肺電阻抗斷層成像與圍術肺保護

肺電阻抗斷層成像與圍術期保護副標題前言常規(guī)的肺部影像學檢查，如胸片、CT、核磁共振等，只能檢測肺部正常結構和異常病變，在病變沒有引起肺結構改變之前的功能變化，就無法觀察。臨床常用的肺功能檢查是對人體呼吸系統(tǒng)生理功能狀態(tài)所進行的客觀、定量的評價，但是檢查過程中需要患者配合操作者口令，及時做出呼氣和吸氣的動作，存在一定的局限性。生物電阻抗技術1791年，意大利解剖學家加伐尼（L.Galvani）發(fā)現，蛙腿肌肉置于鐵板上再用銅鉤鉤住蛙的神經，當銅鉤與鐵板接觸時肌肉就會發(fā)生收縮，由此發(fā)現生物電現象，并提出生物電理論。生物組織由細胞和細胞間質組成，細胞間質和細胞質具有電解液特性，細胞膜是具有低漏電特性的絕緣膜。細胞間質和細胞質可等效為一定阻值的電阻，細胞膜可以看作容性成份。因此，生物組織具有電學性質，即生物組織電特性。生物電阻抗技術生物電阻抗技術就是利用生物組織與器官的電特性及其變化規(guī)律提取與人體生理、病理狀況相關的生物醫(yī)學信息的檢測技術。通過體表的電極向人體輸入電流、電壓或電磁場，然后檢測相應變化獲取相關的信息，從而得到相關組織或器官的電阻抗變化，并將這些變化重建，形成圖像。生物電阻抗技術目前，生物電阻抗技術的開發(fā)與研究主要包括生物電阻抗血流圖（Bioimpedancerheohepatogram）、生物電阻抗測量（Bioimpedancemeasurement）、生物組織阻抗頻譜特性（Bioimpedancespectroscopy）和生物電阻抗成像（Electricalimpedanceimaging）。1978年，Henderson等人首先提出了生物電阻抗成像的概念，設計并制造了一個阻抗采集設備獲得世界上第一個胸部的電阻抗圖像，當時的采集速度為每秒32幀。電阻抗斷層成像技術生物電阻抗技術有很多種，斷層成像是其中的一種。斷層成像通過對被測物體施加電流，并檢測其邊界值的變化，利用特定數學手段逆推被測物體內部的電特性參數分布，從而得到物體內部的分布情況。電阻抗斷層成像技術電阻抗斷層成像技術（EIT）是在人體表面電極上施加一微弱的電流，并測得其他電極上的電壓值，根據電壓與電流之間的關系重構出人體內部電阻抗值或者電阻抗的變化值，來檢測電阻抗。電阻抗斷層成像的原理是通過配置于人體體表外周的電極陣列，外加一微小測量電流，提取信息，重構出截面電阻特性的圖像。體內多種組織類型之間存在很大的電阻率差異，可以用電阻率來形成解剖圖像。電阻抗斷層成像技術電阻抗斷層成像技術有三種成像類型：①靜態(tài)電阻抗斷層成像，以人體內部電導率的絕對分布為成像目標，需要高精度的數據采集系統(tǒng)、精確的電極和目標的幾何信息；②動態(tài)電阻抗斷層成像，以人體內部電導率的分布變化為成像目標，由于使用測量數據的差值成像，減少了測量的系統(tǒng)誤差，使該技術相對容易實現（目前使用最多）；③多頻電阻抗斷層成像，以人體內部不同頻率點的電導率分布變化為成像目標。電阻抗斷層成像技術除了肺功能檢測，電阻抗斷層成像技術主要用于乳腺癌成像、腹部臟器功能成像、肺部呼吸功能成像、腦部功能成像，監(jiān)測功能變化，以及指導診斷和治療。以心血管系統(tǒng)為例，電阻抗斷層成像技術可用于血流分布的測量和監(jiān)護；中樞神經系統(tǒng)，可針對腦室出血等情況進行監(jiān)護；呼吸系統(tǒng)，可監(jiān)測肺水腫、肺功能；消化系統(tǒng)，可用于胃功能監(jiān)護；其他領域，如腫瘤診斷、骨折愈合檢測等。肺阻抗斷層成像技術概述許多疾病在解剖結構改變之前，就已出現代謝功能上的變化。常規(guī)的肺部影像學檢查存在局限性，肺電阻抗斷層成像是一種新型肺功能監(jiān)測技術，可以觀察到肺容量的局部變化，早期發(fā)現肺功能改變，并指導呼吸治療，而且肺電阻抗成像可以連續(xù)監(jiān)測，具有無創(chuàng)、無輻射的優(yōu)點。肺阻抗斷層成像技術優(yōu)勢肺電阻抗斷層成像屬于生物電阻抗成像的一種，可以實時監(jiān)測患者肺部通氣狀態(tài)，以動態(tài)圖像形式反映患者肺部的通氣狀況（圖1）。肺阻抗斷層成像技術肺阻抗斷層成像技術正常肺部通氣主要分為三個域：過度通氣區(qū)、中心通氣區(qū)和肺不張區(qū)。