鄒海達(dá)，張春陽，高貴鋒，劉韶華，錢何布，林海，徐創(chuàng)業(yè)

1.深圳市安保醫(yī)療科技股份有限公司 廣東省急救和生命支持類醫(yī)療設(shè)備工程技術(shù)研究中心，廣東 深圳 518000；2.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 綜合ICU，河南 鄭州 450052；3.蘇州大學(xué)附屬蘇州九院 急救重癥科，江蘇 蘇州 215006；4.馬鞍山市人民醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科，安徽 馬鞍山 243009

引言

急性呼吸窘迫綜合征（Acute Respiratory Distress Syndrome，ARDS）是臨床常見危重病癥，患者ICU 入住率高且預(yù)后欠佳，其病理表現(xiàn)為肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞或者肺泡上皮細(xì)胞的彌漫性損傷，臨床表現(xiàn)為持續(xù)性呼吸窘迫和頑固性低氧血癥[1]。數(shù)據(jù)顯示，ARDS 患者占ICU 收治人數(shù)的比例達(dá)到10.4%，占機(jī)械通氣患者總數(shù)的23.4%，病死率高達(dá)40.0%[2]。在全球新冠病毒疫情中，重癥患者占確診總數(shù)的5%，其中超50%罹患ARDS[3]。

ARDS 肺損傷的復(fù)雜性亟需更準(zhǔn)確高效的診療技術(shù)與方法，以捕捉從肺尖到肺基底的整體及區(qū)域異質(zhì)性，并表征通氣、通氣/灌注（Ventilation/Perfusion，V/Q）的空間分布。盡管傳統(tǒng)的技術(shù)在ARDS 患者診療過程中發(fā)揮重要的作用，但是難以平衡無創(chuàng)、實(shí)時和可視化的臨床需求。電阻抗斷層成像（Electrical Impedance Tomography，EIT）技術(shù)作為一種無創(chuàng)傷、無輻射的新型成像方法[4]，可實(shí)時有效地獲取患者肺通氣和灌注信息，被越來越多地應(yīng)用于ARDS 患者的治療全流程管理中。本文從EIT 技術(shù)原理出發(fā)，旨在綜述EIT 技術(shù)在ARDS 患者全流程管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對未來的技術(shù)發(fā)展趨勢和臨床應(yīng)用方向進(jìn)行總結(jié)，以期為臨床醫(yī)護(hù)人員和EIT 領(lǐng)域?qū)＜姨峁﹨⒖肌?/p>

1 EIT技術(shù)原理

人體不同組織以及同一組織在不同病生理狀態(tài)下的電阻抗具有顯著差異，這是EIT 技術(shù)的生物學(xué)基礎(chǔ)。EIT 能夠?qū)θ梭w內(nèi)部的電阻率分布及其動態(tài)變化進(jìn)行圖形化表征，具有操作簡便、低成本、無創(chuàng)、無輻射、床旁連續(xù)監(jiān)測等優(yōu)勢。1978 年Henderson 等[5]最早提出EIT 可以從人體體表胸腔處無創(chuàng)監(jiān)測通氣情況，揭示其在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。此后，EIT 在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用被不斷拓寬，涵蓋胃動力評估、腦功能監(jiān)測、乳腺癌篩查、血栓檢測和肺功能成像等[6]。目前，肺功能成像是EIT 最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。EIT 通過電極陣列向患者施加安全電流激勵，在體表采集響應(yīng)電信號，來重構(gòu)目標(biāo)區(qū)域的電阻抗分布或變化圖像。相較于傳統(tǒng)CT，EIT不存在電離輻射，安全簡便，尤其適用于急危重癥患者機(jī)械通氣的床旁實(shí)時監(jiān)測。典型EIT 系統(tǒng)構(gòu)成框架如圖1 所示，主要包括電極激勵采集、電源供電、微處理器控制、信號處理、人機(jī)交互等模塊。

