摘要

呼吸康复是为合并呼吸功能障碍的各类疾病患者开展的综合性、个体化干预措施，目前已得到临床医护人员的重视和开展。但在实施呼吸康复治疗过程中，缺少可实时观察肺通气功能的设备和手段，同时可直接指导物理治疗师精准治疗的方法也有待改进。电阻抗断层成像技术（EIT）作为一种全新的医学成像技术，能够实时监测肺部通气状况，正从基础研究转化到临床应用中，在呼吸系统疾病，尤其在重症患者呼吸康复管理方面应用广泛，但呼吸康复指导和效果评价方面的报道较少。本文就此领域作一综述，以期为呼吸康复领域的临床研究和进一步完善个体化治疗提供更多思路。

随着呼吸康复学科的发展，其临床应用需求和范围不断增加，但在实施过程中缺少可实时观察肺通气功能的检测设备，难以实现动态评估和实时指导呼吸康复［1］。电阻抗断层成像技术（electrical impedance tomography，EIT）作为床旁医学成像检测技术的一个新方向［2］，能够实现组织通气及血液灌注的实时动态监测。目前EIT在呼吸系统疾病，尤其是重症患者呼吸康复管理方面具有重要价值［3, 4］。本文主要对EIT在呼吸康复中的呼吸功能评估、体位管理、气道廓清、早期活动、呼吸肌训练以及效果评价等方面应用进行论述，以期促进EIT在新领域的深入研究。

一、呼吸康复概述

呼吸康复是基于全面评估，制定并实施个体化综合干预措施，以改善慢性呼吸系统疾病患者身心健康，促进其长期坚持健康行为［5］。主要包括患者评估、呼吸康复干预和协作式自我管理。评估内容包括基本健康状况、呼吸功能、运动能力、日常生活活动能力和健康相关生活质量［6］。呼吸康复干预主要有运动训练、呼吸功能训练、气道廓清技术等。其中运动训练包括有氧训练和抗阻训练，呼吸功能训练包括呼吸模式调整及呼吸肌力量训练［7, 8］。

二、呼吸康复在实施中面临的困难

1. 缺乏呼吸功能实时、精准客观的评估：呼吸康复实施过程中需要选择精准、最佳的呼吸功能评估方法及手段，以解决患者个体化且不断变化的康复需求。除了依赖视、触、叩、听在内的传统临床检查，最新国际指南还提出应使用更精准、易操作、客观的评估手段和工具［9］。临床中常用的客观评估手段有肺功能、放射影像学和超声。精准肺功能检测仅在医院肺功能室开展，需受试者高度配合规定的呼吸动作，不适合对呼吸康复患者的床旁监测［10］。适合床旁肺容量测量的氦气或氮气稀释法，无法反映肺某个区域的容量变化，且无法定位病变位置与分布信息。肺区域性通气功能评估的CT扫描，虽然能够获得整个肺脏的空气容量和分布情况，但为静态成像，难以实现实时、动态评估，且有较大辐射暴露。超声检查难以达到实时精准监测和评估的需求，且对操作者熟练程度要求较高。

2. 无法精准实施个体化体位管理：指南推荐除非有禁忌证，接受有创机械通气患者床头抬高30°~45°，以预防误吸，并有利于改善呼气末肺容量（end-expiratory lung volume，EELV），从而改善功能残气量（functional residual capacity，FRC）［11］。随着重症康复发展和受认可度的提高，早期活动和体位改变已经成为重症患者救治过程中至关重要的一部分，更多相关研究和更高等级证据支持体位改变可带来获益和积极影响［12, 13］。但在临床实践中缺乏根据不同患者的肺通气情况制定个体化治疗性体位管理策略［14, 15］。

3. 实施气道廓清技术时缺乏直观指导及评效：气道廓清技术实施过程中缺乏直观、有效地评估分泌物清除情况，达到监测治疗效果，指导技术调整的手段。比如较为先进的机械性吸-呼技术（mechanical insufflator-exsufflator，MI-E）通过模拟人咳嗽过程，吸气时提供正压使肺脏最大限度扩张，随后气道压力转为负压，松动并引流出分泌物［16］。临床上对MIE参数（吸气压、呼气压、吸气时间、呼气时间、暂停时间）滴定的方法均为主观判断，例如吸气压的滴定根据设定的压力下患者胸廓出现起伏即判定为适合压力。因此需要能观察到患者在操作过程中气道流速的实际变化情况以及吸气相肺部通气的均一性，个性化滴定MI-E参数［17］。

