2024电阻抗断层成像技术在成年人急性呼吸窘迫综合征中的应用.docx

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1、2024电阻抗断层成像技术在成年人急性呼吸窘迫综合征中的应用急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome, ARDS ）于 1967年被首次提出，距今已50余年，尽管诊疗技术不断发展，但病死率 仍然较高，可能与ARDS肺部病变在个体间及肺内不同区域间的异质性有 关。床旁监测肺局部病理生理机制（通气、灌注）有助于指导个体化诊治， 改善ARDS患者的预后。电阻抗断层成像（electrical impedance tomography, EIT）技术具备床旁、无创、无辐射及动态功能成像的特点， 可评估整体及局部肺通气和灌注，适用于危重症患者。近年来多项研

2、究使 用EIT指导ARDS的个体化治疗。本文总结EIT的监测原理，肺通气、灌 注监测时常用的参数，以及在成年人ARDS中的应用。1 EIT的监测原理生物组织由特定成分（如脂质、水、电解质）组成,对外部施加的交流电 反应不同，通常称为“生物阻抗。肺部含有80%85%的空气，空气起到 了电阻的作用，增加了阻抗。相反，细胞外的水起到导体的作用，降低阻 抗。这些物理特性区分了肺通气区域（高阻抗）和非通气区域（低阻抗 EIT通过含有16 32个电极的胸部绑带注入小电流，随之体内组织电阻的 分布及其变化被重建为数字矩阵，生成阻抗断层通气图。EIT时间分辨率 高,每秒可采集20-50帧图像，对肺通气监测敏感

3、度高；但空间分辨率 低，不利于肺部病变的精准解剖学定位。EIT肺灌注监测方法有肺血管搏动法和造影法。由于肺血管搏动法准确性 较低，目前临床主要使用造影法：患者屏气/呼吸暂停时通过中心静脉快速 注射高电导率造影剂（高渗盐水），通过监测不同区域胸腔电阻抗的变化 反映局部肺灌注（图Ih注：12：电阻抗随呼吸周期的变化阶段;34：屏气阶段（呼气暂停）；46：注射盐水后胸腔内电阻抗下降阶段（其中45：盐水聚集于右心： 56：盐水聚集于双肺）；TIV:潮气阻抗变化;EIT：电阻抗断层成像图1 EiT肺通气、灌注监测时胸腔电阻抗的变化2 ElT监测肺通气2.1 肺容积EIT通过监测整个呼吸周期潮气阻抗变化（

4、tidal impedance variation, TIV ）来可视化肺通气（图1 ）。TIV可用于评估肺容积变化。EIT监测的呼 气末阻抗（end expiratory lung impedance, EELI）被证明与呼气末肺 容积相关。有研究将局部肺阻抗变化小于最大呼气末至吸气末阻抗变化的 10%定义为静默空间，静默空间在重力依赖区视为塌陷区域，在非重力 依赖区视为过度膨胀。2.2 局部通气分布根据需求个性化制定感兴趣区（region of interest, ROI）,通过计算不同 区域TIV占总TIV的百分比，可得到通气的局部分布。由于ARDS患者多 表现为腹侧至背侧通气分布不均一

5、，临床多将EIT图像从腹侧至背侧分四 层划分，分别定义为ROII 4区，其中Ro11、2区为非重力依赖区(腹 侧区)，ROI 3、4区为重力依赖区(背侧区)。肺通气在各ROI的分布可 直接通过EIT监测图像可视化。2.3 局部顺应性局部Tiv代表局部肺潮气量，可通过公式局部TIV/驱动压计算获得局部 顺应性。在呼气末正压通气(positive end expiratory pressure, PEEP ) 递减试验中，根据不同区域肺顺应性的变化，可以评估局部过度膨胀/塌陷 (overdistension and collapse, ODCL ),肺顺应性增加区域提示过度膨 胀，降低区域提示塌陷

6、。ODCL方法滴定PEEP在肺力学和氧合方面的益 处已被多个临床研究证实。2.4 肺均一性2.4.1 总不均一(global inhomogeneity, GI)指数GI指数根据预定义肺区域内每个像素点的TIV与总体肺平均TIV进行比较 计算，代表潮式呼吸气体分布的空间范围和离散度。GI指数越高，代表肺 异质性越高。2.4.2 通气中心(central of ventilation, CoV )CoV代表通气垂直于重力轴的几何分布。CoV增加提示通气向背侧移动。2.4.3 区域通气延迟（regional ventilation delay, RVD ）RVD量化了不同肺区域时间常数的异质性，通

