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EIT在ARDS患者中的临床应用|今日技能

2024-09-28作者：论坛报小璐资讯

非原创

一、EIT技术原理简介

概念

电阻抗成像（electrical impedance tomography，EIT）通过在人体表面放置的电极注入微弱安全电流和测量表面电压，并利用相应的成像算法获得人体内部的电阻抗变化分布情况，以此来反映与之相关的生理病理信息。EIT是唯一床旁、非侵入、无放射、实时、连续动态监测全局和局部肺功能的技术，可以成为传统影像设备的有效补充或替代方案。

技术发展史

1978年，美国Henderson和Webster教授首次提出临床上使用EIT监测肺通气。1987年，英国Sheffield大学Barber和Brown等建立了第一个完整的DMS-Mark Ⅰ System。1995年，英国Sheffield大学Brown和Smith等建立了能够用于人体研究的Mark Ⅱ系统。1999年,开始研究三维EIT图像。2010年,Draeger推出第一款用于临床的产品,获得了欧洲认证。2010年后,多家企业也陆续推出通过注册认证的EIT产品。

人体组织符合电场特性，不同组织间存在较大的阻抗差异，同一组织在不同生理状态下阻抗值也不相同。当生物组织发生病变时，与正常时的阻抗区分明显。因此，为EIT的应用提供了理论基础。生物组织阻抗特性与频率有关，不同的测量频率下阻抗特性各异。一般认为，人体安全电压是36 V，人体安全电流是10 mA。图1是肺的成像模式图，蓝色表示肺的通气良好；红色代表的是肺的血流信号，提示肺血流灌注较好。

图1 肺的EIT图像

图2胸部CT可见左下肺明显不张，EIT图像表现为4区亮度减弱，提示该区域肺通气不良。图3胸部CT可见左侧肺动脉血栓，导致肺部血流灌注不足，EIT图像表现为左肺血流灌注下降。

图2 肺不张情况下EIT图像

图3 肺部存在血栓情况下EIT图像

二、EIT在ARDS患者中的临床应用

以经典的ARDS为例，肺容积小且顺应性差，肺内改变不均一，肺损伤主要表现为容积伤、气压伤、生物伤以及萎陷伤（不张伤）。既往治疗常通过小潮气量通气、滴定最佳PEEP、控制平台压＜30 cmH₂O、控制驱动压＜15 cmH₂O等方法来降低肺损伤，或者通过食道压测量跨肺压滴定最佳PEEP。无论哪种方法，提供的都是一种思路，患者肺内情况究竟如何一直无法进行直观的观察。EIT应用的初衷就是希望通过成熟的电学成像技术打开这一盲区，实现个体化呼吸系统管理和精细化肺保护。

随着危重症患者管理的精细化，重症患者的全程肺保护性管理越来越受到重视，人们开始注意到肺损伤本身是一种恶性循环的机制，当损伤发生，肺泡-毛细血管屏障受到破坏，液体渗出，肺水肿加重，气体交换障碍，导致患者低氧，在这样的状态下，患者呼吸驱动加强，跨肺压增大，气体摆动加剧，肺泡受到的剪切伤导致肺损伤进一步加重。因此，如何避免肺损伤成为医学上重要的问题。

EIT在ARDS患者不同病程阶段都有应用，包括通过EIT监测各种呼吸支持治疗的影响、指导个体化通气设置、滴定最佳PEEP、早期发现并发症等（图4）。

图4 EIT在ARDS中的应用

EIT指导呼吸支持方式的选择及监测通气效果

图5所示同一患者在使用经鼻高流量氧疗时，1区（右肺）通气不良，更换为无创通气（NIV）后，患者通气状况改善。

图5 EIT指导呼吸支持方式的选择

注：上图为HFNC，下图为NIV。图源：Dr. BaldassareFerro,Italia

通过EIT发现：早期俯卧位有利于通气均一性的改善，降低肺损伤发生风险（图6）。

图6 EIT监测俯卧位通气效果

注：Ref为仰卧位；C为俯卧位。

气胸发生前预警和识别呼吸钟摆现象

在ARDS发生过程中，无论是肺基础疾病，还是进行肺复张，由于自主呼吸过强导致跨肺压增加，可能都会有气胸的风险。由于肺气肿和肺大疱的部分顺应性较差，因此与顺应性更好的健康肺区相比，组织时间常数增大，充盈在呼吸周期中发生得较晚，计算不同肺区充盈的区域延迟与整体信号的对比发现，与其他肺区相比，受影响的肺区在气胸发生前1 min出现明显的通气延迟。如图7所示，当第72 s发生单侧气胸，检测到单个肺象限的RVD（区域通气延迟）变化时，提示有气胸风险，临床医生可以考虑采取预防措施，防止气胸发生，例如改变体位或减少潮气量。图7D中蓝色表示气胸区域通气延迟，红色表示胸腔内通气区域通气提前。由此可见，EIT对气胸的发生有预警作用。

