电阻抗断层成像监测俯卧位通气的发展现状

王晶晶，谢晖，王瑞兰上海交通大学附属第一人民医院急诊危重病科发布于2023-06-28 浏览 2406 收藏

作者：王晶晶，谢晖，王瑞兰

单位：上海交通大学附属第一人民医院急诊危重病科

本文来源：中华重症医学电子杂志2023年第9卷第1期

【摘要】 俯卧位通气（PP）是治疗急性呼吸窘迫综合征（ARDS）重要的呼吸支持手段，现已有大量的临床研究表明：PP能改善ARDS患者的预后。PP能改善氧合、进而降低病死率，主要是由于俯卧位后能改善患者病变肺组织通气-血流比。电阻抗断层成像技术（EIT）的技术特点使其能对俯卧位患者进行床旁监测，可动态观察俯卧位时肺通气、肺血流灌注的变化，进而判断PP的效果，从而指导临床治疗。本文通过对EIT技术以及临床应用，尤其是其在PP中的应用研究进行综述，旨在提高对EIT监测技术的认识，更好地理解PP改善氧合的呼吸生理学机制，促进EIT技术在PP中更高效精准的应用。

电阻抗断层成像技术（electrical impedance tomography，EIT）是一种无创、无辐射、可床旁实时监测的新技术，因肺部组织的特殊性，在呼吸系统中的临床应用较为广泛，其最显著的优势是监测肺部区域通气和血流灌注。由于这些特点，EIT无疑是动态评估肺生理变化的理想工具，特别是对于ARDS患者的局部通气-血流匹配。

一、EIT技术原理

EIT的成像原理为：由围绕在胸腔表面的电极发出微弱电流，由于人体内不同组织的成分不同，电流产生的电阻也不同，系统收集电压或电阻信息，再经过分析处理生成实时图像，从而反映组织的生理活动情况。EIT可用于人体多个系统的成像，目前在呼吸系统方面的应用较为成熟和广泛，主要有通气监测、血流灌注监测和肺功能测试等。

二、EIT常用参数

EIT与呼吸系统相关的生理指标包括：区域潮气量、通气分布的不均一性、呼吸系统顺应性（respiratory system compliance，Crs）的重力分布以及肺灌注。EIT参数是通常用于评估实时通气和血流灌注分布和趋势的检查值，经过长期的发展，其类型可以分为3种：①全局或区域平均测量，是对整个图像或其部分测量的像素值进行平均（或求和），例如所有图像像素中潮汐阻抗变化（end expiratory lung impedance，EELI）的总和提供了所研究的区域潮气量的估计值；②描述通气空间分布的测量值，包括通气空间异质性的总体程度和空间分布方向，例如通气中心（center of ventilation，COV）、不均匀指数（inhomogeneity index，GI）等；③特殊的测量措施，例如肺功能测试、通过输注电导率对比剂进行灌注测量，或根据EIT与呼吸机连接并行记录得出的测量：Crs、开/闭合压（opening/closing pressures，OPpixel/CPpixel）。另一个是描述区域呼吸时间常数，通气的时间异质性可以通过计算区域通气的相移或区域通气延迟指数（regional ventilation delay，RVD）来表示。区域通气延迟描述为：与总吸气时间相比，达到区域阻抗变化40%的阈值所需的时间，是一种显示相对于全局吸气的区域吸气延迟的参数，可以指示肺部区域的周期性闭合和复张，并用于显示区域变化的时间常数。

三、EIT监测俯卧位通气

（一）监测肺部区域通气分布

EIT的关键优势之一是能够提供有关通气分布的实时信息，传统监测肺通气（氧合指数、血气分析等）的方式只能反映肺的整体情况，对于ARDS、肺栓塞（pulmonary embolism，PE）这种肺部通气和/或血流分布不均匀的患者，比较难获得更全面的信息。20世纪80年代，Barber和Brown在原本的电阻抗成像技术基础上进一步发展了EIT，并开始用于临床。2003年Victorino等在10例机械通气患者中对EIT是否能够持续量化由于重力相关的肺损伤通气失衡进行了验证，研究发现重力依赖区的塌陷和非依赖区的过度扩张可能与呼吸机诱导的肺损伤有关，并且EIT可能监测到这些失衡。此研究将机械通气下不同人群的危重患者CT扫描与EIT测量结果进行比较，来验证电阻抗断层扫描对通气分布测量的有效性，结果发现所有患者的通气都是重力依赖的，并且CT扫描呈现的肺内绝对空气含量的变化很好地解释了感兴趣区域ROI内阻抗变化的积分（R²≥0.92），因此EIT用于评估机械通气过程中的通气分布具有可靠性。