7、过电阻抗出寸间曲线的斜坡 体现：低顺应性和（或）高阻力区域需要时间较长，斜坡较为平缓，而高 顺应性/低阻力区域需要的时间较短，斜坡较为陡峭。2.4.4 潮气分布潮气分布反映的是在一次吸气过程中不同区域吸入气体的百分比随时间 进程的变化。将整体TIV曲线的吸气段分为8个等容积部分，分别对应不 同时间点。通过分析计算得出在特定时间点分配到特定ROI的吸入气体的 百分比。该指标可用于判断局部通气分布的均一性。2.4.5 通气缺陷评分通气缺陷评分是一种半定量的方法来分析通气分布的异质性。整体通气图 被分成4个大小相等的非重叠象限,定义ROI为左下、右下、左上和右上。 记录每个象限的气体分布所占百分比并

8、评分：0分（气体分布百分比15% X 1分（15%气体分布百分比10% ）和2分（气体分布百分比10% 2.5 钟摆现象钟摆现象是由于肺泡通气异质性引起的肺内气体再分布,尽管使用小潮气 量保护性通气，仍然可能导致局部过度膨胀和周期性复张/塌陷，加重肺损 伤。Err可用于发现钟摆现象。一项回顾性研究将所有区域TlV之和与整 体TIV之间的差异超过2.5%定义为存在钟摆现象，结果显示，较高的GI 指数和自主呼吸存在与其相关，并且钟摆现象与机械通气时间延长有关。 钟摆现象是否与较强的呼吸驱动相关，是否可用于指导ARDS患者的呼吸 管理,有待未来研究探索。3 ElT监测肺灌注ARDS患者常合并肺血管病

9、变，包括肺血管微血栓形成，内皮细胞肿胀和 损伤，血管收缩异常可导致局部灌注不良甚至血管闭塞，从而导致无效腔 增力口，通气/灌注（ventilation/perfusion, V/Q ）比值失调。另外,ARDS 由于肺过度膨胀、塌陷、低氧、高碳酸血症、酸中毒等因素可影响肺血管 阻力，亦会影响肺灌注。因此，有必要监测ARDS患者的肺灌注。常用的 胸部影像学方法，如CTs超声，仅能监测肺通气，随着技术的发展，PET CT、双能CT可用于肺灌注的监测，但不能床旁进行，限制了其在危重症 患者中的应用。近年来，EIT被用于床旁肺灌注监测。常用的参数有整体 及局部无效腔百分比仅通气区域/ （仅通气区域+仅灌

10、注区域+通气灌注 匹配区域）、分流百分比仅灌注区域/ （仅通气区域+仅灌注区域+通气 灌注匹配区域）、V/Q匹配百分比通气灌注匹配区域/（仅通气区域十 仅灌注区域+通气灌注匹配区域几 需注意使用EIT评估V/Q匹配时心排 血量和肺泡通气量的重要性，最近的一项研究表明，EIT在评估ARDS患 者的V/Q不匹配时忽略心排血量和肺泡通气量可导致结果存在显著的偏 倚。4 ElT在ARDS患者中的应用4.1 经鼻高流量氧疗（high-flow nasal cannula oxygen therapy, HFNC ）HFNC被广泛用于轻中度ARDS患者的呼吸支持及机械通气患者拔管后的 序贯治疗。HFNC可

11、改善患者舒适度，并被证明可改善氧合、呼吸驱动和 呼吸力学以及降低插管率。HFNe对ARDS患者预后的有益影响与其产生 一定的PEEP效应及增加呼气末肺容积相关。一项研究使用ElT监测显示， 相比较于低流量氧疗，HFNC组患者EELI显著增加25.6%o亦有研究显 示,随着HFNC流量逐渐从基线增加至60 L/min , EIT监测的EELL肺 复张区域逐渐增加，并且EELI增加的区域主要集中在ROI 2区及3区（腹 侧至背侧均等四分区法）o需注意的是，部分患者肺部过度膨胀区域随流 量的增加也逐渐增加；另外不同患者对HFNC的反应性不同，高复张潜力 组患者肺部随HFNC流量的增加未见过度膨胀而低

