肺電阻抗斷層成像與圍術(shù)肺保護(hù)

肺電阻抗斷層成像與圍術(shù)期保護(hù)副標(biāo)題前言常規(guī)的肺部影像學(xué)檢查，如胸片、CT、核磁共振等，只能檢測肺部正常結(jié)構(gòu)和異常病變，在病變沒有引起肺結(jié)構(gòu)改變之前的功能變化，就無法觀察。臨床常用的肺功能檢查是對人體呼吸系統(tǒng)生理功能狀態(tài)所進(jìn)行的客觀、定量的評價(jià)，但是檢查過程中需要患者配合操作者口令，及時(shí)做出呼氣和吸氣的動作，存在一定的局限性。生物電阻抗技術(shù)1791年，意大利解剖學(xué)家加伐尼（L.Galvani）發(fā)現(xiàn)，蛙腿肌肉置于鐵板上再用銅鉤鉤住蛙的神經(jīng)，當(dāng)銅鉤與鐵板接觸時(shí)肌肉就會發(fā)生收縮，由此發(fā)現(xiàn)生物電現(xiàn)象，并提出生物電理論。生物組織由細(xì)胞和細(xì)胞間質(zhì)組成，細(xì)胞間質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)具有電解液特性，細(xì)胞膜是具有低漏電特性的絕緣膜。細(xì)胞間質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)可等效為一定阻值的電阻，細(xì)胞膜可以看作容性成份。因此，生物組織具有電學(xué)性質(zhì)，即生物組織電特性。生物電阻抗技術(shù)生物電阻抗技術(shù)就是利用生物組織與器官的電特性及其變化規(guī)律提取與人體生理、病理狀況相關(guān)的生物醫(yī)學(xué)信息的檢測技術(shù)。通過體表的電極向人體輸入電流、電壓或電磁場，然后檢測相應(yīng)變化獲取相關(guān)的信息，從而得到相關(guān)組織或器官的電阻抗變化，并將這些變化重建，形成圖像。生物電阻抗技術(shù)目前，生物電阻抗技術(shù)的開發(fā)與研究主要包括生物電阻抗血流圖（Bioimpedancerheohepatogram）、生物電阻抗測量（Bioimpedancemeasurement）、生物組織阻抗頻譜特性（Bioimpedancespectroscopy）和生物電阻抗成像（Electricalimpedanceimaging）。1978年，Henderson等人首先提出了生物電阻抗成像的概念，設(shè)計(jì)并制造了一個(gè)阻抗采集設(shè)備獲得世界上第一個(gè)胸部的電阻抗圖像，當(dāng)時(shí)的采集速度為每秒32幀。電阻抗斷層成像技術(shù)生物電阻抗技術(shù)有很多種，斷層成像是其中的一種。斷層成像通過對被測物體施加電流，并檢測其邊界值的變化，利用特定數(shù)學(xué)手段逆推被測物體內(nèi)部的電特性參數(shù)分布，從而得到物體內(nèi)部的分布情況。電阻抗斷層成像技術(shù)電阻抗斷層成像技術(shù)（EIT）是在人體表面電極上施加一微弱的電流，并測得其他電極上的電壓值，根據(jù)電壓與電流之間的關(guān)系重構(gòu)出人體內(nèi)部電阻抗值或者電阻抗的變化值，來檢測電阻抗。電阻抗斷層成像的原理是通過配置于人體體表外周的電極陣列，外加一微小測量電流，提取信息，重構(gòu)出截面電阻特性的圖像。體內(nèi)多種組織類型之間存在很大的電阻率差異，可以用電阻率來形成解剖圖像。