三、EIT的基本原理和在呼吸康复中应用的理论基础

1. EIT的基本原理：EIT在环绕人体胸部（常为第4与5肋间）的体表安放电极阵列（16或32个电极），向人体胸部激励安全电流的同时，测量相应的体表电压，EIT测量如图1所示，通过置于胸前的电极带注入电流，测量相应的电压重建胸腔内电阻抗分布情况，并显示相应的图像数据。相邻电极注入电流（深蓝和深黄电极为电流发射接收电极）后，测量范围内的电压分布情况（图1左下方），测量范围内的电压分布随之发生变化，重建后的电阻抗分布通过伪彩色示意（图1右下方）。EIT依据人体内同一组织在不同病生理状态下阻抗值的不同以测量人体器官生理以及病理的变化，肺泡塌陷、气体陷闭时电阻抗与健康肺泡不同［18］。

图1 电阻抗断层成像技术（EIT）测量示意图

2. EIT的图像和数据分析：临床实际应用中，通常会把EIT潮气图像划分为4个定制感兴趣区（region of interest，ROI），其中ROI1~ROI2为非重力依赖区，ROI3~ROI4为重力依赖区。当体位变化时，重力依赖区的分区标准也会发生相应的变化。另外EIT可以有效结合呼吸生理学对某些通气指标和局部呼吸力学的特征进行量化，如描述通气空间分布的通气不均一指数（global inhomogeneity，GI）［19］，反映区域通气的异质性；通气中心（center of ventilation，COV）［20］，可以有效量化腹背侧垂直方向上的通气变化分布。除此之外，EIT图像时间分辨率高，还可用于衡量通气时间上的分布特征，如基于局部滞后特性而衍生的通气延迟区域（regional ventilation delay，RVD）［21］；因为电阻抗变化与肺容积变化高度相关，呼气末肺阻抗（end-expiratory lung impedance，EELI）和潮气阻抗变化值（tidal impedance variation，TIV）［22］可用于评估EELV和潮气量的变化。上述指标对临床疾病的辅助诊断和设定康复治疗时机创造了有利条件。

3. EIT在呼吸康复中应用的理论基础：EIT能获得呼吸系统的功能分布信息，是实时监测通气效果的有效技术。为了证实EIT适用于临床，各研究组把EIT的结果和其他的测量方式验证比对，具有高度的一致性和相关性［23, 24］。而EIT测量本身在不同的时间和状态下有着良好的可重复性［25］。EIT测量对人体无创、无电离和辐射危险、操作简便、适合连续的床旁动态监测。另外EIT检测费用低，适用于广泛的医疗普查。这些都是目前其他影像学成像技术难以比拟的优势，也是其在呼吸康复中应用的基础。

四、EIT在呼吸康复中的应用

（一）EIT在患者评估中的应用

EIT可以对患者肺部通气功能起到很好的监测作用，从而达到精准呼吸康复呼吸功能评估。比如EIT应用于机械通气患者，结合潮气量和驱动压的变化，计算区域顺应性变化，推算肺过度膨胀的程度，如图2所示，左为低呼吸支持压力时的潮气通气图；中为呼吸支持压力升高后的潮气通气图，浅蓝色区域为通气良好区域；右为潮气通气差值图，显示压力升高后出现通气减少（橙色部分），可判读为过度膨胀。呼吸系统疾病如炎症会导致肺顺应性变差、肺纤维化等限制性病变使得原本正常的潮气量变得过大，产生较大的跨肺压，对肺部造成容积伤和气压伤。而过度膨胀的区域气体交换量减少，功能残气量增加，这些异常通气状况都可以通过EIT作出相应的判断。笔者团队总结了肺炎患者治疗前、后的通气对比，确认EIT是一个监测肺通气功能变化的有效工具［26］。Liu等［27］通过计算呼吸末气体所在区域和潮气通气区域的差值，来判断过度膨胀的区域。当患者因为气道阻塞而引起气体潴留时，可以通过监测呼吸末气流来判断肺过度膨胀区域［28］。呼吸支持的压力过高，或者潮气量过大，都会引起肺过度膨胀，通过对EIT数据的分析，可以进一步分析出具体原因［29］。EIT能实时发现及评估因肺过度膨胀或者患者自身原因导致的气胸［30, 31］。Miedema等［32］用EIT监测机械通气患儿通气情况，发现无论是在高频通气还是自主呼吸时，EIT可以实时地捕捉到气胸的出现和对治疗的变化。除此之外，近期发表的相关研究表明EIT可以观察到微创手术后患者是否能迅速恢复通气功能［33］。

