肺电阻抗断层成像与围术肺保护

肺电阻抗断层成像与围术期保护副标题前言常规的肺部影像学检查，如胸片、CT、核磁共振等，只能检测肺部正常结构和异常病变，在病变没有引起肺结构改变之前的功能变化，就无法观察。临床常用的肺功能检查是对人体呼吸系统生理功能状态所进行的客观、定量的评价，但是检查过程中需要患者配合操作者口令，及时做出呼气和吸气的动作，存在一定的局限性。生物电阻抗技术1791年，意大利解剖学家加伐尼（L.Galvani）发现，蛙腿肌肉置于铁板上再用铜钩钩住蛙的神经，当铜钩与铁板接触时肌肉就会发生收缩，由此发现生物电现象，并提出生物电理论。生物组织由细胞和细胞间质组成，细胞间质和细胞质具有电解液特性，细胞膜是具有低漏电特性的绝缘膜。细胞间质和细胞质可等效为一定阻值的电阻，细胞膜可以看作容性成份。因此，生物组织具有电学性质，即生物组织电特性。生物电阻抗技术生物电阻抗技术就是利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的检测技术。通过体表的电极向人体输入电流、电压或电磁场，然后检测相应变化获取相关的信息，从而得到相关组织或器官的电阻抗变化，并将这些变化重建，形成图像。生物电阻抗技术目前，生物电阻抗技术的开发与研究主要包括生物电阻抗血流图（Bioimpedancerheohepatogram）、生物电阻抗测量（Bioimpedancemeasurement）、生物组织阻抗频谱特性（Bioimpedancespectroscopy）和生物电阻抗成像（Electricalimpedanceimaging）。1978年，Henderson等人首先提出了生物电阻抗成像的概念，设计并制造了一个阻抗采集设备获得世界上第一个胸部的电阻抗图像，当时的采集速度为每秒32帧。电阻抗断层成像技术生物电阻抗技术有很多种，断层成像是其中的一种。断层成像通过对被测物体施加电流，并检测其边界值的变化，利用特定数学手段逆推被测物体内部的电特性参数分布，从而得到物体内部的分布情况。电阻抗断层成像技术电阻抗断层成像技术（EIT）是在人体表面电极上施加一微弱的电流，并测得其他电极上的电压值，根据电压与电流之间的关系重构出人体内部电阻抗值或者电阻抗的变化值，来检测电阻抗。电阻抗断层成像的原理是通过配置于人体体表外周的电极阵列，外加一微小测量电流，提取信息，重构出截面电阻特性的图像。体内多种组织类型之间存在很大的电阻率差异，可以用电阻率来形成解剖图像。电阻抗断层成像技术电阻抗断层成像技术有三种成像类型：①静态电阻抗断层成像，以人体内部电导率的绝对分布为成像目标，需要高精度的数据采集系统、精确的电极和目标的几何信息；②动态电阻抗断层成像，以人体内部电导率的分布变化为成像目标，由于使用测量数据的差值成像，减少了测量的系统误差，使该技术相对容易实现（目前使用最多）；③多频电阻抗断层成像，以人体内部不同频率点的电导率分布变化为成像目标。电阻抗断层成像技术除了肺功能检测，电阻抗断层成像技术主要用于乳腺癌成像、腹部脏器功能成像、肺部呼吸功能成像、脑部功能成像，监测功能变化，以及指导诊断和治疗。以心血管系统为例，电阻抗断层成像技术可用于血流分布的测量和监护；中枢神经系统，可针对脑室出血等情况进行监护；呼吸系统，可监测肺水肿、肺功能；消化系统，可用于胃功能监护；其他领域，如肿瘤诊断、骨折愈合检测等。肺阻抗断层成像技术概述许多疾病在解剖结构改变之前，就已出现代谢功能上的变化。常规的肺部影像学检查存在局限性，肺电阻抗断层成像是一种新型肺功能监测技术，可以观察到肺容量的局部变化，早期发现肺功能改变，并指导呼吸治疗，而且肺电阻抗成像可以连续监测，具有无创、无辐射的优点。肺阻抗断层成像技术优势肺电阻抗断层成像属于生物电阻抗成像的一种，可以实时监测患者肺部通气状态，以动态图像形式反映患者肺部的通气状况（图1）。肺阻抗断层成像技术肺阻抗断层成像技术正常肺部通气主要分为三个域：过度通气区、中心通气区和肺不张区。