電阻抗斷層成像技術(shù)電阻抗斷層成像技術(shù)有三種成像類型：①靜態(tài)電阻抗斷層成像，以人體內(nèi)部電導(dǎo)率的絕對分布為成像目標(biāo)，需要高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、精確的電極和目標(biāo)的幾何信息；②動態(tài)電阻抗斷層成像，以人體內(nèi)部電導(dǎo)率的分布變化為成像目標(biāo)，由于使用測量數(shù)據(jù)的差值成像，減少了測量的系統(tǒng)誤差，使該技術(shù)相對容易實(shí)現(xiàn)（目前使用最多）；③多頻電阻抗斷層成像，以人體內(nèi)部不同頻率點(diǎn)的電導(dǎo)率分布變化為成像目標(biāo)。電阻抗斷層成像技術(shù)除了肺功能檢測，電阻抗斷層成像技術(shù)主要用于乳腺癌成像、腹部臟器功能成像、肺部呼吸功能成像、腦部功能成像，監(jiān)測功能變化，以及指導(dǎo)診斷和治療。以心血管系統(tǒng)為例，電阻抗斷層成像技術(shù)可用于血流分布的測量和監(jiān)護(hù)；中樞神經(jīng)系統(tǒng)，可針對腦室出血等情況進(jìn)行監(jiān)護(hù)；呼吸系統(tǒng)，可監(jiān)測肺水腫、肺功能；消化系統(tǒng)，可用于胃功能監(jiān)護(hù)；其他領(lǐng)域，如腫瘤診斷、骨折愈合檢測等。肺阻抗斷層成像技術(shù)概述許多疾病在解剖結(jié)構(gòu)改變之前，就已出現(xiàn)代謝功能上的變化。常規(guī)的肺部影像學(xué)檢查存在局限性，肺電阻抗斷層成像是一種新型肺功能監(jiān)測技術(shù)，可以觀察到肺容量的局部變化，早期發(fā)現(xiàn)肺功能改變，并指導(dǎo)呼吸治療，而且肺電阻抗成像可以連續(xù)監(jiān)測，具有無創(chuàng)、無輻射的優(yōu)點(diǎn)。肺阻抗斷層成像技術(shù)優(yōu)勢肺電阻抗斷層成像屬于生物電阻抗成像的一種，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測患者肺部通氣狀態(tài)，以動態(tài)圖像形式反映患者肺部的通氣狀況（圖1）。肺阻抗斷層成像技術(shù)肺阻抗斷層成像技術(shù)正常肺部通氣主要分為三個(gè)域：過度通氣區(qū)、中心通氣區(qū)和肺不張區(qū)。過度通氣區(qū)和肺不張區(qū)氣體交換很少，這些區(qū)域?qū)颊吆苤匾?，尤其在病理情況下，這些區(qū)域會發(fā)生變化，但一般的影像學(xué)檢查并沒有陽性結(jié)果。肺電阻抗斷層成像技術(shù)則可以檢查到過度通氣區(qū)、中心通氣區(qū)和肺不張區(qū)，能夠判斷患者肺部功變化，指導(dǎo)治療。如圖2所示，上方過度通氣區(qū)域達(dá)6%，下方肺不張區(qū)域?yàn)?9%，均不能進(jìn)行有效的氣體交換。肺阻抗斷層成像技術(shù)肺阻抗斷層成像技術(shù)臨床應(yīng)用肺電阻抗斷層成像技術(shù)臨床上主要用于指導(dǎo)呼吸機(jī)設(shè)置、最佳呼氣末正壓（PEEP）設(shè)定、評估肺復(fù)張效果、評估自主呼吸、評估吸痰、胸部理療、調(diào)整患者體位。下文將圍繞臨床應(yīng)用各領(lǐng)域的研究，逐一介紹。肺阻抗斷層成像技術(shù)指導(dǎo)呼吸機(jī)設(shè)置一項(xiàng)于2016年發(fā)表在JournalofIntensiveCare的文章告訴我們，與同步間歇指令（SIMV）+壓力支持（PS）呼吸模式相比，神經(jīng)調(diào)節(jié)輔助通氣（NAVA）模式通過獲取的膈肌電信號作為呼吸機(jī)吸氣觸發(fā)、吸呼氣切換及輔助水平的基礎(chǔ)，因此產(chǎn)生與呼吸道壓力或流量變化觸發(fā)機(jī)械通氣不同的特點(diǎn)，由此可以增加患者的有效通氣量。肺阻抗斷層成像技術(shù)可見，肺電阻抗斷層成像可以指導(dǎo)呼吸機(jī)參數(shù)的設(shè)置，改善患者預(yù)后。目前，已經(jīng)研發(fā)出將肺電阻抗斷層成像整合到呼吸機(jī)的設(shè)備，使肺電阻抗斷層成像指導(dǎo)呼吸機(jī)參數(shù)設(shè)定更便捷。肺阻抗斷層成像技術(shù)最佳PEEP值設(shè)定