图2 电阻抗断层成像技术（EIT）技术判断过度膨胀示意图

（二）EIT在呼吸康复干预中的应用

1. EIT在体位管理中的应用：体位管理是指利用体位改变或者头抬高的角度，对肺通气分布产生影响。EIT可以实时监测体位对肺通气分布的影响，以便判断体位管理的效果［34］，EIT作为床旁实时通气监测工具，对最佳体位的选择以及体位对通气改善的效果评估起到了关键性的作用。其中最有价值的是观测俯卧位改善通气血流比［35］。有学者通过EIT证实俯卧位通气能改善机械通气患者背侧肺泡顺应性，并改善通气血流比［36］，新型冠状病毒感染患者俯卧位通气得到较好的实践验证［37］。Yuan等［38］的前瞻性研究发现通过EIT指导下腹部手术后患者采用头低脚高体位可以改善背侧肺容积。

2. EIT在气道廓清中的应用：气道内吸引有利于堵塞气道的痰液排出，尽管对有创机械通气患者的通气改善至关重要，但若负压太小，无法将痰液吸出，若太大，又可能导致肺泡塌陷，目前负压的设置以及效果评估多数是根据吸出的痰液多少以及患者的反应［39］。对于婴幼儿患者效果评价手段就更少了。Ringer等［40］通过EIT观测到两种吸痰方式吸痰后肺内通气变化，发现两种方式对肺容积的影响相当，可以根据患儿具体情况选择合适的方式。高频胸壁振荡（high frequency chest wall oscillation，HFCWO）是通过对病变肺段处胸壁施加温和、高频压力时上肢的持续共同收缩传递产生振动力。Longhini等［22］采用EIT观察气道高分泌的有创机械通气患者时发现，HFCWO不仅可以改善背侧区域肺通气，还可以显著提高EELI。王玉光等［41］研究发现EIT不但能够帮助定位病灶区域，还能够指导患者在HFCWO时结合体位改变来改善中重度急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）患者肺重力依赖区的肺通气状况及氧合状况。EIT还可应用于指导和评价支气管肺泡灌洗（bronchoalveolar lavage，BAL），治疗效果评估。Akhavan等［42］在对ICU一例肺栓塞合并肺炎患者进行BAL时发现，使用EIT可以无创监测、实时评估患者肺部通气状况变化以达到精准治疗的目的，对缩短机械通气时间和ICU住院时长，提高患者存活率有益。但也有学者通过EIT发现BAL对部分ARDS患者肺部通气功能评估可能存在负面影响：氧合指数≥200 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）患者会出现部分区域肺塌陷，且肺静态顺应性显著降低；但氧合指数<200 mmHg的中重度ARDS患者BAL的影响较小［43］。结论提示BAL的效果可能与病情严重程度相关，需要依靠EIT实时提供信息以调整灌洗后的治疗方案。个体化的MI-E设置治疗方案对患者的预后可能有着重要的影响，MI-E操作时Shanc1推荐选择吸气-呼气压力±40 cmH₂O（1 cmH₂O=0.098 kPa），Shanc1认为是最舒适和最有效的。然而，临床实践发现，部分接受机械通气的患者可能需要高达60~70 cmH₂O的吸气/呼气压力以确保有效的峰值呼气流量。MI-E时的负压所产生模拟咳嗽流速如果太小，无法有效地排痰，如果负压太高，则有可能产生气道或者肺泡陷闭［44］。流速是容积对时间求导，而容积的变化是EIT测量的主要指标，所以流速也是EIT的实时监测变量之一，Shanc1可用于参数的精准滴定。Davies等［45］在婴幼儿MI-E的应用过程中，通过EIT及时发现负压带来的塌陷以及通气缺失，为临床的复张手法提供重要的指征。在呼吸康复临床实践中，肺复张手法旨在通过复张塌陷的肺泡，增加肺容积，从而松解潴留的分泌物，也是气道廓清技术的一类。Gattinoni等［46］通过CT证实，并不是所有患者通过肺复张手法，都能把塌陷的肺泡重新复张。EIT可显示肺容积的变化，能实时监测肺复张的效果。Caruana等［47］详细总结了如何使用EIT判断肺复张手法的成效，以及该技术对于物理治疗师在重症监护环境中的用途。

