文献阅读 | 电阻抗断层扫描指导急性呼吸窘迫综合征机械通气
5062年05月03日 来源中华医学杂志 阅读：233次
摘要
急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是临床常见的急危重症，以弥漫性肺间质、肺泡损伤和肺血管通透性增加为特征。CT可用于对ARDS影像学特征、严重程度的评估和预测，但需要转运患者到CT室且仅为静态检查。电阻抗断层扫描（EIT）是近年来在临床应用日益广泛的监测工具，可实现床边连续实时肺通气分布的评估，在优化危重病患者的机械通气参数方面有较高的临床价值。本文介绍EIT基本原理及如何更好地使用EIT技术指导ARDS患者的机械通气治疗。
关键词：呼吸窘迫综合征，成人；电阻抗断层扫描；机械通气
急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是发生于严重感染、休克、创伤及烧伤等疾病过程中，由于肺毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞损伤引起弥漫性肺间质及肺泡水肿，并导致以进行性低氧血症、呼吸窘迫为特征的临床综合征［1］。尽管治疗手段不断进步，ARDS病死率仍居高不下［2,3］。机械通气是ARDS患者的重要治疗措施，ARDS大量肺泡塌陷、肺通气不均一，存在肺组织叠加梯度［4,5］，基于影像学特征指导机械通气治疗，可有效改善ARDS患者通气的不均一性，避免呼吸机相关肺损伤（VILI）［6,7］。胸部CT可提供肺组织病变的准确特征，但增加了患者转运的风险及辐射暴露，且无法实现实时动态监测，具有一定的局限性。电阻抗成像技术（EIT）作为一种无创、无辐射的肺部成像工具，被越来越多地在ARDS患者中应用，为ARDS患者更精准地机械通气治疗提供了新方案［8,9］。
01 EIT基本原理
EIT是一种非侵入性、无辐射的临床成像工具，与CT相比具有无需患者移动、可实现实时动态监测等优点，目前广泛应用于重症患者肺内通气分布的床边实时监测与评估。
（一）EIT肺通气成像原理
EIT技术基本原理是通过在生物体表面放置一圈电极，施加微弱的安全电流，利用不同生物组织的电阻抗值不同，测量其边界电压，通过系列算法后图像重构得到生物体内电阻抗分布及变化的图像［10］。不同的生物组织具有不同的阻抗，组织内的液气运动也会造成电导率差异。例如，良性肿瘤的阻抗异于恶性肿瘤；呼吸时吸入的空气会使电导率有巨大变化。因此，可以通过表面电极测量，推断体内的电导率和阻抗分布，并通过牛顿法、正则化算法、深度学习法等算法对采集的信号进行处理分析，形成部位断面图。目前的EIT设备可提供40~50个图像/s的最大扫描速度，这使得动态研究通气分布成为可能。
（二）EIT肺灌注成像原理
肺组织的电阻抗值会随着通气和血流的变化而变化。人体中吸气末到呼气末肺容积的变化可导致胸部区域阻抗值增加300%，而心脏搏动引起的胸腔阻抗的变化范围仅3%，因此EIT评估肺灌注时，需要降低肺通气对阻抗变化的影响，目前EIT评估肺灌注分布的方法主要有两种：通过高渗盐水造影法、基于心脏搏动的特征性信号法。
1.高渗盐水造影法：该方法是注射高渗盐水放大血液流动导致的阻抗变化，通过算法分析EIT监测到的阻抗变化做出肺血流分布的成像。在屏气阶段，通过中心静脉导管注射高渗盐水，由于血液中氯化钠浓度升高，胸部总阻抗首先会下降；之后经过一段时间，高渗盐水随血液通过心肺循环，胸部总阻抗会回升。在阻抗下降的这段时间内，灌注较差的区域血流量会比灌注正常的区域的血流量少［11,12］，而这个差别会体现在EIT图像中像素点的像素值下降斜率上，通过不同像素点的相对阻抗值的下降斜率，能够在一定程度上反映胸腔内血流量灌注分布情况。