圖1 典型EIT系統(tǒng)構(gòu)成框架示意圖

肺的區(qū)域異質(zhì)性是ARDS 患者機(jī)械通氣中的重要病理生理改變，而傳統(tǒng)方法難以實(shí)時監(jiān)測肺區(qū)通氣分布與變化情況。EIT 可檢測區(qū)域通氣空間和時間分布狀態(tài)。Mauri 等[7]通過EIT 技術(shù)測得動態(tài)呼氣末肺阻抗（End-Expiratory Lung Impedance，EELI）和呼氣末肺容積（End-Expiratory Lung Volume，EELV），并發(fā)現(xiàn)其呈線性正相關(guān)。Zhao 等[8-9]通過歸一化EIT 圖像各像素點(diǎn)對應(yīng)阻抗差異的離散程度，獲得整體不均一指數(shù)（Global Inhomogeneity Index，GI），以量化通氣不均一程度。Spadaro 等[10]研究發(fā)現(xiàn)，潮氣分布指數(shù)[5]可間接評估潮氣通氣均勻性。此外，通氣時間不均勻性可通過計(jì)算區(qū)域通氣延遲異質(zhì)性來表征。

2 EIT監(jiān)測ARDS患者疾病生理變化

2.1 EIT監(jiān)測ARDS患者麻醉期間通氣狀態(tài)

EIT 可動態(tài)監(jiān)測患者麻醉階段通氣變化，并評估不同預(yù)氧合策略的效果。局部麻醉劑對減輕ARDS 的炎癥級聯(lián)反應(yīng)有潛在的療效。王迪芬等[11]總結(jié)發(fā)現(xiàn)，對于重癥肺炎合并ARDS 患者，早期麻醉干預(yù)可迅速糾正缺氧，提升危重癥患者的生存率和治愈率。但麻醉誘導(dǎo)期間功能殘氣量（Functional Residual Capacity，F(xiàn)RC）顯著降低，可引起嚴(yán)重低氧血癥。為改善FRC，預(yù)氧合是麻醉誘導(dǎo)過程中的重要一環(huán)，有利于增加肺內(nèi)氧儲備，延長建立人工氣道的時間。Humphreys 等[12]報道，擇期行心臟手術(shù)的患兒中，使用EIT 監(jiān)測可及時發(fā)現(xiàn)在麻醉誘導(dǎo)后FRC 的降低，并通過設(shè)置呼氣終末正壓（Positive End-Expiratory Pressure，PEEP）逆轉(zhuǎn)該趨勢。

2.2 EIT監(jiān)測ARDS患者氣胸

使用機(jī)械通氣治療重癥ARDS 患者時，氣胸并發(fā)癥發(fā)生率達(dá)到13%～18%[13]，嚴(yán)重時可危及患者生命安全。Hahn 等[14]于2006 年通過與CT 圖像比對，驗(yàn)證EIT 可實(shí)時監(jiān)測氣胸。研究發(fā)現(xiàn)，通過比對圖像的高亮與死腔，EIT 可在肺復(fù)張過程中監(jiān)測氣胸的存在。另外，EIT 在識別低至20 mL 氣胸區(qū)域的靈敏度達(dá)到100%[15]。值得注意的是，在臨床實(shí)踐中，建議EIT 聯(lián)合肺超聲（Lung Ultrasonic，LUS）來最終確認(rèn)氣胸，予以后續(xù)插管治療。

2.3 EIT識別ARDS患者呼吸鐘擺現(xiàn)象

呼吸鐘擺是指因胸膜負(fù)壓非均勻傳遞導(dǎo)致肺內(nèi)氣體從非重力依賴區(qū)再分布到依賴區(qū)而整體潮氣量保持恒定的現(xiàn)象，常見于ARDS 患者。Yoshida 等[16]通過EIT 動物實(shí)驗(yàn)揭示，吸氣早期階段的自主呼吸會引起呼吸鐘擺，且鐘擺體積與自主呼吸努力的強(qiáng)度呈正相關(guān)。肺損傷時，會在依賴肺區(qū)造成暫時性過度擴(kuò)張[17]。作為區(qū)域通氣可視化工具，EIT 監(jiān)測技術(shù)可床旁識別鐘擺現(xiàn)象并定量評估鐘擺體積[16,18]。

