实时肺通气评估肺电阻抗成像技术在重症患者中的应用

黄伟祥，桑岭广州医科大学附属第一医院重症医学科广州呼吸健康研究院发布于2023-07-20 浏览 2955 收藏

作者：黄伟祥，桑岭

单位：广州医科大学附属第一医院重症医学科广州呼吸健康研究院

本文来源：中华重症医学电子杂志2023年第9卷第1期

【摘要】合适的肺通气评估对重症患者的管理非常重要，但目前的监测方法无法完全满足临床需求。肺电阻抗成像是一种新兴的床旁监测技术，具有无创、无辐射、可持续评估患者的区域性肺通气功能等优点，已经在临床中得到开展。笔者基于目前的研究结果与临床体会，分析肺电阻抗成像技术在床旁对重症患者进行肺通气实时评估的热点问题，介绍实践中的体会，为同道提供参考。

对重症患者进行呼吸治疗时评估肺通气功能是必不可少的。但目前的评估手段主要依靠呼吸机监测呼吸力学指标，无法反映患者区域性肺通气状态。肺部听诊主观性强，往往依赖于医师的培训经历。CT等影像学检查虽然空间分辨率高，但无法做到实时监测，而且需要将患者进行转运。近年来兴起的电阻抗成像（electrical impedance tomography，EIT）技术可以持续监测并计算气体进入不同肺区域所产生的阻抗变化，并以直观图像形式表现，具有无创、无辐射、与CT相符性高、可持续床旁监测等优点，因此在重症患者中的应用日益广泛。本文根据笔者经验并结合世界范围内的研究进展，对EIT技术为重症患者床旁肺通气实时评估所带来的变革进行综述。

一、IT的工作原理

EIT是一种无创、无辐射的临床成像工具，可在床边实时监测通气分布，其成像原理是基于对肺内阻抗变化的评估。每一条EIT电极带都由16或32个电极和一个参考电极组成，电极带建议绑在第6肋间以上，以减少膈肌周期性运动对监测的影响，参考电极建议贴在腹部，可确保不同电极参考电位相同。工作时每一个电极都会释放恒定的电流，基于人体组织阻抗值的差异，这股电流在经过人体不同组织时会产生不同的电压变化，这种电压的变化会被电极带上其他的电极所识别，从而构建动态的呼吸图像。在潮式呼吸中，肺泡间隔变薄、伸长以及肺部含气量的增加都会引起阻抗的显著升高，因此可以用其来计算肺内不同区域的通气分布。

在临床应用中，可将EIT状态区域划分为4个不同的兴趣区域（regions of interest，ROI），并允许自主调节ROI区域的大小，定制不同通气量化区域。同时可按不同方法划分四个区域，四层法可直观显示从腹侧到背侧的通气分布，常用于评估体位变化时重力依赖区的改变；四象限法可评估左右两肺通气情况，更倾向于评估左右肺通气异质性，临床医师可根据临床需求自主设置合适ROI。

二、EIT监测对呼吸支持参数设置的价值

对急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）患者进行机械通气时，个体化的肺可复张性评估是必须的。目前床旁评估肺可复张的方法主要是呼气末正压（positive endexpiratory pressure，PEEP）递增试验，即保证呼吸机其他参数不变，将PEEP由5 cmH₂O调节至15 cmH₂O，如果以下三项指标出现两项达标，即可判断为具有可复张性：①氧合指数改善；②动脉血二氧化碳分压（PaCO₂）下降；③呼吸系统顺应性改善。该方法简便易行，但敏感度和特异度均未能完全满足临床需要。

