机械通气中的EIT监测：原理与临床应用

作者：刘学松

单位：呼吸疾病国家重点实验室 国家临床研究中心 广州医科大学附属第一医院 国家呼吸医学中心 广州呼吸健康研究院

1. 机械通气的里程碑意义

机械通气在危重症救治中具有里程碑式的意义。回溯其发展历程，1952年脊髓灰质炎疫情中，首批31例因呼吸肌麻痹接受治疗的患者，在缺乏呼吸机支持的情况下，3天内死亡27例，死亡率高达87%。而到了1953年，随着呼吸机的应用，同类患者的死亡率显著降至15%。这一数据深刻体现了机械通气在挽救生命方面的关键作用。机械通气一方面可能引发呼吸机相关性肺损伤（VILI）；另一方面，在合理使用的情况下，也能发挥肺保护作用。导致VILI的因素有多种：高气道压力可造成压力伤，大潮气量会引发容量伤，肺泡的反复开放与闭合可能导致剪切伤，细胞介导的肺部或全身炎症反应会形成生物伤，此外，机械能还可能带来能量伤。

2. VILI的流行病学与风险因素

研究显示，在因ARDS以外原因接受机械通气的患者中，高达24%会发生VILI。肺不均一性是VILI的重要诱因：通气正常区域、过度充气区域与塌陷区域在机械通气后呈现动态变化，气体分布失衡可加重肺损伤。

3. ARDS通气策略的争议

2017年JAMA杂志刊载的研究表明，针对中重度急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者，采用肺复张（RM）联合呼气末正压（PEEP）滴定（最大顺应性法），相较于低PEEP策略，会增加患者28天全因死亡率以及气压伤发生风险。受此影响，当前ARDS相关指南对常规开展肺复张已不再做推荐。这一调整的关键依据在于，不同ARDS患者的肺可复张性存在显著个体差异，气道压力需实施个体化设定。具体而言，可通过特定气道压力（5 cmH2O与45 cmH2O）下可充气肺组织比例，界定肺可复张性：当该比例≤9%时，判定为低可复张性患者；当比例＞9%时，则为高可复张性患者。

2006年，Gattinoni教授团队借助CT研究发现，对低可复张性患者进行肺复张操作后，肺组织未实现有效开放，且影像学呈现心脏缩小表现，间接提示心输出量下降；而对于存在弥漫性病变的高可复张性患者，肺复张能够使部分塌陷肺组织重新复张。

ARDS患者肺部损伤并非局限单一区域，常存在肺泡通气相关损伤。如图1复张前背侧肺气体含量极少。理想状态下，复张后腹侧与背侧肺应实现均衡通气，可实际是原本扩张的肺区进一步过度扩张，造成肺内气体分布紊乱。基于此，依据ARDS患者影像学分型等精准采取通气策略，对改善预后意义重大。临床需重视个体化评估不同肺区通气状态，挖掘常规监测易忽略的区域肺现象（如肺泡过度膨胀、周期性开闭、局部肺不张等），让呼吸治疗更精准。

图1  ARDS患者复张前后的理想与实际情况

不同肺区域对通气的需求存在差异。在PEEP升高与降低的过程中，患者的吸气压会随之改变。因此，在实施肺复张操作前，需先开展肺复张评估。临床中，可借助多种手段评估，比如监测肺顺应性、观察氧合指标等方法，判断患者对肺复张操作的反应，区分“有反应者（肺复张后通气改善）”与“无反应者（肺复张效果不佳）”，为后续精准通气策略制定提供依据。

1. 技术原理

EIT的原理是以人体内部的生物电阻率分布为目标重建体内组织图象。胸部EIT成像已经排除了心脏、血流等电阻抗的影响，反映肺局部通气情况。与其他组织不同，肺组织的生物导电性会因含气量改变而变化较大。吸气末时，肺内气体增多，电阻较呼气末显著升高，可达300%，且呈潮汐性波动。EIT技术可实现个体化区域肺通气监测，其利用通气过程中，电极平面内肺部电阻抗值的改变，实时呈现气体分布情况与呼气末肺容积的动态变化。EIT的敏感区（即电极平面）与绑带位置相关，推荐固定于第4～5肋间，在此位置可监测到20%～30%的肺内通气变化。每张EIT图像由16个电极产生的208个电压信号构成，成像速度可达每秒10～50张，能够对肺通气进行动态监测。当前，EIT主要有2D成像和3D成像两种模式，可满足不同临床场景的监测需求。