2.4 EIT檢測ARDS患者胸腔積液

EIT 可以幫助評估胸腔積液（Pleural Effusion，PE）的存在及其清除的有效性。在積液病變區(qū)，區(qū)域阻抗呈反相變化可以觀察到EELI 的增加[18-19]。Omer 等[20]使用參數(shù)EIT 方法對比了PE 模型與正常模型間的阻抗變化，發(fā)現(xiàn)隨著PE 體積的增大，二者阻抗變化差異顯著。但需要注意的是，這種變化的誘因可能不僅是肺通氣的改善，需要準(zhǔn)確排除是否是因?yàn)殡姌O-體表界面導(dǎo)電性下降的原因造成的[21]。LUS 可床旁快速評估ARDS 患者的血流動力學(xué)狀態(tài)和肺部狀況，EIT 圖像可融合LUS 等診斷工具，豐富對ARDS 病理生理的認(rèn)識。項(xiàng)龍等[22]采用EIT 聯(lián)合LUS 共同指導(dǎo)小兒保護(hù)性通氣策略的實(shí)施，成功救治了重度ARDS 患兒。

3 EIT指導(dǎo)ARDS患者治療方案

3.1 EIT指導(dǎo)ARDS患者個性化PEEP滴定

PEEP 滴定不僅能減少肺不均勻性，還可能降低區(qū)域肺壓，更好地實(shí)施肺保護(hù)[18]，適宜的PEEP 滴定有助于避免肺損傷[23]和改善患者存活率[24]。Eronia 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，利用EIT 指導(dǎo)個體化PEEP 滴定是可行的，可用于精確反映區(qū)域肺通氣的異質(zhì)性。既往動物模型研究證實(shí)，EIT 監(jiān)測下GI 指導(dǎo)的最佳PEEP 與動態(tài)順應(yīng)性指導(dǎo)的最佳PEEP 無顯著差異[26]。相較于傳統(tǒng)方法（如壓力/容積曲線），EIT 指導(dǎo)有助于從符合ARDS 病理生理改變的角度優(yōu)化PEEP 設(shè)定[2]，有更高的順應(yīng)性和氧合指數(shù)。目前基于EIT 的PEEP 個性化滴定方法尚無定論，除GI 法外還包括：過度膨脹/塌陷（Over Distension and Collapse，OD/CL）法、EELI 法和區(qū)域通氣延遲法，其中根據(jù)OD/CL 平衡滴定PEEP 的方法在臨床中最為常用[18]。

3.2 EIT監(jiān)測ARDS患者肺通氣與灌注

ARDS 氣體交換的紊亂是由肺部通氣和灌注的區(qū)域不匹配造成的。臨床上區(qū)分肺通氣和肺灌注尤為重要，這有助于個體化評估潛在氣體交換并制定治療方案。使用高滲氯化鈉溶液造影下，EIT 可以同時對肺通氣和肺灌注進(jìn)行監(jiān)測和評估[27]，為優(yōu)化V/Q 匹配提供依據(jù)。Frerichs 等[28]使用5.85%氯化鈉溶液作為造影劑，闡述了EIT 和CT 在灌注監(jiān)測上具有可比性。動物實(shí)驗(yàn)表明，在觀察健康肺和塌陷肺的灌注狀況方面，EIT 可通過區(qū)域阻抗-時間變化曲線定量分析區(qū)域灌注情況，與單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)體層攝影檢測結(jié)果高度一致。如Mauri 等[29]應(yīng)用5%氯化鈉溶液造影，使用EIT 衡量阻抗圖像像素點(diǎn)來監(jiān)測區(qū)域通氣、灌注和V/Q 錯配度。在高滲氯化鈉溶液造影肺灌注術(shù)中，EIT 不僅有效，而且高度安全，在國內(nèi)外臨床使用中未見不良反應(yīng)報道[30]。