EIT技术可以直接观察肺复张过程中呼气末肺容积指数（end-expiratory lung volume index，EELI）的变化，因其与呼吸末肺容积（endexpiratory lung volume，EELV）呈正相关，从而判断出肺可复张性。但EELI的增加无法鉴别是塌陷肺组织的开放还是正常通气肺组织含气量的继续增加（即过度扩张）。为了解决这一问题，最近本中心以及Mauri团队分别通过EIT技术计算并比较复张后的实际肺含气量增加值与预计肺含气量增加值，如实际含气量增加值大于预计增加值，则判定区域性肺组织属于再开放，反之则属于过度扩张，从而为床旁实时个体化评估肺可复张性提供了新的方法。

除了肺可复张性评估，ARDS患者机械通气时个体化的PEEP滴定也尤为重要。目前PEEP滴定方法或是根据患者的氧合状态，或是根据呼吸机监测得到的不同的整体肺呼吸力学指标进行设置。以上这些方法均是从ARDS患者不同的病理生理角度出发，但其共同缺陷是无法真实反映具有极大异质性的患者肺部区域性状态。同时上述PEEP滴定方法在改善患者预后方面是否具有优势尚无确切证据。近年来通过EIT技术对区域肺组织顺应性进行计算，以追求全肺通气均一性为目标的Costa方程式和GI指数开始应用于临床PEEP滴定。

在与传统PEEP滴定方法的对比中，Zhao团队的一项历史对照研究结果提示：相较于P-V曲线法，Costa方程式进行PEEP滴定可以令重度ARDS患者更好地改善氧合水平和顺应性，降低驱动压和提高撤机成功率。其后发表的2篇RCT研究结果更是为通过EIT进行PEEP滴定提供了证据。首先是北京协和医院隆云教授团队研究表明，相较于表格法，Costa方程式进行PEEP滴定可以更迅速地改善ARDS患者的器官功能，并且轻度降低病死率。然后Hsu等研究更是表明，相较于P-V曲线法，Costa方程式进行PEEP滴定可以显著降低中-重度ARDS患者的驱动压和病死率。目前国内已有2项比较EIT法和传统PEEP滴定方法的多中心RCT正在进行，相信随着研究结果的面世，可以为EIT监测对PEEP滴定指导提供更坚实的证据。

除了ARDS患者，EIT监测同样在慢性阻塞性肺疾病急性加重期（acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD）患者机械通气参数设置中发挥作用。这类患者的病理生理特点是会产生严重的内源性PEEP，导致患者动态肺膨胀、呼吸功增加和循环动力学受损。合适的外源性PEEP设置有利于解决这一问题。目前少量个案报道中利用EIT的区域通气延迟指数（regional ventilation delay，RVD）和EELI分别来指导这类患者的PEEP优化。结果显示，RVD最低时患者对应的呼出潮气量最大且气道阻力最低，增加外源性PEEP后EELI反而下降提示肺过度膨胀得到缓解。

高流量氧疗（high flow nasal cannula，HFNC）的流速可以产生PEEP样效应，维持肺泡开放及改善氧合，目前广泛用于重症患者的低氧性呼吸衰竭及撤机后的序贯支持，但HFNC的流速如何个体化设置仍然未有公论。目前有少量研究通过EIT监测发现HFNC治疗对肺通气的作用存在个体差异性，EIT可有效识别HFNC治疗后肺通气改变是否发生在重力依赖区，从而为筛选HFNC治疗的获益人群及个体化流速设置提供了新的方法。

三、EIT监测在俯卧位通气中的应用

俯卧位通气（prone position ventilation，PPV）是治疗中-重度ARDS的有效手段。PPV可促进重力依赖区塌陷肺组织复张，改善全肺通气均一性，从而减少VILI，降低患者病死率。目前临床评价PPV疗效多是通过观察转换体位后的血气水平是否改善，但这些指标似乎与患者的预后无显著相关性。因此如何评价PPV疗效及筛选PPV的最佳获益人群目前仍然存在争议。EIT可以实时监测ARDS患者在行PPV全过程中的通气分布及各区域呼吸力学指标的变化，从而对PPV疗效进行评价；另外EIT监测也证实肺部病变集中于重力依赖区的患者行PPV治疗获益最大，从而帮助临床医师更好地早期识别PPV获益人群。另外动物实验通过EIT证明：在PPV过程中使用较低的PEEP也足以维持全肺通气均一性；临床研究也发现PPV时EIT法滴定的PEEP比仰卧位时更低，有助于减少患者的肺损伤及改善肺通气。另外，EIT也可作为中止PPV的评价方法。如果PPV过程中通气分布恢复正常，甚至出现非重力依赖区通气严重减少，应考虑中止PPV通气治疗。