2. EIT与CT的互补性

CT和EIT在应用中各具优缺点，但也有一定的互补性（表1，图2，视频1）。

表1  胸部CT与EIT优缺点比较

图2  CT解剖成像显示含气组织

视频1  EIT功能性呈像：显示气体进出变化的区域

EIT通过不同分区方式可将肺部分为多个感兴趣区(ROI): 一种是纵向划分, 包括ROI 1腹外侧、ROI 2腹内侧、ROI 3背内侧和ROI 4背外侧; 另一种是象限划分, 包含ROI 1右上区、ROI 2左上区、ROI 3右下区和ROI 4左下区。

3. EIT的各种参数和曲线

参数：低位像素带（LPB），高位像素带（HPB），呼气末肺阻抗（EELI），呼气末肺阻抗（EILI），感兴趣区（ROI），切点频率。

曲线：全局肺通气阻抗曲线，区域肺通气阻抗曲线，全局肺灌注阻抗曲线。

PEEP滴定曲线：过度膨胀/顺应性（OD/CL），全局不均一指数（GI），EELI，区域通气延迟（RVD），EIT时间常数（τ-EIT），低/高（L/H）。

图像：胸部阻抗肺通气断层成像（动态成像、状态成像、ΔEELI），胸部阻抗肺灌注断层成像（动态成像与状态成像），PEEP滴定视图，趋势视图。

1. EIT评估肺可复张性和指导PEEP滴定

EIT技术能够在自主呼吸试验（SBT）期间，对潮气量的空间分布进行可视化呈现与定量化分析。GI升高或EELV下降（提示肺塌陷发生）时，可作为预测SBT失败的指标。如图3所示，在实施肺复张操作前后，肺部通气状况呈现出显著差异，借助EIT可清晰捕捉并直观展现这种变化，为评估肺复张效果、指导呼吸治疗提供有力依据。

图3  肺复张前后肺部通气的分布情况

评估肺的可复张性，可通过对比两个不同时间点潮气图像的阻抗差值实现。将差值以图像形式呈现（差值图像）（图4），能够精准判别肺内通气阻抗变化的部位，明确是哪些区域的阻抗增加（提示通气改善等可能），又或是哪些区域的阻抗减少（可能存在肺塌陷等情况），从而为判断肺复张效果、分析肺通气功能状态提供直观的依据。

图4  阻抗差值图像

肺可复张性评估参考流程如下：①设置ROI：采用分层模式，将肺部分为腹侧与背侧区域；②实施肺复张并对比分析：在实施肺复张操作后，对比复张前与复张过程中的肺通气分布状态，核心评估指标为通气分布的均一性是否改善；③判定可复张患者：对于背侧区域（ROI 4）的通气量较复张前出现明显增加的患者，可判定为具备可复张性的患者。图5-7所示为经EIT评估的肺可复张性。

图5  有可复张性

图6  部分可复张性

图7  无可复张性

在ARDS等呼吸疾病的机械通气管理中，基于过度膨胀与塌陷（OD/CL）平衡的PEEP选择是优化肺保护通气的关键策略。若重点关注肺塌陷，需筛选满足“塌陷率≤10%或≤15%”条件，且过度膨胀率最低的PEEP水平，让塌陷肺泡复张同时减少过度膨胀风险；若更在意过度膨胀，可将“过度膨胀率≤10%”作为目标确定PEEP；也可直接选取塌陷与过度膨胀曲线交点对应的PEEP，此点PEEP常与略微增加（约+2 cmH2O）相契合，实现二者的临床平衡，为个性化呼吸支持提供依据（图8）。

图8  基于过度膨胀与塌陷（OD/CL）的PEEP选择

2022年《中华医学杂志》发表了《肺电阻抗成像技术在重症呼吸管理中的临床应用中国专家共识》，推荐EIT指导ARDS患者个体化PEEP滴定有助于更好地实施肺保护，可能有助于改善ARDS患者预后。

