代萌，徐燦華，楊濱，夏軍營，劉本源，劉銳崗，史學(xué)濤，尤富生，付峰

第四軍醫(yī)大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程系，陜西西安 710032

基于電阻抗成像技術(shù)實時監(jiān)測小豬肺出血模型的實驗研究

代萌，徐燦華，楊濱，夏軍營，劉本源，劉銳崗，史學(xué)濤，尤富生，付峰

第四軍醫(yī)大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程系，陜西西安 710032

目的探討基于電阻抗成像技術(shù)（EIT）實時監(jiān)測小豬肺出血模型的可行性。方法 以小豬肺出血模型為研究對象，采用EIT實時連續(xù)監(jiān)測小豬肺出血過程中的電阻抗變化。結(jié)果 當(dāng)注血量每5mL逐漸增加時，EIT圖像的相應(yīng)區(qū)域呈紅色顯示，并逐漸增強(qiáng)，EIT所顯示的出血位置與CT所示的基本一致。定量分析結(jié)果表明，當(dāng)注血量每5mL逐漸增加時，圖像上提示區(qū)域的阻抗、面積變化逐漸增大，EIT定量分析指標(biāo)與注血量存在良好的相關(guān)性。結(jié)論 EIT技術(shù)能夠?qū)崟r有效地檢測小豬肺出血引起的電阻抗變換，為臨床研究奠定了基礎(chǔ)。

電阻抗成像技術(shù)；肺出血；動物實驗；新生兒；阻抗信號

0 前言

肺出血是由于各種原發(fā)性或繼發(fā)性肺損傷引起出血的臨床危重征象，是新生兒常見的主要死亡原因之一[1]。據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)報道，新生兒肺出血的發(fā)病率約1‰～12‰，而死亡率高達(dá)74.6％[2-3]。與此同時，由于肺出血的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，所以臨床上仍缺乏早期診斷的方法，當(dāng)患兒出現(xiàn)口鼻涌出血性泡沫液體的癥狀時已屬晚期[4-5]。雖然傳統(tǒng)的大型影像設(shè)備可用于確診新生兒肺出血，但因其體積過于龐大、有輻射性，無法對具有潛在發(fā)病可能的新生兒進(jìn)行床旁實時監(jiān)測，無法滿足臨床上早發(fā)現(xiàn)、早治療的需要。

電阻抗斷層成像技術(shù)（Electrical Impedance Tomography，EIT）因其無創(chuàng)、無輻射、便攜化、采用安全電流獲取信號、功能成像等特點，使其能夠在床旁對患兒進(jìn)行實時動態(tài)的圖像監(jiān)護(hù)，有助于新生兒肺出血的早期發(fā)現(xiàn)、及時預(yù)警，具有巨大的臨床應(yīng)用價值。實際上，利用EIT技術(shù)，開展

VOL.30 No.07

RESEARCH WORK針對其他臟器內(nèi)出血實時監(jiān)測的研究已有相應(yīng)報道。代萌[6]等、徐燦華[7]等均報道了采用EIT技術(shù)實時發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測小豬腦出血的過程；帥萬均等[8]證明了EIT可以檢測到小豬腹腔內(nèi)出血；尤富生等[9]報道了利用EIT監(jiān)測一名腎出血病人并成功救治的案例。由此可見，EIT技術(shù)在監(jiān)測臨床內(nèi)出血的應(yīng)用方向極具前景，但針對肺出血的EIT檢測與監(jiān)測研究卻鮮有報道。本研究以小豬為實驗對象，利用EIT技術(shù)監(jiān)測其肺出血過程，并對出血程度和范圍進(jìn)行初步的定量分析。

1 材料和方法

1.1 一般資料

選取小豬14只，其中雌性7只，雄性7只，年齡4～6周。

1.2 數(shù)據(jù)采集

采用常規(guī)麻醉后，對胸部一周行備皮處理；在胸骨尖突上方5cm處，等間隔安放16個電極；經(jīng)小豬股動脈抽取20mL自體血并加肝素抗凝；在行EIT監(jiān)測的同時，將小豬自體抗凝血注入肺臟內(nèi)，每次注射5mL，注射4次；觀察注血過程中EIT圖像的相應(yīng)變化（圖1）。

圖1 利用EIT系統(tǒng)監(jiān)測小豬肺出血模型的實驗現(xiàn)場

1.3 呼吸阻抗信號濾除

在試驗過程中，當(dāng)小豬處于呼氣末期時，EIT圖像上的相應(yīng)位置可以觀察到出血信號；當(dāng)小豬吸入空氣后，空氣在肺部引起的阻抗變化遠(yuǎn)大于出血引起的阻抗變化，EIT圖像上的出血信號基本被空氣信號湮沒，見圖2（a）。因此，為消除呼吸阻抗信號的影響，本研究對原始阻抗測量信號進(jìn)行了分析與處理。原始阻抗測量信號的基線隨著注血量的增加而降低，說明小豬肺部整體阻抗呈下降趨勢，但整體信號都受到了周期性呼吸阻抗信號的干擾，見圖2（b）。通過分析與比較注血前后小豬肺部阻抗信號功率譜發(fā)現(xiàn)，小豬自主呼吸而不施加干預(yù)時的阻抗信號功率分布與注血后的阻抗信號功率分布存在明顯不同：0.26 Hz處的尖峰提示小豬的呼吸頻率約為15次/min；而在注血后的功率譜中，＜0.15 Hz的低頻功率成分可認(rèn)為是注血阻抗信號。所以，通過設(shè)計以0.15 Hz為截止頻率的數(shù)字低通濾波器，將呼吸阻抗信號進(jìn)行抑制而進(jìn)一步突出注血阻抗信號，見圖2（c）。