PEEP如何設(shè)置到最佳，一直是呼吸管理的難點(diǎn)。PatrickDavies等人于2019年發(fā)表在SciRep的研究告訴我們，通過肺電阻抗斷層成像結(jié)果滴定PEEP數(shù)值，使患者獲得最大的有效通氣量。肺阻抗斷層成像技術(shù)肺電阻抗斷層成像還可以用于急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）患者PEEP設(shè)定。ARDS患者肺的通氣異質(zhì)性通常與損傷機(jī)制的存在有關(guān)，如小氣道和肺泡的塌陷和循環(huán)開放肺不張，以及肺過度擴(kuò)張，臨床醫(yī)生可以通過肺電阻抗斷層成像估計(jì)不同PEEP對肺不張和肺過度通氣的治療效果。肺阻抗斷層成像技術(shù)評估肺復(fù)張效果張野教授等人于2018年發(fā)表在《中華麻醉學(xué)雜志》、題為“肺復(fù)張對腹腔鏡膽囊切除術(shù)后早期肺通氣的影響：電阻抗成像法評價(jià)”的研究中，探討了肺電阻抗斷層成像法評價(jià)肺復(fù)張對腹腔鏡膽囊切除術(shù)后早期肺通氣的影響，結(jié)果表明，肺復(fù)張可緩解腹腔鏡膽囊切除術(shù)后早期肺局部中心通氣下降。肺阻抗斷層成像技術(shù)評估自主呼吸一項(xiàng)于2019年發(fā)表在AnnIntensiveCare的研究，旨在比較第一次自主呼吸試驗(yàn)和肺電阻抗斷層成像技術(shù)預(yù)測拔管成功率。研究者利用肺電阻抗斷層成像技術(shù)通過呼氣末阻抗監(jiān)測，評價(jià)肺不張和非均勻性，預(yù)測患者能否成功拔管。肺阻抗斷層成像技術(shù)量化肺水腫肺電阻抗斷層成像可以對患者肺水腫情況進(jìn)行量化。在一項(xiàng)于2016年發(fā)表在CritCare的研究中，研究者通過肺電阻抗斷層成像比較基線和急性肺損傷期間的肺水比，量化肺水腫肺阻抗斷層成像技術(shù)評估吸痰利用肺電阻抗斷層成像可以評價(jià)不同吸痰管對通氣的影響，圖3是一種封閉式帶活瓣吸痰管，圖4陰影區(qū)域顯示不同導(dǎo)管吸痰期間電阻抗的變化，由圖可知，帶活瓣的吸痰管對肺通氣影響更小。肺阻抗斷層成像技術(shù)肺阻抗斷層成像技術(shù)肺阻抗斷層成像技術(shù)胸部理療我們來看一項(xiàng)于2019年發(fā)表在SciRep的研究，在胸部理療過程中可以依據(jù)肺電阻抗斷層成像結(jié)果調(diào)整治療方案。兒科重癥應(yīng)用肺電阻抗斷層成像可以用于兒科重癥患者的監(jiān)測，如哮喘時(shí)肺功能評估、指導(dǎo)呼吸機(jī)撤機(jī)、順序性肺葉隔離、靶向物理治療、胸腔積液評估、PEEP優(yōu)化等，并指導(dǎo)治療。肺電阻抗斷層成像與圍術(shù)期肺保護(hù)安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院張野教授團(tuán)隊(duì)圍繞“肺電阻抗斷層成像與圍術(shù)期肺保護(hù)”開展了多項(xiàng)研究。張野教授等人于2018年發(fā)表在《中華麻醉學(xué)雜志》、題為“肺復(fù)張對腹腔鏡膽囊切除術(shù)后早期肺通氣的影響：電阻抗成像法評價(jià)”的研究表明，肺復(fù)張可緩解腹腔鏡膽囊切除術(shù)后早期肺局部中心通氣下降，但對肺不張和低通氣無改善作用；肺電阻抗斷層成像與圍