电阻抗成像技术在战创伤液气胸诊断中的应用价值分析

齐 晨,徐 杨综述,易 俊,申 翼审校

0 引 言

在战场环境下,胸部创伤发生率高,并且具有较高的病死率[1]。液气胸是指各种原因引起的液体、气体在胸膜腔内异常积聚。在胸部创伤患者中,液气胸是胸腔内心脏、肺、大血管等重要器官损伤的标志,液气胸的出现往往意味着伤情较为严重,由于此类患者伤情进展迅速,受伤后短期内便丧失救治机会,因此液气胸的快速早期识别对于提高救治效率、降低伤员死亡率具有重要意义[2]。日常临床工作中,液气胸的精确诊断依赖于胸部X线或胸部平扫CT等大型医疗设备[3]。在我国现有的野战卫勤医疗体系下,野战X线已广泛配备于野战医疗所,而可移动CT机尚未成熟运用。野战X线车作为大型野战装备,由于其价格昂贵、设备复杂,并且需要一定的展开、撤收流程,因此无法在战创伤救治一线普及,同时X线技术检查影像分辨率差,病情反应滞后,不能完全准确地反映胸部病情变化,难以满足战创伤救治一线需要[4]。目前在我军战现场救治中,液气胸患者的早期识别需要通过一线军医的体格检查和经验进行判断,这具有极大的主观性,尤其在复杂的战场条件下,易发生误诊和漏诊,影响救治效率。因此,一种携带方便、操作简便、诊断精确、普及性强的检查设备,对于战创伤救治一线的液气胸诊断尤为重要。本文主要就电阻抗成像技术在战创伤液气胸诊断中的应用作一综述。

1 电阻抗成像技术概述

电阻抗成像(electrical impedance tomography,EIT),是基于人体组织与器官在不同病理生理状态下的电阻/电导率的医学成像手段。其原理是通过环绕人体放置数个电极片,经电极输入安全电流,同时测量其他电极的表面电压,进而测量人体内部的电阻率分布或其变化,利用计算机算法重建人体内的电导率分布图像,从而获得解剖学影像,并可反应出器官的生理、病理状态[5]。该技术具有便携性、无创性、无辐射、实时监测等特点,近年来成为医学成像领域的重要研究方向。在急性肺水肿、慢性阻塞性肺疾病等肺部疾病诊断中,电阻抗成像可有效提取肺组织的电阻抗信息,经采集及处理后送至重构计算机进行图像重建,最终在屏幕上再现肺的断层二维/三维气体分布图像,因阻抗值大小与肺内含气量有密切关系,从而能够动态、实时监测随着呼吸运动肺内气体分布及其动态变化,在患者呼吸功能监测、个体化辅助通气等方面可发挥重要作用[6-8]。德国的德尔格医疗成功开发出电阻抗断层成像仪,用于重症患者肺部通气监测,该产品目前已投入市场,该成像仪仅需一条绷带式传感器穿戴于患者胸部,通过主机进行无创的肺部通气实时成像,可直观显示肺内气体分布情况。

2 电阻抗成像在气胸和胸腔积液诊断中的研究

2.1 电阻抗成像用于气胸诊断由于气体具有显著差异于人体正常肺组织的导电性;另外,大量胸腔积气明显压迫肺组织,可引起肺组织通气异常,进而引起电阻抗变化。大量动物试验表明,电阻抗成像技术能够用于气胸诊断识别。Bhatia等[9]利用胸膜腔内气体注射的动物实验,在气体注射过程中采用电阻抗成像监测呼气末胸内容积,发现仅注入10mL气体就可引起呼气末胸内容积改变,该特征的识别远早于生命体征的变化,而在气体引流后能观察到呼气末胸内容积指标恢复,表明电阻抗成像对于气胸诊断具有较高敏感度。Costa等[10]采用胸腔渐进式空气注射动物实验确立了一种诊断气胸的电阻抗成像方法,并进一步利用肺创伤动物模型进行验证,该方法灵敏度为100%、特异性为95%,能够实现气胸发生后的早期诊断及准确定位。Preis等[11]在动物试验中偶然发现电阻抗成像能够通过识别呼气末阻抗的快速增加及局部的通气消失,进而实现气胸诊断及动态监测。Miedema等[12]描述了6例高频振荡通气早产羔羊在单侧气胸发生前基于电阻抗断层扫描的肺区域充盈特征的预测性变化,表明电阻抗成像可在气胸发病之初即可识别,这有利于气胸早期诊断、及时干预。DeArmond等[13]通过胸腔内置入电阻抗传感器,对胸腔内气体量进行监测,具有较高的敏感性和特异性,但该方法需要将传感器置入胸腔,是一种有创的监测方法。Girrbach等[14]的研究显示无创电阻抗成像在胸部外伤患者气胸诊断中具有一定价值,但其敏感性、准确性仍需进一步提升。