2.心脏搏动特征性信号法：通过心电数据采集、频域滤波、主成分分析等方法，排除EIT信号中呼吸相关的波段，提取心脏搏动特征性的阻抗信号，从而评估肺灌注情况［13］。需要注意的是此方法是对心脏搏动引起的肺血容量变化的监测而不是真正的流动的肺血流情况。由于血液的导电率高于组织，其电阻抗较低，因此当血液进入或离开某区域时，可观察到阻抗的变化。在心脏区域，心脏收缩期可观察到阻抗增加，舒张期阻抗降低；而在肺区域，会观察到相反且延迟的阻抗变化，在心脏收缩期，肺部阻抗值降低，而在心脏舒张期肺部阻抗值增加［13］。此方法可实现肺灌注的无创、连续监测，但结果的准确度仍待进一步数据证实。
3.EIT监测肺通气、灌注时的操作细节：EIT监测信号的获取受多种因素的影响，因此在临床实践时，为获得准确可靠的图像与数据，操作时需注意以下几点：
（1）考虑到不同电极测量平面以及体位对肺通气图像的影响，对于需要动态评估的患者，应在同一平面进行监测；
（2）建议选择第4~5肋间作为反映呼气末肺容积以及潮式通气的测量平面，但在膈肌抬高时，电极缚带位置可适当升高；
（3）根据高渗盐水注射后电阻-时间曲线的变化建构EIT肺灌注图像时，应注意排除呼吸因素的干扰；
（4）从中心静脉导管推注5%高渗盐水10ml时推药速度要快，2s内推完；
（5）1d内反复多次盐水造影注射，需考虑对电解质内环境的影响。
02 EIT肺通气监测的临床应用
EIT可实现ARDS肺通气、血流的动态监测，并通过潮气量（Vt）选择、呼气末正压（PEEP）设置、可复张容积监测和人机同步性监测等优化ARDS机械通气设置，避免VILI。
（一）EIT指导Vt的选择
ARDS肺通气不均一性通常与VILI的损害性机制密切相关，合适的Vt设置对ARDS患者至关重要。机械通气时由于ARDS通气肺容积的明显减少，过大Vt往往可引起肺泡过度膨胀，进而导致VILI。既往研究证实小Vt通气（4~8ml/kg理想体重）可显著降低ARDS患者病死率以及VILI的发生风险［14］。
然而，重度ARDS患者在小Vt通气条件下仍可能存在区域性肺泡过度膨胀，临床常规应用的Vt并不适用于所有ARDS患者［15］。另外，对于部分肺泡塌陷程度不重的ARDS患者，过小的Vt设置既加重肺泡塌陷的风险，小Vt实现过程中的镇痛镇静甚至肌松药物的使用也可能导致患者的不良预后［16］。因此，ARDS患者的Vt设置，需同时兼顾肺泡塌陷及肺泡过度膨胀。
EIT基于电阻抗变化的成像技术可实现肺泡塌陷与过度膨胀的实时监测，从而指导ARDS患者的Vt选择。Costa等［17］开发了一种方法，用于在减小PEEP过程中使用区域通气信息（像素顺应性）来估计肺坍塌和过度充气。在每个PEEP步骤中，可根据进入肺部的空气量（ΔZ）和呼吸系统的弹性阻力来计算顺应性；即，平台压（Pplat）与PEEP之间的差值。
因此，可以估算每个EIT像素的顺应性：该方法假设在PEEP水平高于最佳像素顺应性的PEEP水平时像素顺应性的损失表明存在过度充气；类似地，该方法假设在PEEP水平低于最佳像素顺应性的PEEP水平时顺应性的损失表示存在坍塌。
Costa的研究发现EIT估算的塌陷与过度通气的肺泡量与CT定量的肺塌陷与过度通气有较好的一致性，通过EIT监测肺泡过度膨胀和塌陷的综合效应，可能实现ARDS患者的个体化Vt设置，从而维持肺内正常通气区域最大化，降低VILI的发生。尽管目前尚无直接的研究证实EIT在Vt选择中的价值，但Costa的研究结果为ARDS患者Vt选择提供了新的思路，值得进一步的实验与探讨。
（二）EIT指导PEEP滴定
