不论胸腔积液的类型和病因如何，患者最常见的症状是呼吸困难和胸痛。然而，多数胸腔积液可完全无症状。胸部X线检查可显示积液，通常为诊断过程中的首选检查。CT可更清晰地显示肺脏、积液以及肺炎、肺脓肿或肿瘤的征象。超声扫描有助于小量胸腔积液的定位，以便穿刺抽取。用穿刺针抽取胸液标本进行检查的操作，称为胸腔穿刺术。液体的外观有助于确定病因，某些实验室检查可测定积液的化学成分和检查胸液内细菌和真菌。亦可进行胸液细胞计数和分类以及癌细胞检查。
如果上述检查不能确定胸腔积液的病因，则需进行胸膜活检。用一活检针，取出壁层胸膜标本进行检查。如果标本太小不能作出确诊，则应通过胸部小切口采集组织标本，称为开放性胸膜活检。有时需经胸腔镜检查采集标本。
有时支气管镜检查对确定胸腔积液的病因有一定帮助。但尽管采用多种检查，仍有20%患者的病因无法明确。少量胸腔积液患者仅需进行病因治疗。大量胸腔积液，特别是出现呼吸困难者，需要进行胸液引流。胸液引流通常可使呼吸困难明显缓解。一般采用胸腔穿刺术引流胸液，即以一小穿刺针（或导管）插入胸膜腔引流胸液。尽管胸腔穿刺术常用于诊断目的，但该法一次可抽取胸液1.5L。
当需要引流大量胸腔积液时，可经胸壁插入胸腔引流管进行引流。穿刺点皮肤用局部麻醉剂麻醉后，经两肋骨之间插入一塑料管，然后将导管与水封引流系统相连，预防空气漏入胸腔。插管后，应进行胸部X线检查以了解导管的位置。如果导管位置不当或发生扭结可阻塞引流管。如果液体非常粘稠或有大量凝块，将不易流出。 感染所致的脓液积聚（脓胸）需要静脉给予抗生素和引流脓液。结核和球孢子菌病需要长期的抗生素治疗。如果脓液过于粘稠或存在纤维分隔，引流更加困难，必须切除部分肋骨置入大的引流管。少数患者需要进行壁层胸膜的剥离。
胸膜肿瘤所致的液体积聚可因液体增长迅速而难以处理。胸腔引流和给予抗肿瘤药物有时可预防胸液增长。对胸液不断积聚的患者，胸膜粘连有一定帮助，即用引流管将全部胸液引流后，向胸腔内注入胸膜粘连剂，如强力霉素溶液或滑石粉等。上述刺激物导致两层胸膜相互粘连，消除了液体积聚的空间。
胸腔积血患者，均需进行胸腔引流管引流，直到出血停止。血凝块溶解药物，如链激酶和链球菌脱氧核糖核酸酶，可经引流管注入。如果出血不止或积血不能充分引流，则需选择手术治疗。
乳糜胸的治疗主要为修复淋巴管损伤，包括外科手术或治疗导致淋巴管阻塞的癌肿。
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