過度通氣區(qū)和肺不張區(qū)氣體交換很少，這些區(qū)域對患者很重要，尤其在病理情況下，這些區(qū)域會發(fā)生變化，但一般的影像學檢查并沒有陽性結果。肺電阻抗斷層成像技術則可以檢查到過度通氣區(qū)、中心通氣區(qū)和肺不張區(qū)，能夠判斷患者肺部功變化，指導治療。如圖2所示，上方過度通氣區(qū)域達6%，下方肺不張區(qū)域為19%，均不能進行有效的氣體交換。肺阻抗斷層成像技術肺阻抗斷層成像技術臨床應用肺電阻抗斷層成像技術臨床上主要用于指導呼吸機設置、最佳呼氣末正壓（PEEP）設定、評估肺復張效果、評估自主呼吸、評估吸痰、胸部理療、調整患者體位。下文將圍繞臨床應用各領域的研究，逐一介紹。肺阻抗斷層成像技術指導呼吸機設置一項于2016年發(fā)表在JournalofIntensiveCare的文章告訴我們，與同步間歇指令（SIMV）+壓力支持（PS）呼吸模式相比，神經調節(jié)輔助通氣（NAVA）模式通過獲取的膈肌電信號作為呼吸機吸氣觸發(fā)、吸呼氣切換及輔助水平的基礎，因此產生與呼吸道壓力或流量變化觸發(fā)機械通氣不同的特點，由此可以增加患者的有效通氣量。肺阻抗斷層成像技術可見，肺電阻抗斷層成像可以指導呼吸機參數的設置，改善患者預后。目前，已經研發(fā)出將肺電阻抗斷層成像整合到呼吸機的設備，使肺電阻抗斷層成像指導呼吸機參數設定更便捷。肺阻抗斷層成像技術最佳PEEP值設定

PEEP如何設置到最佳，一直是呼吸管理的難點。PatrickDavies等人于2019年發(fā)表在SciRep的研究告訴我們，通過肺電阻抗斷層成像結果滴定PEEP數值，使患者獲得最大的有效通氣量。肺阻抗斷層成像技術肺電阻抗斷層成像還可以用于急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）患者PEEP設定。ARDS患者肺的通氣異質性通常與損傷機制的存在有關，如小氣道和肺泡的塌陷和循環(huán)開放肺不張，以及肺過度擴張，臨床醫(yī)生可以通過肺電阻抗斷層成像估計不同PEEP對肺不張和肺過度通氣的治療效果。肺阻抗斷層成像技術評估肺復張效果張野教授等人于2018年發(fā)表在《中華麻醉學雜志》、題為“肺復張對腹腔鏡膽囊切除術后早期肺通氣的影響：電阻抗成像法評價”的研究中，探討了肺電阻抗斷層成像法評價肺復張對腹腔鏡膽囊切除術后早期肺通氣的影響，結果表明，肺復張可緩解腹腔鏡膽囊切除術后早期肺局部中心通氣下降。肺阻抗斷層成像技術評估自主呼吸一項于2019年發(fā)表在AnnIntensiveCare的研究，旨在比較第一次自主呼吸試驗和肺電阻抗斷層成像技術預測拔管成功率。研究者利用肺電阻抗斷層成像技術通過呼氣末阻抗監(jiān)測，評價肺不張和非均勻性，預測患者能否成功拔管。肺阻抗斷層成像技術量化肺水腫肺電阻抗斷層成像可以對患者肺水腫情況進行量化。在一項于2016年發(fā)表在CritCare的研究中，研究者通過肺電阻抗斷層成像比較基線和急性肺損傷期間的肺水比，量化肺水腫肺阻抗斷層成像技術評估吸痰利用肺電阻抗斷層成像可以評價不同吸痰管對通氣的影響，圖3是一種封閉式帶活瓣吸痰管，圖4陰影區(qū)域顯示不同導管吸痰期間電阻抗的變化，由圖可知，帶活瓣的吸痰管對肺通氣影響更小。肺阻抗斷層成像技術肺阻抗斷層成像技術肺阻抗斷層成像技術胸部理療我們來看一項于2019年發(fā)表在SciRep的研究，在胸部理療過程中可以依據肺電阻抗斷層成像結果調整治療方案。兒科重癥應用肺電阻抗斷層成像可以用于兒科重癥患者的監(jiān)測，如哮喘時肺功能評估、指導呼吸機撤機、順序性肺葉隔離、靶向物理治療、胸腔積液評估、PEEP優(yōu)化等，并指導治療。肺電阻抗斷層成像與圍術期肺保護安徽醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院張野教授團隊圍繞“肺電阻抗斷層成像與圍術期肺保護”開展了多項研究。張野教授等人于2018年發(fā)表在《中華麻醉學雜志》、題為“肺復張對腹腔鏡膽囊切除術后早期肺通氣的影響：電阻抗成像法評價”的研究表明，肺復張可緩解腹腔鏡膽囊切除術后早期肺局部中心通氣下降，但對肺不張和低通氣無改善作用；肺電阻抗斷層成像與圍