2. EIT在特殊人群中的应用

图9是一名接受有创机械通气单侧左肺炎患者的EIT PV曲线。A图显示单侧左肺炎患者左右两肺EIT得出的PV曲线。该图显示了左肺的气道开放压（AOP），在同时分析两个肺时无法捕捉到该压力。B图显示PEEP为5 cmH2O（即低于左肺的气道开放压）时，左肺的潮气通气量仅占总潮气通气量的10%，PaO2/FiO2为173 mmHg。C图显示PEEP为14 cmH2O（即高于左肺的AOP）时，左肺的潮气通气量增加到总潮气通气量的20%，PaO2/FiO2达到245 mmHg。

图9 有创机械通气的单侧左肺炎患者EIT-PV曲线

图10为肥胖志愿者（BMI=35 kg/m2，左）和体重正常志愿者（BMI= 21 kg/m2，右）EIT肺通气图像对比，肥胖可导致EIT肺通气图像呈“左右肺融合单一类圆型轮廓”，但不影响EIT连续动态的肺通气监测。

图10  肥胖志愿者与体重正常志愿者EIT肺通气图像对比

3. 临床监测

（1）气胸：能够识别低至20 ml的气胸区域，且敏感性高（图11）。

图11  EIT识别气胸

（2）通气缺损：实时监测单侧肺炎或肺栓塞导致的区域通气下降（图12）。

图11  EIT识别通气缺损

（3）肺大血管栓塞：如果血流缺损，通气也会产生变化，可以据此推断肺血管栓塞可能。

视频2  EIT辅助肺大血管栓塞的诊断和治疗评估

（4）肺肿瘤切除术后监测：如图12所示，胸片虽显示肺外观结构未严重毁损，仍有部分肺组织显影，但结合EIT影像可见，部分肺区通气功能近乎丧失，通气功能异常会直接导致氧合水平下降，且随着病情的进展，肺通气障碍若持续加重，氧合恶化将更加显著。通过EIT监测及时发现这类通气异常，并给予针对性干预，可促进肺复张，恢复有效通气。

图12  EIT用于肺肿瘤切除术后监测

（5）俯卧位通气监测：俯卧位通气在临床中备受关注且展现出显著效果，借助EIT技术可以清晰阐释其作用机制：随着俯卧位通气时间的延长，EIT监测显示肺内气体分布逐渐趋于均匀，同时血流灌注也得到改善（图13）。当气体分布与血流灌注二者协同优化，通气血流比值（V/Q）愈发匹配，呼吸功能随之改善。EIT能够实时、精准捕捉肺内通气与血流的动态变化。

图13  俯卧位对患者通气-灌注匹配的影响

图源：Crit Care, 2022, 26(1):154.

1. EIT在COPD中的应用

合并慢性阻塞性肺疾病（COPD）的ARDS患者，其肺内病理改变的不均一性及气体分布特点更为复杂。在机械通气中应用PEEP时，此类患者面临肺容积过度增加、肺泡过度膨胀及心功能受抑制的风险，而肺泡过度膨胀也是导致VILI的重要诱因。因此，合并COPD的ARDS患者应用PEEP的潜在不良风险相对更高，其通气策略（尤其是PEEP的选择）目前尚未明确。研究表明，与不合并COPD的ARDS患者相比，合并COPD的ARDS患者所需滴定的PEEP水平更低。具体而言，在合并COPD的ARDS患者中，采用EIT技术滴定的PEEP水平低于依据ARDSNet方案设定的PEEP水平。这一策略有助于改善通气比例、降低机械能消耗、提高心脏指数及氧输送效率，同时对血流动力学的不利影响更小。

EIT在COPD治疗中具有多元应用价值：①评估内源性呼气末正压（PEEPi）：可动态呈现不同临床场景下COPD患者的通气与肺容积信息，助力医生精准补充适度的外源性PEEP，降低VILI发生风险；②分析不同体位对肺通气的影响：借助EIT实时监测肺部气体分布，为医生筛选优化氧合的通气体位提供依据，指导体位干预改善呼吸功能；③指导高流量鼻导管氧疗（HFNC）：一方面，通过EIT观察HFNC对EELI的作用；另一方面，可追踪HFNC对非重力依赖区通气及氧合的改善效果，优化该治疗手段的应用；④评价肺康复疗效：能以床旁监测形式直观反馈物理治疗等肺康复措施对COPD患者肺部通气状态的改善情况，辅助康复方案调整。

2. EIT指导ECMO患者机械通气设置

研究显示，重度ARDS接受ECMO患者的理想PEEP存在异质性，EIT可作为评价这些患者PEEP效应的床旁无创监测工具。进行ECMO治疗的重度ARDS患者的最佳PEEP存在广泛差异，更需要个体化PEEP滴定等呼吸治疗设置。