（二）监测肺部区域血流灌注

目前使用EIT监测血流灌注的方法主要是：通过上腔静脉注射10%的高渗盐水作为造影剂，测量时暂停肺通气来消除呼吸对阻抗的影响，达到显示肺灌注成像的效果，并将EIT收集到的信息分析处理生成功能图像，从而反映肺部的区域血流灌注情况，该方法已在动物实验中进行了描述和验证。2002年Frerichs等采用给予5.85%NaCl溶液作为造影剂的方法，在小猪模型的缺陷肺和正常肺中进行EIT测量，并与CT结果进行对比，结果显示EIT获得的图像与CT得到的图像具有可比性，验证了功能性电阻抗断层扫描进行肺灌注成像的可行性。

目前血流灌注方面的研究已经在动物实验中得到了较多的验证，但在临床的应用还很少。He等先是对1例急性PE患者静推高渗盐水后使用EIT进行了灌注测量，结果表明EIT有助于通过结合区域通气和灌注信息来确定床边低氧血症的病因，并可能用于PE患者的床旁监测，之后，He等再次通过前瞻性观察研究证实了使用EIT进行床旁检测急性PE的可行性。新冠肺炎期间，EIT被提议用于评估ICU患者的区域肺灌注和通气/血流的匹配。目前应用高渗盐水的EIT评估肺血流灌注仅限于少量的临床研究与部分病例报道，其中还存在一些有待解决的问题，如呼气末屏气时间对测量结果的影响，因此未来需要进一步的研究来验证所描述的基于高渗盐水的EIT测量方法对危重患者的治疗管理和结果的影响。

（三）EIT应用于俯卧位通气的发展

俯卧位通气（prone position，PP）在接受机械通气的ARDS患者中已有长时间的应用，并被证明与ARDS患者的存活率提高相关。临床上通常用氧合指数及CT检查来反映患者俯卧位的效果，但氧合指数只能反映整体通气是否改善，CT虽然能够看到俯卧位后肺依赖区的复张情况及肺部通气的分布，但CT是结构成像，并不能反映通气功能的变化，且CT检查较为繁琐。EIT的优势是床边实时动态监测肺部区域通气和血流灌注，PP能够改善患者通气-血流的匹配，因此EIT是PP的理想监测手段。通过EIT来实时反映肺部通气分布、血流分布并观察两者之间匹配程度，从而反映PP的治疗效果。

1. EIT用于描述不同体位的通气空间分布

EIT确定重力相关变化的能力在很早就得到了证实，在临床环境中，EIT也可以追踪体位改变相关通气分布的变化，并用于监测患者肺部生理对体位改变的反映。EIT可以识别和成像出自主呼吸和机械通气期间与肺部局部空气填充和排空相关的空间阻抗变化，能够准确测量呼气末水平的变化，并通过测量局部阻抗变化来描述区域通气分布。

2005年Riedel等使用EIT描述和评估了一种新的方法来测量通气分布，对10名健康者在四种不同体位（仰卧位、俯卧位、左侧卧位、右侧卧位）下肺部的区域性通气进行监测，将EIT测量结果与多呼吸六氟化硫冲洗（MBSF6W）技术的结果进行比较，以量化通气分布，结果验证了功能性EIT能够用来测量潮气呼吸时肺组织的相对阻抗变化，并生成局部通气分布图像，从而证明EIT是描述区域通气分布的新方法，并且可进行个体间比较。在ARDS患者中，肺顺应性主要取决于开放通气的肺（即开放肺单位的数量）。肺顺应性的变化主要是由于新的肺单位的开放和/或已经开放的肺单位的本身机械特性的改善，在俯卧位，重力依赖区肺泡通气增加，肺泡趋于复张，同时非重力依赖区肺泡的过度通气状态减轻，促进了总应力和应变的均匀分布，肺顺应性增加。通过EIT实时监测肺部通气分布的变化，可能有助于优化PP的肺保护。