圖2 呼吸阻抗信號濾除

1.4 EIT圖像定量分析

為初步定量研究EIT圖像上注血信號的阻抗變化程度，用平均阻抗值（Average Resistivity Values，ARV）來衡量注血信號阻抗變化的平均值；感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）（％）來衡量注血信號面積占整個肺區(qū)面積的比例。

2 結(jié)果

濾波后，小豬肺出血的EIT圖像序列見圖3（a）。當(dāng)注血量逐漸增加時，EIT圖像的相應(yīng)區(qū)域（圖上左側(cè)位置）呈紅色顯示，并逐漸增強(qiáng)；同時，影像結(jié)果提示，EIT所顯示的出血位置與CT所示出血位置基本一致，圖3（b）。

圖3 小豬肺出血的EIT圖像序列與CT圖像

EIT圖像定量分析結(jié)果表明，當(dāng)注血量每5mL逐漸增加時，圖像上所提示區(qū)域（左側(cè)紅色區(qū)域）的ARV、ROI均逐漸增大，EIT定量分析指標(biāo)與注血量存在良好的相關(guān)性（圖4）。

圖4 小豬肺臟注血量與EIT出血區(qū)域的關(guān)系

3 討論

本研究首次證實了采用EIT技術(shù)對小豬肺出血模型進(jìn)行實時監(jiān)測的可行性，并對出血程度進(jìn)行了初步的定量分析。通過本試驗發(fā)現(xiàn)，由于血液組織與肺臟組織之間電阻抗存在差異，理論上可以由EIT檢測并成像，但由于呼吸過程帶來的信號干擾，使出血阻抗信號被湮沒。本研究通過數(shù)字濾波的方法將呼吸阻抗信號濾除，有效地獲得了肺出血所產(chǎn)生的阻抗信號，再通過EIT成像方法間接地反映出肺出血的程度和分布，為臨床研究奠定了良好的實驗基礎(chǔ)。

[1]金漢珍,黃德珉,官希吉.實用新生兒學(xué)[M].5版.北京：人民衛(wèi)生出版社,2012.

[2]陳自勵,管婉華.新生兒肺出血的病因與預(yù)防[J].臨床兒科雜志,1985,3：259-261.

[3]Li L,Yu J,Wang J,et al.A prediction score model for risk factors of mortality in neonate with pulmonary hemorrhage：the experience of single neonatal intensive care unit in Southwest China[J].Pediatr Pulmonol,2008,43（10）：997-1003.

[4]曹立杰,李松.早產(chǎn)兒肺出血危險因素的研究[J].中國新生兒科雜志,2010,25（4）：208-211.

[5]江玉柱,井賽.幾種磁場方式電阻抗成像技術(shù)的新進(jìn)展[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2015,30（3）：63-66.

[6]Dai M,Wang L,Xu C,et al.Real-time imaging of subarachnoid hemorrhage in piglets with electrical impedance tomography[J].Physiol Meas,2010,31（9）：1229-1239.

[7]Xu CH,Wang L,Shi XT,et al.Real-time imaging and detection of intracranial haemorrhage by electrical impedance tomography in a piglet model[J].J Int Med Res,2010,38（5）：1596-1604.

[8]Shuai W,You F,Zhang H,et al.Application of electrical impedance tomography for continuous monitoring of retroperitoneal bleeding after blunt trauma[J].Ann Biomed Eng,2009, 37（11）：2373-2379.

[9]You F,Shi X,Shuai W,et al.Applying electrical impedance tomography to dynamically monitor retroperitoneal bleeding in a renal trauma patient[J].Intensive Care Med,2013,39（6）：1159-1160.

Experiment Study on EIT-Based Real-Time Monitoring of the Little Pig Pulmonary Hemorrhage Model

DAI Meng, XU Can-hua, YANG Bin, XIA Jun-ying, LIU Ben-yuan, LIU Rui-gang, SHI Xue-tao, YOU Fu-sheng, FU Feng
School of Bio-Medical Engineering, The Fourth Military Medical University, Xi’an Shaanxi 710032, China

Objective To explore the feasibility of EIT-based（Electrical Impedance Tomography）realtime monitoring of the little pig pulmonary hemorrhage model.Methods As the objective of this study, electrical impedance changes of little pig pulmonary hemorrhage model was constantly and real-timely monitored with adoption of EIT.Results Gradual increase of each 5mL of injected blood volume resulted in redness displayed in EIT images incorresponding areas and gradual enhancement.The hemorrhage locations revealed by EIT accorded with those displayed by CT.Quantitative analysis results indicated that gradual increase of each 5mL of injected blood volume leaded togradually-enlarge delectrical impedance and area in the relevant locations in EIT images, which proved the relevance between EIT quantitative analysis indicators and the injected blood volume.Conclusion EIT could realtimely monitor the electrical impedance changes caused by pulmonary hemorrhage in little pigs in an effective way, which laid a solid foundation for clinical researches.

electrical impedance tomography；pulmonary hemorrhage；animal experiments；neonates；impedance signals

R318

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.07.006

1674-1633（2015）07-0019-03

2015-06-28

軍隊課題（AWS14C006，CWS12J102）；國家科技支撐計劃課題（2012BAI20B02）。

付峰，教授，博士生導(dǎo)師。

通訊作者郵箱：fengfu@fmmu.edu.cn