3. 肺灌注评估

在肺灌注评估中，经典方法是推注高渗盐水。高渗盐水经肺循环（右心→肺动脉→肺静脉→左心）时，遵循首过原理产生特征性稀释波形。当高渗盐水流经肺内区域，会使该区域电阻抗下降，电阻抗下降越显著，提示对应区域血流灌注越丰富；反之，灌注相对较少。借助分析不同肺区的电阻抗波形变化，可定量评估区域肺灌注状态，为判断肺血流分布、识别灌注异常区提供精准数据。具体操作流程见表2。

表2  利用EIT进行肺灌注评估的操作流程

EIT操作关键参数与注意事项：

（1）电极带定位（2D模式）：水平位需贴合锁骨中线4～6肋间，确保电极与皮肤直接接触，保障信号采集的稳定性。

（2）扫描层厚（2D模式）：以电极带为中心，上下各延伸5 cm范围（覆盖约50%肺脏区域），呈现平均断层扫描结果，反映该层面肺功能信息。

（3）信号质量与监测区域：信号质量从低到高变化时，低位像素带（LPB）监测不受干扰；但高位像素带（HPB）监测需信号质量为“高”才具备准确性，建议HPB监测时配合使用电极膏，优化信号传导。

（4）切点频率设置：默认设定为55次/min，需依据患者的心率动态调节。若心率＜3倍呼吸频率，HPB监测易出现图像失真、数据不准确，需特别关注参数适配性。

（5）图像稳定时间：机器启动后，通气图像约30 s趋于稳定；血流图像受电极带信号质量、患者自身状态（如循环动力学）影响更大，存在延迟性，临床曾出现等待5 min才获得稳定血流图像的情况，操作中需预留充足的观察时间。

（6）信号干扰规避：HPB信号易被心电监护仪的呼吸频率监测功能干扰，建议关闭该监护功能或移除心电电极贴片，保证EIT血流信号采集的纯净度。

EIT作为精准呼吸监测工具，聚焦众多临床热点。在呼吸治疗中，可辅助实现肺复张/PEEP滴定，借压力-容积曲线优化通气；支持自主呼吸监测，助力脱机预测；用于肺灌注评估，结合高渗盐水注射洞察血流；还覆盖俯卧位通气效果追踪、高流量氧疗响应分析，以及与ECMO、气道压力释放通气（APRV）等特殊呼吸支持手段的协同应用。从跨肺压研究到气体摆动、神经调节辅助通气等可变压力支持场景，EIT持续为ARDS等重症呼吸管理提供创新视角，推动个性化呼吸治疗迈向精准化。

EIT作为一种无创、实时的功能成像技术，突破了传统监测的局限，为机械通气的精准化管理提供了“可视化”工具。通过动态评估区域通气分布，指导肺复张与PEEP滴定，EIT有望降低VILI风险，改善危重症患者预后。未来需进一步探索其在复杂临床场景中的应用，推动呼吸支持技术从经验医学向精准医学跨越。

附表  呼吸衰竭低氧血症患者最常用的EIT指数的定义、临床应用和局限性

作者介绍

刘学松

广州医科大学附属第一医院 广州呼吸健康研究院 国家呼吸医学中心 重症医学科病区主任，博士，副主任医师，硕士生导师；中国老年医学学会呼吸病学分会委员，中国心胸血管麻醉协会体外生命支持分会委员，中国医师协会体外生命支持专业委员会青年委员，中国医师协会呼吸医师分会危重症青年委员，广东省医学会重症医学分会委员，广东省器官医学与技术学会重症专委常务委员，广东省医院协会重症医学管理分会常务委员，广州市康复医学会重症康复分会副主任委员，广州市临床用药质控中心临床专家组副组长，广州市医学会重症医学分会委员，广东省医师协会呼吸医师分会呼吸治疗专业委员会常委，广东省医院协会医院重症监护中心管理专业委员会青年委员，广东省药学会重症医学用药委员会委员，广东省呼吸康复专业委员会委员，广东省健康管理学会重症医学专业委员。

本文仅用于学术内容的探讨和交流，不用于任何商业和推广，亦不作为最终的临床决策。临床实践需根据患者的具体情况选择适宜的处理措施。