四、EIT监测在识别通气异常征象中的应用

重症患者在机械通气时可能会出现一些特殊征象比如摆动呼吸（Pendelluft），这是由于患者肺部病变分布不均，不同区域肺组织的时间常数不一，导致在呼吸过程中肺内气体再流动。Pendelluft已被证明会加重患者的VILI，但呼吸机监测的波形难以捕捉这种异常征象，导致临床上识别Pendelluft非常困难。由于EIT技术可以实时区分不同肺区域的通气时相，近年来已经有学者围绕此进行了相关探索，但这些方法或空间分辨率不足，或需要中断患者自主呼吸。笔者团队最近通过EIT技术实时计算整体和区域肺组织的阻抗-时间曲线间的时间差与幅度差，可以定性、定量地评估Pendelluft征象，并且不需要中断患者自主呼吸，不需要人为划分区域，空间分辨率高。但以上这些研究都存在纳入样本量少、缺少“金标准”对照等不足，利用EIT技术监测Pendelluft征象的最佳方法仍然需要进一步思考和验证。

五、EIT监测在机械通气撤离过程中的应用

目前已有若干研究利用EIT监测患者自主呼吸试验（spontaneous breathing trail，SBT）过程中肺通气状态的变化。比如Zhao等发现SBT过程中如果随着通气支持水平降低，背侧通气分布比例升高的患者撤机成功率明显较高。而Lima等则发现SBT过程中EELI明显下降预测患者撤机失败。这2项研究实际上都是通过EIT侧面反映了SBT过程中患者膈肌能力的恢复与撤机结局的相关性。此外，也有学者将EIT监测SBT过程中的Pendelluft征象作为撤机失败的预测指标。但这些研究均样本量较少，且与传统撤机预测指标相比优劣性未有公认。未来仍需要大样本研究证实EIT指导撤机的价值。

六、EIT监测在重症患者其他方面的应用

气胸是重症患者机械通气常见的并发症之一，在ARDS患者中发生率甚至接近10%。最早是Costa等通过动物实验证明EIT监测可敏感地检测到20 ml的气胸，其后也有若干个案报道利用相似的算法在临床中识别出气胸的发生。另外也有中心将EIT用于监测气道引流过程中肺含气量的改变。同时EIT监测还在评价重症患者的早期运动和物理治疗中显示出一定的优势。除了肺通气功能监测，EIT高渗盐水造影肺灌注成像与CT肺动脉造影（CT pulmonary angiography，CTPA）或单光子发射CT（singlephoton emission CT，SPECT）肺灌注成像具有较好的相关性和一致性，在诊断急性肺栓塞方面具有较好的前景。

七、小结与展望

综上所述，EIT由于其独特优点，目前已经是重症患者床旁肺通气监测的一把“利器”，近年来也获得我国重症医学界的关注。但我们目前仍面临许多挑战：比如EIT机器及技术的普及率仍然不高；关于EIT参数解读标准和检查报告制度尚未达成统一；在线分析软件仍有不断改善的空间。随着对重症患者病理生理和EIT技术原理认识的不断加深，我们需要持续与工程技术人员沟通，结合临床需求不断优化算法和软件。同时，也需要组织大样本量的前瞻性临床研究，为EIT肺通气实时评估在重症患者中的应用提供更坚实的证据。

参考文献略

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