3.3 EIT觀察ARDS患者氧療效果

高流量氧療（High-Flow Nasal Cannula，HFNC）是ICU 呼吸衰竭患者的新型呼吸支持方式，較無創(chuàng)通氣具有更好的舒適性和耐受性[18]。研究表明，HFNC 失敗病例中再插管率或病死率在30%～50%，并且臨床上缺乏標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)用于有效評估HFNC 療效[31]。Spadaro 等[10]研究發(fā)現(xiàn)，ΔEELI、潮氣阻抗、EELV 與潮氣量具有明確的相關(guān)性。在一項(xiàng)健康志愿者研究中，通過EIT 技術(shù)發(fā)現(xiàn)HFNC 可以增加EELI、FRC 并降低呼吸頻率[32]。Basile 等[33]的研究也佐證了EIT 可實(shí)時有效觀察HFNC療效，結(jié)果表明，患者經(jīng)HFNC 治療后，肺通氣異質(zhì)性降低、EELV 增加、呼吸頻率下降。同時，EIT 可實(shí)時有效監(jiān)測HFNC 應(yīng)用于ARDS 患者的個性化療效，有效識別HFNC 對重力依賴區(qū)通氣改善的潛能，為優(yōu)化HFNC 治療方案提供新的思路[18]。

3.4 EIT指導(dǎo)ARDS患者俯臥位通氣

俯臥位通氣是ARDS 患者重要且常用的治療手段之一，約占ARDS 有創(chuàng)通氣病例的8%，占重度ARDS 患者的16.3%[3]。俯臥位通氣對肺背側(cè)的復(fù)張作用顯著超于肺腹側(cè)的萎陷影響，有助于V/Q 匹配的改善，進(jìn)而改善整體氧合水平，提高存活率。EIT 可從不同維度評估俯臥位治療的作用效應(yīng)[18]。Perier 等[34]使用EIT 比較了新冠病毒相關(guān)ARDS 患者與非新冠病毒相關(guān)ARDS患者分別在仰臥位和俯臥位下PEEP 滴定，發(fā)現(xiàn)俯臥位時的最佳PEEP 與仰臥位無明顯差異，但可顯著提高氧合水平。一項(xiàng)隊(duì)列研究表明，俯臥位通氣下EELI 分布均勻，腹側(cè)和背側(cè)肺區(qū)無明顯差異[32]。Bachmann 等[35]用EIT 獲取阻抗比和GI，為個體化俯臥位通氣提供有效信息。EIT 還能確定俯臥位通氣持續(xù)時間。Kotani 等[36]成功根據(jù)EIT 參數(shù)選擇能夠維持背側(cè)肺泡肺開放的最小PEEP 以及俯臥位通氣終止時機(jī)。

3.5 EIT指導(dǎo)體外膜氧合時肺保護(hù)通氣策略

作為危及生命的低氧血癥的補(bǔ)救性療法，靜脈體外膜氧合（Veno-Venous Extracorporeal Membrane Oxygenation，VV-ECMO）可以支持重度ARDS 患者氣體交換，挽救難治性ARDS 患者的生命。Papazian 等[37]強(qiáng)烈建議，當(dāng)重度ARDS 患者氧合過低（PaO2/FiO2＜80 mmHg）時，應(yīng)當(dāng)及時考慮ECMO 治療。兩項(xiàng)回顧性對照研究[38-39]表明，對甲型H1N1 相關(guān)ARDS 患者應(yīng)用VV-ECMO 療法是有益的。Combes 等[40]通過多中心隨機(jī)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，ECMO 并發(fā)癥發(fā)生頻率低，僅觀察到較少卒中病例。Goligher 等[41]進(jìn)一步探索發(fā)現(xiàn)，ECMO 在降低ARDS患者病死率方面具有巨大潛力。由于氣體交換評價指標(biāo)很難在ECMO 患者上獲得，以往基于氧合的肺可復(fù)張性評估和PEEP 滴定難以操作，而EIT 可免受上述限制[2]。一項(xiàng)單中心研究表明，EIT 監(jiān)測可了解ECMO 聯(lián)合俯臥位通氣對局部通氣及最佳PEEP 的影響，有助于指導(dǎo)ECMO 時肺保護(hù)同期策略[42]。

