluorodeoxyglucose (FDG) 

is administered and rapidly taken up by malignant tissue.  
It is then phosphorylated but cannot be metabolised further, 
becoming 'trapped' in the cell. PET is useful in the investigation of 
pulmonary nodules, and in staging mediastinal lymph nodes and distal 
metastatic disease in patients with lung cancer. The negative 
predictive value is high; however, the positive predictive value is 
poor. Co-registration of PET and CT (PET-CT) enhances localisation 
and characterisation of metabolically active deposits 

   

6


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

CT and positron emission 
tomography (PET) combined to 
reveal intrathoracic metastases.
  

A- In a patient with lung cancer, CT 

shows some posterior pleural 
thickening.  

B-PET scanning 

reveals FDG uptake in two pleural 
lesions (arrows),  

C-highlighted in yellow in the 
combined PET/CT image .  

Ventilation-perfusion imaging 

In this technique, the lungs are imaged using a gamma camera that is 
able to distinguish two isotopes, inhaled 

133

Xe (yielding ventilation 

images) and injected macroaggregates of 

99m

Tc-albumin (yielding 

perfusion images). Pulmonary emboli appear as perfusion defects 
with preserved ventilation. However, the utility of this technique is 
limited in patients with underlying lung disease, in whom up to 70% 
of scans may be indeterminate. It is increasingly being replaced by 
CTPA.  

   

7


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

Pulmonary angiography 

Images taken with contrast medium in the main pulmonary artery are 
rarely used, particularly now that CTPA is widely available. Right 
heart catheterisation remains useful in the investigation of patients 
with pulmonary hypertension, providing information on pulmonary 
and right heart pressures.  

Endoscopic examination 

Laryngoscopy  

The larynx may be inspected indirectly with a mirror or directly with 
a laryngoscope. Fibreoptic instruments allow a magnified view to be 
obtained.  

Bronchoscopy 

The trachea and larger bronchi may be inspected using either a 
flexible or a rigid bronchoscope. Flexible bronchoscopy may be 
performed under local anaesthesia with sedation on an outpatient 
basis. Structural changes, such as distortion or obstruction, can be 
seen. Abnormal tissue in the bronchial lumen or wall can be biopsied, 
and bronchial brushings, washings or aspirates can be taken for 
cytological or bacteriological examination. 
  
Small biopsy specimens of lung tissue, taken by forceps passed 
through the bronchial wall (transbronchial biopsies), may reveal 
sarcoid granulomas or malignant diseases and may be helpful in 
diagnosing certain bronchocentric disorders (e.g. hypersensitivity 
pneumonitis, cryptogenic organising pneumonia), but are generally 
too small to be of diagnostic value in other diffuse parenchymal 
pulmonary disease .  

Transbronchial needle aspiration (TBNA) may be used to sample 
mediastinal lymph nodes and in the staging of lung cancer. 

   

8


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

Rigid bronchoscopy requires general anaesthesia and is reserved for 
specific situations such as massive haemoptysis or removal of foreign 
bodies. Endobronchial laser therapy and endobronchial stenting may 
be performed more easily with rigid bronchoscopy.  

Assessment of the mediastinum 

Lymph nodes down to the main carina can be sampled using a 
mediastinoscope passed through a small incision at the suprasternal 
notch under general anaesthetic. This procedure is particularly useful 
in lung cancer as a means of determining whether nodal disease is 
present. Endobronchial ultrasound (EBUS) using a specialised 
bronchoscope allows directed needle aspiration from peribronchial 
nodes but is not yet widely available. Lymph nodes in the lower 
mediastinum may be biopsied via the oesophagus using endoscopic 
ultrasound (EUS), an oesophageal endoscope equipped with an 
ultrasound transducer and biopsy needle.  

Investigation of pleural disease 

The traditional method of pleural biopsy using an Abram's needle is 
largely being replaced by the use of core biopsy guided by either 
ultrasound or CT. Thoracoscopy, which involves the insertion of an 
endoscope through the chest wall, facilitates biopsy under direct 
vision and is practised by many surgeons and an increasing number of 
physicians. 

