電阻抗成像技術在戰創傷液氣胸診斷中的應用價值分析

齊 晨,徐 楊綜述,易 俊,申 翼審校

0 引 言

在戰場環境下,胸部創傷發生率高,并且具有較高的病死率[1]。液氣胸是指各種原因引起的液體、氣體在胸膜腔內異常積聚。在胸部創傷患者中,液氣胸是胸腔內心臟、肺、大血管等重要器官損傷的標志,液氣胸的出現往往意味著傷情較為嚴重,由于此類患者傷情進展迅速,受傷后短期內便喪失救治機會,因此液氣胸的快速早期識別對于提高救治效率、降低傷員死亡率具有重要意義[2]。日常臨床工作中,液氣胸的精確診斷依賴于胸部X線或胸部平掃CT等大型醫療設備[3]。在我國現有的野戰衛勤醫療體系下,野戰X線已廣泛配備于野戰醫療所,而可移動CT機尚未成熟運用。野戰X線車作為大型野戰裝備,由于其價格昂貴、設備復雜,并且需要一定的展開、撤收流程,因此無法在戰創傷救治一線普及,同時X線技術檢查影像分辨率差,病情反應滯后,不能完全準確地反映胸部病情變化,難以滿足戰創傷救治一線需要[4]。目前在我軍戰現場救治中,液氣胸患者的早期識別需要通過一線軍醫的體格檢查和經驗進行判斷,這具有極大的主觀性,尤其在復雜的戰場條件下,易發生誤診和漏診,影響救治效率。因此,一種攜帶方便、操作簡便、診斷精確、普及性強的檢查設備,對于戰創傷救治一線的液氣胸診斷尤為重要。本文主要就電阻抗成像技術在戰創傷液氣胸診斷中的應用作一綜述。

1 電阻抗成像技術概述

電阻抗成像(electrical impedance tomography,EIT),是基于人體組織與器官在不同病理生理狀態下的電阻/電導率的醫學成像手段。其原理是通過環繞人體放置數個電極片,經電極輸入安全電流,同時測量其他電極的表面電壓,進而測量人體內部的電阻率分布或其變化,利用計算機算法重建人體內的電導率分布圖像,從而獲得解剖學影像,并可反應出器官的生理、病理狀態[5]。該技術具有便攜性、無創性、無輻射、實時監測等特點,近年來成為醫學成像領域的重要研究方向。在急性肺水腫、慢性阻塞性肺疾病等肺部疾病診斷中,電阻抗成像可有效提取肺組織的電阻抗信息,經采集及處理后送至重構計算機進行圖像重建,最終在屏幕上再現肺的斷層二維/三維氣體分布圖像,因阻抗值大小與肺內含氣量有密切關系,從而能夠動態、實時監測隨著呼吸運動肺內氣體分布及其動態變化,在患者呼吸功能監測、個體化輔助通氣等方面可發揮重要作用[6-8]。德國的德爾格醫療成功開發出電阻抗斷層成像儀,用于重癥患者肺部通氣監測,該產品目前已投入市場,該成像儀僅需一條繃帶式傳感器穿戴于患者胸部,通過主機進行無創的肺部通氣實時成像,可直觀顯示肺內氣體分布情況。

2 電阻抗成像在氣胸和胸腔積液診斷中的研究

2.1 電阻抗成像用于氣胸診斷由于氣體具有顯著差異于人體正常肺組織的導電性;另外,大量胸腔積氣明顯壓迫肺組織,可引起肺組織通氣異常,進而引起電阻抗變化。大量動物試驗表明,電阻抗成像技術能夠用于氣胸診斷識別。Bhatia等[9]利用胸膜腔內氣體注射的動物實驗,在氣體注射過程中采用電阻抗成像監測呼氣末胸內容積,發現僅注入10mL氣體就可引起呼氣末胸內容積改變,該特征的識別遠早于生命體征的變化,而在氣體引流后能觀察到呼氣末胸內容積指標恢復,表明電阻抗成像對于氣胸診斷具有較高敏感度。Costa等[10]采用胸腔漸進式空氣注射動物實驗確立了一種診斷氣胸的電阻抗成像方法,并進一步利用肺創傷動物模型進行驗證,該方法靈敏度為100%、特異性為95%,能夠實現氣胸發生后的早期診斷及準確定位。Preis等[11]在動物試驗中偶然發現電阻抗成像能夠通過識別呼氣末阻抗的快速增加及局部的通氣消失,進而實現氣胸診斷及動態監測。Miedema等[12]描述了6例高頻振蕩通氣早產羔羊在單側氣胸發生前基于電阻抗斷層掃描的肺區域充盈特征的預測性變化,表明電阻抗成像可在氣胸發病之初即可識別,這有利于氣胸早期診斷、及時干預。DeArmond等[13]通過胸腔內置入電阻抗傳感器,對胸腔內氣體量進行監測,具有較高的敏感性和特異性,但該方法需要將傳感器置入胸腔,是一種有創的監測方法。Girrbach等[14]的研究顯示無創電阻抗成像在胸部外傷患者氣胸診斷中具有一定價值,但其敏感性、準確性仍需進一步提升。

隨著電阻抗成像技術在重癥患者肺通氣監測中的逐步應用,越來越多的臨床病例表明氣胸具有顯著的電阻抗成像特征。Miedema等[15]首次報道了一例機械輔助通氣患兒發生氣胸后的電阻抗圖像特征,相對于正常對照組,電阻抗成像能夠識別氣胸患兒肺的局部通氣喪失。Rahtu等[16]對一名接受持續氣道正壓通氣的呼吸窘迫綜合征早產兒進行電阻抗成像數據采集過程中,患兒發生自發性氣胸。通過對電阻抗成像數據進行回顧性分析發現,在氣胸發生發展過程中,電阻抗參數發生了進行性的變化:①患側呼氣末肺阻抗增加;②患側潮汐式電阻抗信號變化減少;③對側呼氣末肺阻抗降低[16]。Morais等[17]為一名肺部感染伴感染性休克、呼吸衰竭患者進行電阻抗成像監測時,電阻抗圖像發現左側肺部通氣逐步消失,利用床邊超聲確診為左側氣胸,在進行氣胸引流后,電阻抗成像顯示左肺通氣逐步恢復。Yang等[18]回顧性分析了機械通氣患者的電阻抗成像數據,發現氣胸患者存在腹側通氣缺損、水平腹側通氣指數升高等特征,這有助于機械通氣過程中氣胸的識別。Kallio等[19]報道了一例神經調節輔助通氣過程中發生氣胸的早產兒病例,持續電阻抗監測提示氣胸發生時患側呼氣末肺阻抗瞬時增加,提示床邊的實時電阻抗監測可用于氣胸的實時診斷。

2.2電阻抗成像用于胸腔積液診斷早在上世紀90年代,Campbell等[20]便發現電阻抗成像可以監測到臨床病例胸腔積液量的變化。Yang等[21]利用血胸動物模型檢驗了無創電阻抗成像在血胸診斷中的價值,胸腔內僅有10mL積血時,電阻抗成像便能夠確診并定位,表明該技術對于血胸診斷具有一定的敏感性[21]。Becher等[22]報道在胸腔積液患者引流過程中,觀察到電阻抗數據的非相位阻抗變化值顯著降低,提示該特征可能是胸腔積液的診斷依據。Omer等[23]提出了一種基于電阻抗成像技術的三維人體模型,可用于胸腔積液量的估算。

如何同時實現胸腔內氣體、液體的識別和鑒別,仍具有一定挑戰。Hahn等[24]利用胸膜腔內氣體、林格氏液逐步注射的方法建立液氣胸動物模型,采集電阻抗數據后進行圖像生成及電阻率量化,能夠可靠的識別和檢測胸腔內積液、積氣的位置和幅度。Liu等[25]利用液氣胸動物模型,成功重建了氣胸和液胸的電阻抗成像圖像。

3 電阻抗成像在戰創傷液氣胸識別中的應用價值

電阻抗成像技術是一種成熟的成像方式,因其信號獲取僅需繃帶式傳感器即可完成,相較于傳統的X線、CT等檢查工具,其具有便攜性、成本低廉的特點。導電性的液體或者低導電性的氣體,相較于正常肺泡組織具有顯著異常的電阻抗特性,因此電阻抗成像技術用于液氣胸鑒別具有天然的技術優勢。但同時,電阻抗成像技術應用于液氣胸診斷的臨床實踐之前仍需進行優化改進:①電阻抗成像設備的便攜化有助于其在戰創傷救治一線的大規模應用;②國內外的液氣胸電阻抗成像研究中,尚不能直觀顯示胸腔內肺組織、胸腔積血和胸腔積氣的分布情況,提高該成像技術的可視化能夠促進該技術的推廣普及,也有助于提高診斷效率;③前期各項動物試驗中,均采用較為簡單的液氣胸模型進行研究,在面對戰創傷環境下復雜的多發傷、復合傷時該技術的診斷效率有待驗證。因此,電阻抗成像技術用于戰創傷液氣胸診斷具有可行性,但如何進一步提高該成像技術的便攜性、可視化,并將其轉化為有效的臨床診斷手段仍有待進一步探索研究。

4 結 語

我們相信,隨著成像技術的提高、成像設備的改良以及算法的優化,電阻抗成像技術能夠在戰創傷救治一線液氣胸診斷中得到應用。