4 EIT輔助ARDS患者撤機(jī)康復(fù)

4.1 EIT指導(dǎo)ARDS患者撤機(jī)

自主呼吸試驗(yàn)用于撤機(jī)評估尚存在局限性，而EIT技術(shù)可以得到GI、ΔEELI 和吸氣相氣體分布參數(shù)，有助于預(yù)測撤機(jī)結(jié)局。早期活動是縮短ARDS 患者通氣時間、改善臨床結(jié)局的有效方式。周潤奭等[43]對20 例需進(jìn)行早期活動的ARDS 脫機(jī)困難患者進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)EIT 表征的感興趣區(qū)4 區(qū)通氣變化與血氧飽和度SpO2存在關(guān)聯(lián)性，其結(jié)果揭示了EIT 有助于降低護(hù)士床旁評估早期活動的難度，進(jìn)而輔助脫機(jī)困難患者撤機(jī)。

4.2 EIT改善ARDS患者預(yù)后與康復(fù)訓(xùn)練

ARDS 患者的預(yù)后由多重因素決定。EIT 監(jiān)測涵蓋了豐富的肺信息，依據(jù)肺的生理特點(diǎn)制定個體化的通氣策略有望改善ARDS 患者的預(yù)后[27,44]。肺康復(fù)（Pulmonary Rehabilitation，PR）是指全面評估患者病情后制定的患者個性化的綜合干預(yù)療法，可貫穿ARDS 患者治療全程[45]。EIT 可就臨床癥狀、病情恢復(fù)、身體機(jī)能恢復(fù)等方面評價ARDS 患者PR 訓(xùn)練效果，有助于PR 決策。

5 總結(jié)與展望

EIT 可以對肺部生理信息進(jìn)行功能性成像，并具有便攜、無輻射特性，應(yīng)用于ARDS 患者全流程管理的臨床價值已經(jīng)得到充分證實(shí)。同時，EIT 技術(shù)還存在一些局限性：① 受限于電極位點(diǎn)數(shù)量，其空間分辨率較低，無法提供精確的區(qū)域組織解剖學(xué)定位；② 成像效果受電極縛帶、適用人群、體位姿勢等諸多因素制約，且目前大多研究局限在某一斷面的二維成像；③ 需床旁CT、LUS 等其他圖像診斷工具配合以發(fā)揮最佳臨床價值。

EIT 技術(shù)發(fā)展以及指導(dǎo)ARDS 患者治療的研究方向包括以下幾個方面：① 技術(shù)上，迭代優(yōu)化EIT 系統(tǒng)設(shè)計(jì)，基于人工智能和大數(shù)據(jù)分析提高成像速度與成像質(zhì)量，輔助定位病灶；② 算法上，結(jié)合新的圖像重建算法，實(shí)現(xiàn)胸腔三維可視化，為臨床研究及應(yīng)用提供更多有效生理信息；③ 產(chǎn)品上，將EIT 核心算法模塊化并與現(xiàn)有呼吸機(jī)、麻醉機(jī)、監(jiān)護(hù)儀等設(shè)備匹配，既擴(kuò)大EIT 應(yīng)用時機(jī)，又有效節(jié)約ICU 有限空間；④ 功能上，建立EIT 與呼吸機(jī)等治療設(shè)備的聯(lián)動，形成機(jī)械通氣治療-質(zhì)量監(jiān)測-效果反饋-方案調(diào)整的個性化方案；⑤ 成本上，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的EIT 系統(tǒng)和核心零部件，突破國外產(chǎn)品和技術(shù)壟斷，降低醫(yī)療成本的同時，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)高端醫(yī)療設(shè)備自主可控；⑥ 應(yīng)用上，依據(jù)現(xiàn)有應(yīng)用案例和經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)展EIT 在ARDS 患者診療中的應(yīng)用，以及其他需要機(jī)械通氣支持的疾病中。

綜上所述，隨著技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展，人們對EIT 及其應(yīng)用將愈發(fā)成熟，最終為實(shí)現(xiàn)基于EIT 指導(dǎo)的ARDS患者個體化、精細(xì)化全流程管理帶來新的契機(jī)。