Skin tests  
The tuberculin test may be of value in the diagnosis of tuberculosis. 
Skin hypersensitivity tests are useful in the investigation of allergic 
diseases.  

   

9


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

Immunological and serological tests  

The presence of pneumococcal antigen (

revealed by counter-

immunoelectrophoresis

) in sputum, blood or urine may be of diagnostic 

importance in pneumonia. Exfoliated cells colonised by influenza A virus 
can be detected by fluorescent antibody techniques. In blood, high or 
rising antibody titres to specific organisms (such as Legionella
MycoplasmaChlamydia or viruses) may eventually clinch a diagnosis 
suspected on clinical grounds. Precipitating antibodies may be found as a 
reaction to fungi such as Aspergillus  or to antigens involved in 
hypersensitivity pneumonitis . 

Microbiological investigations  
Sputum, pleural fluid, throat swabs, blood and bronchial washings 
and aspirates can be examined for bacteria, fungi and viruses. In 
some cases, as when Mycobacterium tuberculosis is isolated, the 
information is diagnostically conclusive, but in others the findings 
must be interpreted in conjunction with the results of clinical and 
radiological examination.  

Induced sputum  
The use of hypertonic saline to induce expectoration of sputum is 
useful in facilitating the collection of specimens for microbiology, 
particularly in patients in whom more invasive procedures such as 
bronchoscopy are not possible. The technique also allows assessment 
of the inflammatory cell constituency of the airway, which is a useful 
research tool in many conditions including asthma, COPD and 
interstitial lung disease.  

Histopathological and cytological examination  

Histopathological examination of biopsy material obtained from 
pleura, lymph node or lung often allows a 'tissue diagnosis' to be 
made. This is of particular importance in suspected malignancy or in 
elucidating the pathological changes in interstitial lung disease. 
Important causative organisms, such as M. tuberculosisPneumocystis 
jirovecii
 or fungi, may be identified in bronchial washings, brushings 
or transbronchial biopsies. Cytological examination of exfoliated cells 

   

10


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

in sputum, pleural fluid or bronchial brushings and washings, or of 
fine needle aspirates from lymph nodes or pulmonary lesions can 
support a diagnosis of malignancy, but if this is indeterminate a tissue 
biopsy is necessary. Cellular patterns in bronchial lavage fluid may 
help to distinguish pulmonary changes due to sarcoidosis  from those 
caused by idiopathic pulmonary fibrosis or hypersensitivity 
pneumonitis.  

Pulmonary Function Test 

Pulmonary Function Testing has been a major step forward in 
assessing the functional status of the lungs as it relates to :
 

How much air volume can be moved in and out of the lungs 

How fast the air in the lungs can be moved in and out 

How stiff are the lungs and chest wall - a question about 
compliance
 

The diffusion characteristics of the membrane through which the 
gas moves (determined by special tests)
 

How the lungs respond to chest physical therapy procedures 

RESPIRATORY FUNCTION TESTING 

Respiratory function tests are used to aid diagnosis, assess functional 
impairment and monitor treatment or progression of disease.   

   

11


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

 

 

 

 

   

12


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

ABBREVIATIONS USED IN RESPIRATORY FUNCTION TESTING 

Terminology and Definitions 

FVC - Forced Vital Capacity - after the patient has taken in the 
deepest possible breath, this is the volume of air which can be 
forcibly and maximally exhaled out of the lungs until no more can be 
expired. FVC is usually expressed in units called liters. This PFT value 
is critically important in the diagnosis of obstructive and restrictive 
diseases.  