随着电阻抗成像技术在重症患者肺通气监测中的逐步应用,越来越多的临床病例表明气胸具有显著的电阻抗成像特征。Miedema等[15]首次报道了一例机械辅助通气患儿发生气胸后的电阻抗图像特征,相对于正常对照组,电阻抗成像能够识别气胸患儿肺的局部通气丧失。Rahtu等[16]对一名接受持续气道正压通气的呼吸窘迫综合征早产儿进行电阻抗成像数据采集过程中,患儿发生自发性气胸。通过对电阻抗成像数据进行回顾性分析发现,在气胸发生发展过程中,电阻抗参数发生了进行性的变化:①患侧呼气末肺阻抗增加;②患侧潮汐式电阻抗信号变化减少;③对侧呼气末肺阻抗降低[16]。Morais等[17]为一名肺部感染伴感染性休克、呼吸衰竭患者进行电阻抗成像监测时,电阻抗图像发现左侧肺部通气逐步消失,利用床边超声确诊为左侧气胸,在进行气胸引流后,电阻抗成像显示左肺通气逐步恢复。Yang等[18]回顾性分析了机械通气患者的电阻抗成像数据,发现气胸患者存在腹侧通气缺损、水平腹侧通气指数升高等特征,这有助于机械通气过程中气胸的识别。Kallio等[19]报道了一例神经调节辅助通气过程中发生气胸的早产儿病例,持续电阻抗监测提示气胸发生时患侧呼气末肺阻抗瞬时增加,提示床边的实时电阻抗监测可用于气胸的实时诊断。

2.2电阻抗成像用于胸腔积液诊断早在上世纪90年代,Campbell等[20]便发现电阻抗成像可以监测到临床病例胸腔积液量的变化。Yang等[21]利用血胸动物模型检验了无创电阻抗成像在血胸诊断中的价值,胸腔内仅有10mL积血时,电阻抗成像便能够确诊并定位,表明该技术对于血胸诊断具有一定的敏感性[21]。Becher等[22]报道在胸腔积液患者引流过程中,观察到电阻抗数据的非相位阻抗变化值显著降低,提示该特征可能是胸腔积液的诊断依据。Omer等[23]提出了一种基于电阻抗成像技术的三维人体模型,可用于胸腔积液量的估算。

如何同时实现胸腔内气体、液体的识别和鉴别,仍具有一定挑战。Hahn等[24]利用胸膜腔内气体、林格氏液逐步注射的方法建立液气胸动物模型,采集电阻抗数据后进行图像生成及电阻率量化,能够可靠的识别和检测胸腔内积液、积气的位置和幅度。Liu等[25]利用液气胸动物模型,成功重建了气胸和液胸的电阻抗成像图像。

3 电阻抗成像在战创伤液气胸识别中的应用价值

电阻抗成像技术是一种成熟的成像方式,因其信号获取仅需绷带式传感器即可完成,相较于传统的X线、CT等检查工具,其具有便携性、成本低廉的特点。导电性的液体或者低导电性的气体,相较于正常肺泡组织具有显著异常的电阻抗特性,因此电阻抗成像技术用于液气胸鉴别具有天然的技术优势。但同时,电阻抗成像技术应用于液气胸诊断的临床实践之前仍需进行优化改进:①电阻抗成像设备的便携化有助于其在战创伤救治一线的大规模应用;②国内外的液气胸电阻抗成像研究中,尚不能直观显示胸腔内肺组织、胸腔积血和胸腔积气的分布情况,提高该成像技术的可视化能够促进该技术的推广普及,也有助于提高诊断效率;③前期各项动物试验中,均采用较为简单的液气胸模型进行研究,在面对战创伤环境下复杂的多发伤、复合伤时该技术的诊断效率有待验证。因此,电阻抗成像技术用于战创伤液气胸诊断具有可行性,但如何进一步提高该成像技术的便携性、可视化,并将其转化为有效的临床诊断手段仍有待进一步探索研究。

4 结 语

我们相信,随着成像技术的提高、成像设备的改良以及算法的优化,电阻抗成像技术能够在战创伤救治一线液气胸诊断中得到应用。