过度通气区和肺不张区气体交换很少，这些区域对患者很重要，尤其在病理情况下，这些区域会发生变化，但一般的影像学检查并没有阳性结果。肺电阻抗断层成像技术则可以检查到过度通气区、中心通气区和肺不张区，能够判断患者肺部功变化，指导治疗。如图2所示，上方过度通气区域达6%，下方肺不张区域为19%，均不能进行有效的气体交换。肺阻抗断层成像技术肺阻抗断层成像技术临床应用肺电阻抗断层成像技术临床上主要用于指导呼吸机设置、最佳呼气末正压（PEEP）设定、评估肺复张效果、评估自主呼吸、评估吸痰、胸部理疗、调整患者体位。下文将围绕临床应用各领域的研究，逐一介绍。肺阻抗断层成像技术指导呼吸机设置一项于2016年发表在JournalofIntensiveCare的文章告诉我们，与同步间歇指令（SIMV）+压力支持（PS）呼吸模式相比，神经调节辅助通气（NAVA）模式通过获取的膈肌电信号作为呼吸机吸气触发、吸呼气切换及辅助水平的基础，因此产生与呼吸道压力或流量变化触发机械通气不同的特点，由此可以增加患者的有效通气量。肺阻抗断层成像技术可见，肺电阻抗断层成像可以指导呼吸机参数的设置，改善患者预后。目前，已经研发出将肺电阻抗断层成像整合到呼吸机的设备，使肺电阻抗断层成像指导呼吸机参数设定更便捷。肺阻抗断层成像技术最佳PEEP值设定

PEEP如何设置到最佳，一直是呼吸管理的难点。PatrickDavies等人于2019年发表在SciRep的研究告诉我们，通过肺电阻抗断层成像结果滴定PEEP数值，使患者获得最大的有效通气量。肺阻抗断层成像技术肺电阻抗断层成像还可以用于急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者PEEP设定。ARDS患者肺的通气异质性通常与损伤机制的存在有关，如小气道和肺泡的塌陷和循环开放肺不张，以及肺过度扩张，临床医生可以通过肺电阻抗断层成像估计不同PEEP对肺不张和肺过度通气的治疗效果。肺阻抗断层成像技术评估肺复张效果张野教授等人于2018年发表在《中华麻醉学杂志》、题为“肺复张对腹腔镜胆囊切除术后早期肺通气的影响：电阻抗成像法评价”的研究中，探讨了肺电阻抗断层成像法评价肺复张对腹腔镜胆囊切除术后早期肺通气的影响，结果表明，肺复张可缓解腹腔镜胆囊切除术后早期肺局部中心通气下降。肺阻抗断层成像技术评估自主呼吸一项于2019年发表在AnnIntensiveCare的研究，旨在比较第一次自主呼吸试验和肺电阻抗断层成像技术预测拔管成功率。研究者利用肺电阻抗断层成像技术通过呼气末阻抗监测，评价肺不张和非均匀性，预测患者能否成功拔管。肺阻抗断层成像技术量化肺水肿肺电阻抗断层成像可以对患者肺水肿情况进行量化。在一项于2016年发表在CritCare的研究中，研究者通过肺电阻抗断层成像比较基线和急性肺损伤期间的肺水比，量化肺水肿肺阻抗断层成像技术评估吸痰利用肺电阻抗断层成像可以评价不同吸痰管对通气的影响，图3是一种封闭式带活瓣吸痰管，图4阴影区域显示不同导管吸痰期间电阻抗的变化，由图可知，带活瓣的吸痰管对肺通气影响更小。肺阻抗断层成像技术肺阻抗断层成像技术肺阻抗断层成像技术胸部理疗我们来看一项于2019年发表在SciRep的研究，在胸部理疗过程中可以依据肺电阻抗断层成像结果调整治疗方案。儿科重症应用肺电阻抗断层成像可以用于儿科重症患者的监测，如哮喘时肺功能评估、指导呼吸机撤机、顺序性肺叶隔离、靶向物理治疗、胸腔积液评估、PEEP优化等，并指导治疗。肺电阻抗断层成像与围术期肺保护安徽医科大学第二附属医院张野教授团队围绕“肺电阻抗断层成像与围术期肺保护”开展了多项研究。张野教授等人于2018年发表在《中华麻醉学杂志》、题为“肺复张对腹腔镜胆囊切除术后早期肺通气的影响：电阻抗成像法评价”的研究表明，肺复张可缓解腹腔镜胆囊切除术后早期肺局部中心通气下降，但对肺不张和低通气无改善作用；肺电阻抗断层成像与围