12、复张潜力组有36.3% 的患者肺部出现过度膨胀。因此，HFNC产生的效应（复张、非复张或过 度膨胀）存在个体差异。通过EIT识别HFNC产生的效应可能有助于制定 个体化HFNC方案,但目前关于此类研究证据有限,需要进一步研究验证。然而，并不是所有患者都能从HFNC中获益，HFNC失败可能会导致延迟 插管并增加病死率，因此，早期预测HFNC失败具有临床价值。ROX指 数（SpO2FiO2与呼吸频率的比值 VOX指数（SpO2FiO2与潮气量 的比值液提出可预测HFNC失败,但临床应用都有一定的局限性。因此， 目前尚缺乏预测HFNC是否成功的理想的床旁工具。一项研究尝试使用急 性呼吸衰竭患者HFN

13、C后1 h内Err监测通气分布变化的指标预测HFNC 失败遗憾的是在HFNC成功组和失败组之间未发现Err参数（GLCoV ） 的差异；但此研究样本量较小（46例）,观察周期短，且纳入人群异质性 高（ARDS、肺炎、心源怅市水肿、肺栓塞1 Err是否可用于预测HFNC 失败值得未来研究探索。4.2 PEEP 滴定PE印通常用于打开ARDS患者塌陷的肺区域并保持肺开放。理想的PEEP 水平应保持塌陷肺泡开放的同时避免肺泡的过度膨胀，不适当的PEEP设 置可能会加重肺损伤及影响血流动力学。目前关于设置最佳PEEP的方法 仍存在争议。临床常用的PEEP滴定的方法：PEEP/FiO2表法、最佳顺应 性

14、法、P-V曲线法等，然而氧合、呼吸系统顺应性只能反映呼吸系统的整 体状况，而ARDS患者不同区域肺组织异质性明显，其局部力学、病理生 理特点均有较大差异，因此这些方法有一定的局限性。EIT监测可提供对 局部肺通气及力学的深入了解。通过ODCL方法计算不同PEEP水平的肺 泡塌陷及过度膨胀率，可制定个体化PEEP0基于EIT最佳PEEP的设定有 多种方法，如有的学者定义为塌陷率 15%且过度膨胀率最少时的PEEP, 而有的学者定义为塌陷与过度膨胀曲线交点对应的PEEP0研究显示，EIT滴定与其他方法设置的PEEP之间有很大的差异。两项针 对新型冠状病毒感染(C0VID-19 )患者的研究分别显示

15、，EIT方法滴定的 最佳PEEP与PEEPFi02表法有63%的差异，与最佳顺应性法有81 %的 差异。这种差异可能归因于ARDS的异质性，因此，个体化PEEP设定可 能有助于改善其临床结局。目前已有多项研究比较基于EIT滴定的PEEP 与其他方法对患者临床结局的影响。一项研究显示，ARDS患者早期(气 管插管24 h内)使用EIT滴定PEEP与PEEPFiO2表法设定的PEEP相 比，病死率下降6%,虽然差异无统计学意义，但临床上不可忽略；另外 该研究显示,EIT滴定PEEP组患者器官功能恢复得更快。亦有研究表明， EIT指导的PEEP滴定与PEEPFiO2表法相比可降低机械功，而高机械功

16、与ARDS患者病死率相关。Hsu等研究显示，与P-V曲线法比较，使用 EIT滴定PEEP可降低中重度ARDS患者的驱动压及病死率。目前一项关 于EIT导向个体化PEEP设定与PEEPFiO2表法相比对ARDS患者预后的 影响的大型多中心RCT正在开展。上述研究只关注PEEP对通气的影响，通气的改善并不代表V/Q比值的改善，EIT同时监测灌注是否有助于制定更优的PEEP ,值得未来探索。4.3 肺复张复张塌陷的肺泡有助于改善氧合，使肺更加均一，降低呼吸机相关性肺损 伤。由于ARDS的异质性，不同病变的肺可复张程度不同。影响肺可复张 性的因素较多，包括ARDS病因、形态学分型、严重程度、病程长短、BMI 等。确定肺复张的潜力对于机械通气患者安全选择PEEP至关重要。通过 测量肺复张前后CT影像上肺复张区域评估肺可复张性较为准确，但是该 方法受限于不能床旁进