2. EIT用于监测PP血流匹配的改变

气管插管有创通气下的肺保护性PP策略是中、重度ARDS患者的重要支持手段，合理的机械通气治疗策略可以显著降低病死率，反之则会进一步加剧病情的恶化，例如呼吸机相关性肺损伤（ventilator induced lung injury，VILI）。然而，个体间的变异性是ARDS的一个标志，俯卧位的肺保护并不一定对所有患者都是最佳的。之前的研究数据表明，俯卧位可以通过降低通气异质性和肺泡过度扩张以及优化肺复张来降低VILI的风险，在床边进行监测，可以更充分地了解俯卧位在个体患者水平上的有效性。

与仰卧位相比，俯卧位时肺部单元的膨胀更加均匀，主要原因是胸壁和肺之间的形状匹配得到改善，局部通气和血流灌注也更加均匀。尽管这些生理学发现已被广泛认可，但它们大多来自动物模型，并且由于过去几十年缺乏适当的床旁无创评估方法，很少在患者中获得直接证据。EIT因为其床旁、无创、可实时监测肺部通气、血流改变的技术特点，开始在PP的患者中应用，以进一步揭示除氧合之外的潜在生理学改变。Dalla Corte等用EIT监测16例机械通气ARDS患者俯卧位下肺部通气均一性的改变，于俯卧位前后进行肺复张，同时EIT动态监测，发现在俯卧位时患者肺部通气均一性得到改善，肺泡过度膨胀和塌陷减少，并且复张肺容积得到增加。因此得出结论：EIT能够动态评估俯卧位的生理效应，有助于早期识别可能从俯卧位获益的ARDS患者。新冠肺炎期间，Zarantonello等使用EIT观察了1例机械通气患者行俯卧位前后肺部通气和血流分布的改变，发现由仰卧位变为俯卧位后依赖区的通气量增加（+20%），而灌注量减少（-11%），并向非依赖区移动。通气和灌注的整体GI均下降，总体上增加了肺的通气-灌注匹配，这可能有助于解释在继发于继发新冠肺炎感染的急性呼吸衰竭患者中观察到的俯卧位氧合改善的现象。

Wang等通过EIT监测传统ARDS的PP观察到，在PP期间，肺血流量在早期阶段保持不变，然后随着时间的推移在背侧区域逐渐增加。长时间俯卧通气增加了肺的背部通气和血流灌注，从而改善了通气-灌注匹配，并因此改善了氧合。因此EIT有望成为个性化保护性机械通气和优化呼吸机调整的标准监测技术，提高PP的安全性。新冠肺炎患者肺部的病理生理改变与传统ARDS不完全相同，相关研究证实清醒无创通气的情况下实施俯卧位在新冠肺炎ARDS患者中具有可行性且能改善氧合。最新的一项多中心、随机对照、开放的临床研究显示清醒俯卧位能降低鼻导管高流量支持下新冠肺炎急性重度低氧血症呼吸衰竭患者的治疗失败率（插管或死亡为主要综合结局）。清醒俯卧位过程中需严密监测患者的耐受性及生命体征，以免俯卧位治疗失败导致气管插管延迟，由于患者之间的病情严重程度及对俯卧位的效果表现并不相同，需要更精准地监测从而达到最佳的治疗效果。目前EIT在清醒PP患者中的应用研究仍然较少，临床应用时仍然有许多未能明确的问题（改有创通气的指征、中止俯卧位的指征等），还需要设计进一步临床研究来完善。

四、小结

EIT作为一种无创、无辐射、可床旁实时监测的新技术，因其监测肺部通气血流的显著优势，可用于对PP疗效的监测，包括通气和血流灌注均一性的改变、肺泡过度膨胀和塌陷以及可复张的肺容积的增加。PP是治疗ARDS的一种简单、有效的呼吸支持手段，能够改善机械通气患者的通气血流比、减少VILI发生率、改善预后。在新冠患者的研究中发现，对清醒无创通气的患者实施俯卧位，有可能避免气管插管有创通气。尽管PP具有很多优势，但目前关于俯卧位持续时间、清醒俯卧位的启动与终止时机、评估俯卧位效果的有效监测指标等尚存争议，仍需更深入的研究。EIT的技术特点非常适用于在俯卧位过程中的监测，有助于早期识别可能通过俯卧位获益的患者，从而指导临床治疗策略，不过未来还需要进一步的研究来建立临床应用规范。

参考文献略

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