PEEP是ARDS机械通气设置中的重要参数，对维持功能残气量的稳定、预防肺泡塌陷、改善患者氧合具有重要意义。但过高的PEEP可能导致肺泡过度扩张、肺顺应性降低，从而加重肺损伤，因此设置合适的PEEP对ARDS患者至关重要［18］。目前临床指导PEEP设置的指标如二氧化碳水平、血氧饱和度和呼吸顺应性等，临床上PEEP设定主要包括ARDSnet发布的PEEP-吸入氧浓度（FiO2）表格、最佳顺应性法、最佳氧合法等，并不能反映肺区域通气情况，而EIT的出现为机械通气个体化PEEP设置提供了新的思路。
EIT导向的PEEP设置可通过最小化肺泡过度膨胀和塌陷比例，优化死腔和分流，进而改善患者氧合与顺应性。目前临床常采用逐步增加或减少PEEP的滴定试验，来评估肺部过度膨胀和坍塌的程度。例如，Blankman等［19］采用逐渐增加PEEP的方法来评估肺功能，依次将PEEP值设定为5、10、15和20cmH2O（1cmH2O=0.098kPa），并每次维持15min。deJongh等［20］首次进行肺复张后，逐渐降低PEEP至5cmH2O。
还有一些研究将PEEP保持在某个水平上（例如2min），然后逐步以2cmH2O的梯度降低。在这些PEEP动态变化的过程中，EIT可监测肺部对设置压力的反应，比较计算得到的不同肺部区域的电阻变化。如果随着PEEP逐渐升高，特定肺部区域的顺应性降低，那么说明存在肺泡过度膨胀。如果顺应性增加，那么说明肺泡正在复张，肺坍塌减少。EIT可以根据这些数据来维持PEEP在某个水平，以实现最小的过度膨胀和坍塌，也就是所谓的过度膨胀和坍塌平衡（OD/CL平衡）。
研究表明，根据OD/CL平衡来滴定PEEP的患者与根据压力/容积曲线来滴定PEEP的患者相比，具有更高的肺顺应性和更好的氧合水平。考虑到过度膨胀可能对患者造成更大的潜在危害，在EIT指导PEEP选择时可对OD/CL平衡进行一定的修改，即提出“OD/CL15”比值概念，允许最多15%的CL值，进一步降低肺泡的过度膨胀导致的损伤风险［21］。
一项采用EIT法滴定PEEP的病例对照研究发现，与传统的P-V曲线法相比，EIT法滴定的PEEP可有效降低患者的驱动压（15.1比19.1cmH2O）、改善顺应性（25.9比20.6ml/cmH2O），病死率降低18%［22］。
（三）EIT指导机械通气撤离
机械通气患者撤机失败是重要的临床问题，机械通气时间的延长与撤机失败与患者的不良预后密切相关。EIT可实现床边实时、动态的撤机过程中肺功能监测，从而指导撤机。Bickenbach等［23］纳入31例拟撤机的患者，以是否通过自主呼吸试验（SBT）作为观察终点，通过EIT监测患者SBT前15min、SBT过程中和SBT后15min的通气变化，发现患者肺通气的不均一指数（GI）可有效预测撤机成功率，logGI>40预测SBT失败的灵敏度为85%。
Zhao等［24］的研究结果有类似的发现，他们使用EIT记录了30例机械通气患者进行SBT的整个过程，在SBT中使用了两种不同的通气模式（自动导管补偿和持续气道正压模式）。研究利用EIT生成的图像和数据，将患者吸气过程中肺部气体分布分为4种模式。当肺内气体分布相对均匀时，吸气过程的气体分布模式呈现出两侧区域通气逐渐从交叉变为平行，这被称为“经典模式”。
研究结果发现，在经典模式通气的13例患者中，仅有1例（7.7%）患者在撤机时失败，而在非经典模式通气的17例患者中，有8例（47.1%）患者在撤机时失败。这表明了吸气过程中肺内气体分布情况与机械通气患者的撤机结果之间存在相关性。因此，EIT可能成为临床上更有效地指导机械通气患者进行撤机的指标。
（四）EIT指导人机不同步的识别