FEV1 - Forced Expiratory Volume in One Second - this is the volume 
of air which can be forcibly exhaled from the lungs in the first second 
of a forced expiratory manuever. It is expressed as liters. This PFT 

Stands for

Abbreviatio
n

Forced expiratory volume in 1 second

FEV

1

Forced vital capacity

FVC

Vital capacity (relaxed)

VC

Peak (maximum) expiratory flow

PEF

Total lung capacity

TLC

Functional residual capacity

FRC

Residual volume

RV

Gas transfer factor for carbon 
monoxide

TL

CO

Gas transfer per unit lung volume

K

CO

   

13


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

value is critically important in the diagnosis of obstructive and 
restrictive diseases.  

FEV1/FVC - FEV1 Percent (FEV1%) - This number is the ratio of FEV1 
to FVC - it indicates what percentage of the total FVC was expelled 
from the lungs during the first second of forced exhalation - this 
number is called FEV1%, %FEV1 or FEV1/FVC ratio. This PFT value is 
critically important in the diagnosis of obstructive and restrictive 
diseases. 

PEFR - Peak Expiratory Flow Rate - this is maximum flow rate 
achieved by the patient during the forced vital capacity maneuver 
beginning after full inspiration and starting and ending with maximal 
expiration - it can either be measured in L/sec or L/min - this is a 
useful measure to see if the treatment is improving obstructive 
diseases like bronchoconstriction secondary to asthma. 

Total lung capacity (TLC). This measures the amount of air in your 
lungs after you inhale as deeply as possible. 

Functional residual capacity (FRC). This measures the amount of air 
in your lungs at the end of a normal exhaled breath.  

Residual volume (RV). This measures the amount of air in your lungs 
after you have exhaled completely. It can be done by breathing in 
helium or nitrogen gas and seeing how much is exhaled. 

Vital capacity (VC). This is the total volume of air that can be 
exhaled after maximum inspiration. 

Inspiratory capacity: The volume of air that can be inhaled after 
normal inspiration. 

   

14


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

Lung volumes 

 Tidal volume and vital capacity (VC) can be measured by spirometry.  
Total lung capacity (TLC) can be measured by asking the patient to 
rebreathe an inert non-absorbed gas (usually helium) and recording 
the dilution of test gas by lung gas. This measures the volume of 
intrathoracic gas which mixes quickly with tidal breaths. 
Alternatively, lung volume may be measured by body 
plethysmography, which determines the pressure/volume relationship 
of the thorax. This method measures total intrathoracic gas volume, 
including poorly ventilated areas such as bullae.  

In diseases characterised by airway narrowing (e.g. asthma, 
bronchitis and emphysema) maximum expiratory flow is limited by 
dynamic compression of small intrathoracic airways, some of which 
close completely during expiration, limiting the volume which can be 
expired. 

Hyperinflation of the chest results, and can become extreme if 
elastic recoil is also lost due to parenchymal destruction, as in 
emphysema.  
In contrast, diseases which cause lung inflammation and/or scarring 
and fibrosis are characterised by progressive loss of lung volume with 
normal expiratory flow rates.  

Gas exchange is impaired by both parenchymal destruction 
(emphysema) and by interstitial disease, which disrupts the local 
matching of ventilation and perfusion.  

In respiratory function testing, airway narrowing, lung volume and 
gas exchange capacity are quantified and compared with normal 
values adjusted for age, gender, height and ethnic origin.  

   

15


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

Airway narrowing is assessed by forced expiration into a peak flow 
meter or a spirometer.  Peak flow meters are cheap and convenient 
for home monitoring (e.g. detection and monitoring of asthma) but 
values are effort-dependent.  

The forced expiratory volume in 1 second (FEV1) and vital capacity 
(VC) are obtained from maximal forced and relaxed expirations into a 
spirometer.  

FEV1 is disproportionately reduced in airflow obstruction resulting 
in FEV1/VC ratios of less than 70%. 
 
When airflow obstruction is seen, spirometry should be repeated 
following inhaled short-acting β2-adrenoceptor agonists (e.g. 
salbutamol); reversibility to normal is suggestive of asthma . 