图7 发生单侧气胸时的EIT成像

气胸发生后可以观察到患者右肺腹侧的通气提前，且血流灌注减弱。

如果EIT监测到患者背侧的塌陷区域向腹侧移动的过程，可能提示呼吸钟摆现象。

最佳PEEP滴定

2021年发表在Respir Med杂志的一项研究，将PEEPP从6 cmH₂O有规律地增加到8、10、12、14 cmH₂O，发现呼气末肺电阻抗（EELI）也随之增加。如果肺复张后EELI下降超过10%（ΔEELI＞10%），则认为PEEP水平不足，需要增加PEEP，直至EELI保持稳定。研究发现,当PEEPP为10 cmH₂O时患者获益最佳,如果继续增加PEEP,可能有发生气胸的风险。

整体不均一指数（global inhomogeneity index，GI指数）是指通过EIT计算的各像素点潮气阻抗变化值离散程度，用于反映区域肺通气的不均匀性。通过最小GI法测出的最佳PEEP为14 cmH₂O（图8），而采用最佳顺应性法测出的最佳PEEP也为14 cmH₂O（图9），可见GI在指导PEEP滴定方面是非常精准的，有较高的临床应用价值。

图8 通过最小GI法测得的最佳PEEP

图9 通过最佳顺应性法测得的最佳PEEP

区域通气延迟/通气的时间异质性（regional ventilation delay，RVD）指在恒定气体流量的缓慢充气过程中，测量区域和全局阻抗变化达到各自阻抗变化最大值的40%的时间差，与总吸气时间相比，用于显示区域变化的时间常数，即通气的时间异质性。正常情况下，肺泡扩张，“阻抗-时间”曲线直线上升，对于顺应性好的区域，充气快，阻抗变化大，呈“凸型”；顺应性差的区域充气慢，阻抗变化小，呈“凹型”（图10）。

图10 阻抗-时间曲线变化

注：A为腹侧，B为背侧。

PEEP递减，对区域通气延迟不均匀性（RVDI）进行测量；PEEP在20 cmH₂O以下，RVDI逐渐增加（图11箭头），这表明潮汐复张也增加了，20 cmH₂O的PEEP可能与最小潮汐复张有关。基于EIT的“单独优化PEEP”水平是防止RVDI逐渐增加的最小PEEP水平，选择区域通气延迟最低的值作为最优PEEP值，结果显示出较好的结果。

图11 RVDI指导PEEP滴定

将EIT测得结果与"金标准"CT测定的潮汐复张量进行对比，发现两者具有良好的相关性。另外，RVD也可以用于评估参数合理性。如图12所示，相比于A图，B图中出现了通气（时间）延迟，可能是出现了肺泡潮汐开放（陷闭-开放），提示参数设置不合理，需要进行调整。

图12 RVD评估参数合理性

此外，过度扩张率和肺泡塌陷指数也可指导PEEP滴定。分别在高PEEP和低PEEP情况下，通过肺泡的过度扩张率和塌陷指数的相交点，升PEEP曲线交点作为开放压，降PEEP曲线交点作为维持压，以此指导参数的设定。图13所示，患者在不同PEEP水平下（20、18、16、14、12 cmH₂O），橙色代表过度扩张率，白色代表肺泡塌陷率，取两条曲线的相交点作为PEEP的最佳选择点。

图13 过度扩张率和肺泡塌陷指数滴定PEEP

多项研究显示，与基于压力-容积曲线拐点上方2 cmH₂O、基于PEEP/FiO₂表以及基于压力-容积曲线的PEEP滴定相比，EIT指导下的PEEP滴定在降低住院死亡率、缩短机械通气时间、提高患者依从性方面更具优势。

对ARDS治疗效果的评估

EIT可用于评估治疗方案对呼气末肺泡塌陷的影响。研究显示，患者吸痰时，断开管路，呼气末阻抗曲线骤然下降。基线阻抗增加，反映的是呼气末肺容积增加。这样的曲线变化可用于指导肺复张和PEEP调节。

EIT用于胸部物理治疗的评估。ARDS患者充分及时的胸部物理治疗有利于及时排除分泌物，改善通气，控制感染。通过EIT图像可以直观看到患者在拍背吸痰前，肺的通气不均一。在拍背吸痰后，肺的通气更加均一（图14）。

图14 胸部物理治疗前后ARDS患者EIT图像

注：左图为拍背吸痰前。右图为拍背吸痰后。

EIT还可评估肺复张的治疗效果。如图15所示，患者左肺通气不良明显，伴有血流信号降低。增加PEEP以后，肺复张明显。血流灌注改善可能与肺血管阻力改善有关，但仍需进一步研究。这也提示：PEEP的调节既能改变通气分布，也能改变肺部血流灌注，综合影响肺换气的结局。

图15 EIT评估肺复张疗效

一例重度ARDS患者，VV-ECMO支持，肺复张反应差。仰卧位时PEEP为6 cmH₂O，俯卧位时PEEP为16 cmH₂O。将PEEP从6cmH₂O增加到16 cmH₂O，对背侧塌陷改善的比例：3区18%增大到25%，4区6%增大到8%。从趋势视图差分图像上可以观察到，背侧通气增多的蓝色图像很少，而腹侧因过度膨胀比例增大，通气反而减少了很多（图16）。所以此类患者不建议采用高PEEP进行肺复张。