患者-呼吸机不同步在机械通气过程中很常见，通常与脱机时间延长和死亡率增加等不良事件有关。EIT容积图中包含的信息可以帮助强化医师早期识别潜在的不同步，如呼吸叠加与呼吸摆动。当呼吸机在不完全呼气的基础上施加第二个呼吸周期时，呼吸叠加通常是继发于反向触发或双重触发［25］，EIT可监测到此现象产生的异常Vt及肺损伤性形变。
Pendelluft是一种肺内非同步运动，表现为膈肌剧烈收缩，不同肺区之间存在气体差异性的分布与转移［26］，这种转移的容积也会导致依赖区域的肺泡过度拉伸（局部容积损伤），这两种损伤机制都加重了局部肺部炎症和肺损伤［27］。目前只有EIT能够在床边连续检测、跟踪、定位和量化呼吸摆动，并指导相应临床治疗的调整。
03 EIT肺灌注监测的临床应用
EIT对肺灌注的监测实现了肺血流分布的可视化，并通过量化通气血流匹配的情况，目前已应用于临床肺灌注缺失的识别与ARDS病理生理机制的探索及治疗决策的指导。
（一）肺灌注缺损的识别
通过EIT肺血流图像发现血流缺损，可帮助临床识别肺血栓。有临床研究发现当EIT通气血流分布图像计算得出死腔通气分数（%）>30.37%，可有效指导诊断急性肺栓塞，其特异度和灵敏度明显高于D-二聚体［28］。除了肺灌注缺损的识别，EIT还可评估肺灌注的动态变化。SafaeeFakhr等［29］提供的1例新型冠状病毒感染（COVID-19）合并肺栓塞病例发现，患者接受抗凝治疗后，肺灌注显著改善。EIT肺血流监测可实现临床肺灌注的动态监测，具有广泛的临床应用前景。
（二）评估呼吸治疗策略对通气血流比的影响
在机械通气的ARDS患者中，较高的PEEP可能会导致重力依赖区的塌陷肺泡复张，但非重力依赖区的肺泡可能会出现过度膨胀，其通气血流比也会发生相应变化。通过EIT对ARDS患者通气血流的监测，可发现非可复张性好的患者高PEEP可改善通气血流比，而可复张性差的患者，高PEEP反而导致通气血流比进一步恶化［30］。
基于EIT监测的肺通气肺灌注指标可指导ARDS患者进行更精准的PEEP选择，俯卧位通气是ARDS治疗中非常重要的一环，但不同患者对俯卧位治疗的反应不同。Perier等［31］在一项前瞻性观察性研究中发现，纳入研究的9例COVID-19患者在俯卧位通气3h后背侧通气增加，而血流变化不明显，V/Q增加、氧合改善。
Fossali等［32］的研究同样发现，通过EIT的通气灌注监测，可发现俯卧位通气可增加COVID-19-ARDS患者背侧的肺通气、减少萎陷伤，改善V/Q比。在2023年欧洲危重症医学会（ESICM）ARDS指南中提及关于ARDS俯卧位治疗的终止时机仍无定论，EIT可实现的动态通气、灌注监测为解决此问题提供了新的研究方向［33］。
综上，EIT作为一种床旁肺通气与灌注的监测手段，其结果受绑带位置、胸廓、心脏、膈肌等结构的影响；另外，由于EIT使用单环外部电极，因此只能监测1个圆柱形肺部截面的通气及灌注影像［34］，无法像CT、MRI那样获得整个肺的图像。肺灌注监测相关的操作方法和重建算法也都需要进一步优化，在使用高钠盐水造影法获得肺灌注图像时，还需考虑高钠盐可能带来的高钠血症的风险。
EIT作为一个新型的床旁监测肺通气、肺血流的成像技术，可实现连续和实时的肺通气与肺灌注监测，帮助临床医师更好地了解患者的病理生理变化，指导并评估治疗的效果。对于需要有创机械通气的ARDS患者，EIT可从个体化Vt设置、PEEP滴定、撤机等方面提供指导，帮助优化机械通气设置。目前仍待更多的临床研究，以探索该技术在ARDS机械通气治疗中的全部潜力。
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