Flow/volume loops   

To distinguish large airway narrowing (e.g. tracheal stenosis or 
compression) from small airway narrowing, flow/volume loops are 
recorded using spirometry.  
These display flow as it relates to lung volume (rather than time) 
during maximum expiration and inspiration, and the pattern of 
flow reveals the site of airflow obstruction . 

Transfer factor 

To measure the capacity of the lungs to exchange gas, patients inhale 
a test mixture of 0.3% carbon monoxide, which is avidly bound to 
haemoglobin in pulmonary capillaries. After a short breath-hold, the 
rate of disappearance of CO into the circulation is calculated from a 
sample of expirate, and expressed as the TL

CO

 or carbon monoxide 

transfer factor. Helium is also included in the test breath to allow 
calculation of the volume of lung examined by the test breath. 
Transfer factor expressed per unit lung volume is termed K

CO

 

   

16


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

How to interpret respiratory function abnormalities 

Arterial blood gases and oximetry 

The measurement of hydrogen ion concentration, PaO

2

 and PaCO

2

and derived bicarbonate concentration in an arterial blood sample is 
essential in assessing the degree and type of respiratory failure and 
for measuring acid-base status. Interpretation of results is made 
easier by blood gas diagrams, which indicate whether any acidosis or 
alkalosis is due to acute or chronic respiratory derangements of 
PaCO

2

, or to metabolic causes. 

Pulse oximeters with finge or ear probes allow non-invasive 
continuous assessment of oxygen saturation in patients, in order to 
assess hypoxaemia and its response to therapy. They measure the 
difference in absorbance of light by oxygenated and deoxygenated 
blood to calculate its oxygen saturation (SaO

2

).  

Exercise tests 

Resting measurements are sometimes unhelpful in early disease or in 
patients complaining only of exercise-induced symptoms. Exercise 

Pulmonary 
fibrosis

Emphysem
a

Chronic 
bronchiti
s

Asthm
a

↓↓

↓↓

↓↓

FEV

1

↓↓

VC

↑/→

FEV

1

/VC

↓↓

↓↓

TL

CO

↓/-

↑/→

K

CO

↑↑

↑/→

TLC

↑↑

↑/→

RV

   

17


background image

Medicine                                                             Lec1                                                                

Dr. Bilal

testing with spirometry before and after can be helpful in 
demonstrating exercise-induced asthma. Walk tests include the self-
paced 6-minute walk and the externally paced incremental 'shuttle' 
test, where patients walk at increasing pace between two cones 10 m 
apart. These provide simple, repeatable assessments of disability and 
response to treatment. Cardiopulmonary bicycle or treadmill exercise 
testing with measurement of metabolic gas exchange, ventilation and 
cardiac responses is useful for quantifying exercise limitation and for 
detecting occult cardiovascular or respiratory limitation in the 
breathless patient. 

Pleural Fluid Analysis 

A pleural effusion is a collection of fluid in the space between the 
two linings (pleura) of the lung.  
Normal pleural fluid: Normal pleural fluid has the following 
characteristics: 

Clear ultrafiltrate of plasma that originates from the parietal 
pleura 

A pH of 7.60-7.64 

Protein content of less than 2% (1-2 g/dL) 

Fewer than 1000 white blood cells (WBCs) per cubic millimeter 

Glucose content similar to that of plasma 

Lactate dehydrogenase (LDH) less than 50% of plasma 

The initial diagnostic consideration is distinguishing transudates from 
exudates. Although a number of chemical tests have been proposed 
to differentiate pleural fluid transudates from exudates, the tests 
first proposed by Light et al have become the criterion standards. 
The fluid is considered an exudate if any of the following applies: 

Ratio of pleural fluid to serum protein greater than 0.5 

Ratio of pleural fluid to serum LDH greater than 0.6 

Pleural fluid LDH greater than two thirds of the upper limits of 
normal serum value

   

18




رفعت المحاضرة من قبل: Mohammed Musa
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 113 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل