電阻抗成像技術(shù)在戰(zhàn)創(chuàng)傷液氣胸診斷中的應(yīng)用價(jià)值分析

齊 晨,徐 楊綜述,易 俊,申 翼審校

0 引 言

在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下,胸部創(chuàng)傷發(fā)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(nèi)異常積聚。在胸部創(chuàng)傷患者中,液氣胸是胸腔內(nèi)心臟、肺、大血管等重要器官損傷的標(biāo)志,液氣胸的出現(xiàn)往往意味著傷情較為嚴(yán)重,由于此類患者傷情進(jìn)展迅速,受傷后短期內(nèi)便喪失救治機(jī)會(huì),因此液氣胸的快速早期識(shí)別對(duì)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(yī)療設(shè)備[3]。在我國(guó)現(xiàn)有的野戰(zhàn)衛(wèi)勤醫(yī)療體系下,野戰(zhàn)X線已廣泛配備于野戰(zhàn)醫(yī)療所,而可移動(dòng)CT機(jī)尚未成熟運(yùn)用。野戰(zhàn)X線車作為大型野戰(zhàn)裝備,由于其價(jià)格昂貴、設(shè)備復(fù)雜,并且需要一定的展開、撤收流程,因此無法在戰(zhàn)創(chuàng)傷救治一線普及,同時(shí)X線技術(shù)檢查影像分辨率差,病情反應(yīng)滯后,不能完全準(zhǔn)確地反映胸部病情變化,難以滿足戰(zhàn)創(chuàng)傷救治一線需要[4]。目前在我軍戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)救治中,液氣胸患者的早期識(shí)別需要通過一線軍醫(yī)的體格檢查和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷,這具有極大的主觀性,尤其在復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)條件下,易發(fā)生誤診和漏診,影響救治效率。因此,一種攜帶方便、操作簡(jiǎn)便、診斷精確、普及性強(qiáng)的檢查設(shè)備,對(duì)于戰(zhàn)創(chuàng)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(shù)在戰(zhàn)創(chuàng)傷液氣胸診斷中的應(yīng)用作一綜述。

1 電阻抗成像技術(shù)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(tài)下的電阻/電導(dǎo)率的醫(yī)學(xué)成像手段。其原理是通過環(huán)繞人體放置數(shù)個(gè)電極片,經(jīng)電極輸入安全電流,同時(shí)測(cè)量其他電極的表面電壓,進(jìn)而測(cè)量人體內(nèi)部的電阻率分布或其變化,利用計(jì)算機(jī)算法重建人體內(nèi)的電導(dǎo)率分布圖像,從而獲得解剖學(xué)影像,并可反應(yīng)出器官的生理、病理狀態(tài)[5]。該技術(shù)具有便攜性、無創(chuàng)性、無輻射、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等特點(diǎn),近年來成為醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)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(jīng)采集及處理后送至重構(gòu)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像重建,最終在屏幕上再現(xiàn)肺的斷層二維/三維氣體分布圖像,因阻抗值大小與肺內(nèi)含氣量有密切關(guān)系,從而能夠動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隨著呼吸運(yùn)動(dòng)肺內(nèi)氣體分布及其動(dòng)態(tài)變化,在患者呼吸功能監(jiān)測(cè)、個(gè)體化輔助通氣等方面可發(fā)揮重要作用[6-8]。德國(guó)的德爾格醫(yī)療成功開發(fā)出電阻抗斷層成像儀,用于重癥患者肺部通氣監(jiān)測(cè),該產(chǎn)品目前已投入市場(chǎng),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(jī)進(jìn)行無創(chuàng)的肺部通氣實(shí)時(shí)成像,可直觀顯示肺內(nèi)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(dǎo)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(jìn)而引起電阻抗變化。大量動(dòng)物試驗(yàn)表明,電阻抗成像技術(shù)能夠用于氣胸診斷識(shí)別。Bhatia等[9]利用胸膜腔內(nèi)氣體注射的動(dòng)物實(shí)驗(yàn),在氣體注射過程中采用電阻抗成像監(jiān)測(cè)呼氣末胸內(nèi)容積,發(fā)現(xiàn)僅注入10mL氣體就可引起呼氣末胸內(nèi)容積改變,該特征的識(shí)別遠(yuǎn)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(nèi)容積指標(biāo)恢復(fù),表明電阻抗成像對(duì)于氣胸診斷具有較高敏感度。Costa等[10]采用胸腔漸進(jìn)式空氣注射動(dòng)物實(shí)驗(yàn)確立了一種診斷氣胸的電阻抗成像方法,并進(jìn)一步利用肺創(chuàng)傷動(dòng)物模型進(jìn)行驗(yàn)證,該方法靈敏度為100%、特異性為95%,能夠?qū)崿F(xiàn)氣胸發(fā)生后的早期診斷及準(zhǔn)確定位。Preis等[11]在動(dòng)物試驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)電阻抗成像能夠通過識(shí)別呼氣末阻抗的快速增加及局部的通氣消失,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣胸診斷及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。Miedema等[12]描述了6例高頻振蕩通氣早產(chǎn)羔羊在單側(cè)氣胸發(fā)生前基于電阻抗斷層掃描的肺區(qū)域充盈特征的預(yù)測(cè)性變化,表明電阻抗成像可在氣胸發(fā)病之初即可識(shí)別,這有利于氣胸早期診斷、及時(shí)干預(yù)。DeArmond等[13]通過胸腔內(nèi)置入電阻抗傳感器,對(duì)胸腔內(nèi)氣體量進(jìn)行監(jiān)測(cè),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(chuàng)的監(jiān)測(cè)方法。Girrbach等[14]的研究顯示無創(chuàng)電阻抗成像在胸部外傷患者氣胸診斷中具有一定價(jià)值,但其敏感性、準(zhǔn)確性仍需進(jìn)一步提升。

隨著電阻抗成像技術(shù)在重癥患者肺通氣監(jiān)測(cè)中的逐步應(yīng)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(bào)道了一例機(jī)械輔助通氣患兒發(fā)生氣胸后的電阻抗圖像特征,相對(duì)于正常對(duì)照組,電阻抗成像能夠識(shí)別氣胸患兒肺的局部通氣喪失。Rahtu等[16]對(duì)一名接受持續(xù)氣道正壓通氣的呼吸窘迫綜合征早產(chǎn)兒進(jìn)行電阻抗成像數(shù)據(jù)采集過程中,患兒發(fā)生自發(fā)性氣胸。通過對(duì)電阻抗成像數(shù)據(jù)進(jìn)行回顧性分析發(fā)現(xiàn),在氣胸發(fā)生發(fā)展過程中,電阻抗參數(shù)發(fā)生了進(jìn)行性的變化:①患側(cè)呼氣末肺阻抗增加;②患側(cè)潮汐式電阻抗信號(hào)變化減少;③對(duì)側(cè)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(jìn)行電阻抗成像監(jiān)測(cè)時(shí),電阻抗圖像發(fā)現(xiàn)左側(cè)肺部通氣逐步消失,利用床邊超聲確診為左側(cè)氣胸,在進(jìn)行氣胸引流后,電阻抗成像顯示左肺通氣逐步恢復(fù)。Yang等[18]回顧性分析了機(jī)械通氣患者的電阻抗成像數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)氣胸患者存在腹側(cè)通氣缺損、水平腹側(cè)通氣指數(shù)升高等特征,這有助于機(jī)械通氣過程中氣胸的識(shí)別。Kallio等[19]報(bào)道了一例神經(jīng)調(diào)節(jié)輔助通氣過程中發(fā)生氣胸的早產(chǎn)兒病例,持續(xù)電阻抗監(jiān)測(cè)提示氣胸發(fā)生時(shí)患側(cè)呼氣末肺阻抗瞬時(shí)增加,提示床邊的實(shí)時(shí)電阻抗監(jiān)測(cè)可用于氣胸的實(shí)時(shí)診斷。

2.2電阻抗成像用于胸腔積液診斷早在上世紀(jì)90年代,Campbell等[20]便發(fā)現(xiàn)電阻抗成像可以監(jiān)測(cè)到臨床病例胸腔積液量的變化。Yang等[21]利用血胸動(dòng)物模型檢驗(yàn)了無創(chuàng)電阻抗成像在血胸診斷中的價(jià)值,胸腔內(nèi)僅有10mL積血時(shí),電阻抗成像便能夠確診并定位,表明該技術(shù)對(duì)于血胸診斷具有一定的敏感性[21]。Becher等[22]報(bào)道在胸腔積液患者引流過程中,觀察到電阻抗數(shù)據(jù)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(jù)。Omer等[23]提出了一種基于電阻抗成像技術(shù)的三維人體模型,可用于胸腔積液量的估算。

如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)胸腔內(nèi)氣體、液體的識(shí)別和鑒別,仍具有一定挑戰(zhàn)。Hahn等[24]利用胸膜腔內(nèi)氣體、林格氏液逐步注射的方法建立液氣胸動(dòng)物模型,采集電阻抗數(shù)據(jù)后進(jìn)行圖像生成及電阻率量化,能夠可靠的識(shí)別和檢測(cè)胸腔內(nèi)積液、積氣的位置和幅度。Liu等[25]利用液氣胸動(dòng)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(zhàn)創(chuàng)傷液氣胸識(shí)別中的應(yīng)用價(jià)值

電阻抗成像技術(shù)是一種成熟的成像方式,因其信號(hào)獲取僅需繃帶式傳感器即可完成,相較于傳統(tǒng)的X線、CT等檢查工具,其具有便攜性、成本低廉的特點(diǎn)。導(dǎo)電性的液體或者低導(dǎo)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(shù)用于液氣胸鑒別具有天然的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但同時(shí),電阻抗成像技術(shù)應(yīng)用于液氣胸診斷的臨床實(shí)踐之前仍需進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn):①電阻抗成像設(shè)備的便攜化有助于其在戰(zhàn)創(chuàng)傷救治一線的大規(guī)模應(yīng)用;②國(guó)內(nèi)外的液氣胸電阻抗成像研究中,尚不能直觀顯示胸腔內(nèi)肺組織、胸腔積血和胸腔積氣的分布情況,提高該成像技術(shù)的可視化能夠促進(jìn)該技術(shù)的推廣普及,也有助于提高診斷效率;③前期各項(xiàng)動(dòng)物試驗(yàn)中,均采用較為簡(jiǎn)單的液氣胸模型進(jìn)行研究,在面對(duì)戰(zhàn)創(chuàng)傷環(huán)境下復(fù)雜的多發(fā)傷、復(fù)合傷時(shí)該技術(shù)的診斷效率有待驗(yàn)證。因此,電阻抗成像技術(shù)用于戰(zhàn)創(chuàng)傷液氣胸診斷具有可行性,但如何進(jìn)一步提高該成像技術(shù)的便攜性、可視化,并將其轉(zhuǎn)化為有效的臨床診斷手段仍有待進(jìn)一步探索研究。

4 結(jié) 語

我們相信,隨著成像技術(shù)的提高、成像設(shè)備的改良以及算法的優(yōu)化,電阻抗成像技術(shù)能夠在戰(zhàn)創(chuàng)傷救治一線液氣胸診斷中得到應(yīng)用。