3. EIT在早期活动中的应用：随着对重症呼吸康复的深入研究，早期活动为患者带来的益处也逐渐被认可［48］。近期有多个研究利用EIT评估早期活动对重症患者呼吸康复的影响，其中比较简单的早期活动是帮助患者改变体位，从卧位到坐位甚至站立。研究表明，简单的活动有助于改善患者通气和呼气末肺容积。Yuan等［49］使用EIT观察41例撤离有创呼吸机的呼吸衰竭患者在体位改变后区域性肺通气变化时发现，患者从床上仰卧位到轮椅坐位时可明显改善患者背侧肺区域的通气量，甚至可以提高某些患者的氧合情况。

4. EIT在呼吸肌训练中的应用：利用EIT可以很好地指导患者进行呼吸肌训练，呼吸努力的增强可能会导致通气的分布不均匀，背侧先进气的钟摆呼吸现象，通过可靠的视觉反馈能帮助实现吸气肌训练期间更大的潮气量和锻炼效果［50］。Zhao等［51］提出利用呼吸努力引起的钟摆效应，可以评估呼吸肌训练的成效。患者可通过屏幕实时监测肺部通气变化情况，在抗阻吸气时观测到潮气量的变化，由此可以通过视觉反馈鼓励患者进行更努力地吸气。治疗师也可通过EIT图像确定患者单次抗阻吸气时的做功，指导患者进行有效训练［52］。笔者团队［53］将EIT应用于精准指导一例颈4完全性脊髓损伤患者吸气肌训练中，成功撤离呼吸机和拔除气管切开套管。

5. EIT在机械通气和撤机康复中的应用：目前，EIT设备在重症呼吸管理方面的应用已日趋成熟，如指导机械通气患者个体化的呼气末正压（positive end-expiratory pressure，PEEP）设置、围手术期肺通气监测等，这在国外文献中都有所报道［54］。同样基于电阻抗变化，在撤机患者中，有研究指出通过对EELI的监测可以提高预测拔管结果的准确性，尽管该指标有助于预测撤机结局，但该实验同样存在研究样本量较少和预测结局不理想的问题，在未来需要扩大样本量来进一步明确EIT在指导撤机的实际应用价值［55］。

6. EIT在协作式自我管理中的应用：国内最新的综述［56］总结了EIT在稳定期慢性气道疾病患者中的应用价值，也体现其在该类患者协作式自我管理中的作用。国外有研究显示可以采用EIT评价支气管舒张剂对慢性阻塞性肺疾病患者的影响，证实了EIT能够捕捉到气道阻力变化引起的肺通气变化［57］。Frerichs等［58］采用类似的实验设计和方法，对支气管哮喘患者测试EIT的气流监测能力，敏感度和特异度均好。另外随着新型冠状病毒感染康复患者日渐增多，长新冠（新冠后遗症）对呼吸系统的影响日渐浮现。EIT作为无创、无辐射的影像学工具，可用于新型冠状病毒感染患者康复的治疗和监测［59］。

五、展望

EIT在呼吸康复中的应用前景广泛，潜力巨大，目前该技术更多专注于评估和指导治疗效果评价。但目前国外研发的EIT设备无法对动态图像进行实时数据分析，且EIT图像的重构本身是一个非线性的逆问题，其空间分辨率和对比度都比较差。另外应用模块主要针对指导呼吸机个体化PEEP设置，缺乏对呼吸康复的应用设计，对于呼吸功能评估较片面，且不能实现实时治疗效果评价。

因此，未来需着重于EIT测量技术的改进及其参数的规范化制定，以及设计针对呼吸康复的评估和评价系统，从而帮助临床工作者更准确、更全面地了解患者肺部功能性变化，帮助指导制定精准、个体化的呼吸康复策略，提高诊疗效果，最终更好地实现EIT与其他影像学技术之间的互补，并积极探索EIT在更多疾病中的治疗价值和应用潜力。

参考文献（略）

作者：王浩 姜宏英 李伊 李勍 席家宁 招展奇；单位：首都医科大学附属北京康复医院呼吸与危重症医学科；第四军医大学生物医学工程学系

引用本文: 王浩, 姜宏英, 李伊, 等. 电阻抗断层成像技术在呼吸康复中的应用 [J] . 中华结核和呼吸杂志, 2023, 46(7) : 714-719. DOI: 10.3760/cma.j.cn112147-20221023-00839.

本文转载自订阅号「中华结核和呼吸杂志」（ID：cmjlung）

原链接戳：【综述】电阻抗断层成像技术在呼吸康复中的应用

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本文完

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