电阻抗断层成像技术（EIT）是根据人体不同组织器官阻抗差异来进行实时监测的一种新兴技术，目前已被初步运用于临床研究和疾病诊疗。肺灌注是指肺组织的血流灌注功能，许多疾病的发生发展都和肺灌注情况密切相关，所以实时监测肺灌注显得尤为重要，而EIT的应用和发展进一步促进了肺灌注的监测，相关研究已取得极大进展。针对近几年相关研究，本文从EIT成像原理、肺灌注成像方法及其在临床中的应用等几个方面进行综述，以期对临床及科研工作者有所帮助。
引用本文： 佘林君, 周睿, 潘盼, 李展, 刘继红, 谢菲. 电阻抗断层成像技术在肺灌注中的研究进展. 生物医学工程学杂志, 2023, 40(6): 1249-1254. doi: 10.7507/1001-5515.202302025 复制
0 引言
电阻抗断层成像技术（electrical impedance tomography，EIT）已经有30 多年的发展历史，是一种根据场域内阻抗分布变化重建场域内部图像的成像技术。目前，临床上主要用于监测肺部的通气及血液灌注，即肺EIT技术，它是指将肺灌注和通气过程中引起的胸部阻抗变化进行描记，再通过数据传输和运算转换，以图像形式呈现的一种新兴技术。基于临床监测肺通气及肺灌注的需求，EIT技术得以迅速发展，其包含了大量的解剖和功能学信息，可为临床医生提供较多的患者生理病理资料[1-2]。
在临床诊疗过程中，由于患者的氧合状态不仅和通气有关，还与肺部血流灌注有着密切联系。在许多疾病中，医生都要密切关注患者的肺灌注功能，如肺栓塞（pulmonary embolism，PE）、肺动脉高压（pulmonary hypertension，PH）以及急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）等。目前，针对上述疾病的诊疗，常规的辅助检查技术包括：单光子发射计算机断层显像（single-photon emission computed tomography，SPECT）、正电子发射计算机断层显像（positron emission tomography，PET）和计算机断层扫描（computer tomography，CT）等，但在实际应用过程中，均有所局限，比如：会给患者造成一定剂量辐射；只能显示患者某一时刻的身体状态，不能连续成像；需将患者从病房转移至检查室等[3-4]。而EIT则具有无创性、实时性、连续性、无辐射性、可进行床旁监测等优点，故本文从EIT的成像原理出发，对其在监测肺灌注功能中的应用展开论述，总结其目前在危重症诊疗方面的研究进展及面临的一些问题，以期为临床及科研工作者进一步研究指明方向。
1 EIT的成像原理
人体由不同的组织器官构成，不同的组织细胞、细胞外液、细胞间连接、胸部气体及血液灌注的电导率不同。细胞质和细胞间质导电特性非常相似，但细胞膜既有绝缘特性又有一定导电的特性，所以细胞质和细胞间质可等效成具有阻值可变特性的电阻，细胞膜可看成电容器件，通过施加安全激励电流，采集由激励电流引起的相应变化，即可具现人体阻抗在病理生理状态下的变化，进而达到成像的目的[5]。测量时，将一条有16或32个电极的电极带固定于胸部第四或第五肋间隙，在某一电极施加安全的激励电流后采集其他电极的电信号，根据得到的数据进行图像重建[2, 5-6]，从而达到实时描记因通气及灌注引起的胸部阻抗变化的作用。临床使用时，还可根据实际需求设置相应的感兴趣区域（region of interest，ROI），通过调整ROI的位置和大小参数，进行定制相应区域的图像，一般从腹侧致背侧分为四层，并命名为ROI1～ROI4区，且将ROI3～ROI4区认定为肺重力依赖区[5]。区域阻抗波形图像与全域阻抗波形图像相比，它显示的是特定ROI内阻抗变化的总和，由此可以比较肺部不同区域内的阻抗变化，即比较肺的区域通气及灌注分布情况。
EIT具有很多优点，但也存在一定不足，比如：空间分辨率不高、信噪比较低、数据处理复杂、易受外界干扰、若有设备干扰（如电刀、超声刀或除颤仪等）则无法进行测量等。另外，EIT是在二维平面上沿着颅脑尾骨方向的通气和灌注三维分布的验证投影，但由于它只是使用了一条带有电极片的电极带穿戴或者粘贴在胸部，所以它只能监测某一平面的肺灌注和通气功能，而不能监测全肺[7-8]。
2 EIT监测肺灌注成像的方法
呼吸时人体胸部产生的阻抗变化远远大于血液灌注时产生的阻抗变化，所以监测肺灌注成像较为困难，研究者为了解决这一问题，通常采用注射高导电造影剂法和周期性肺血管搏动法进行灌注成像，其中后者又包括了频域滤波（frequency-domain filtering，FDF）、心电门控（electrocardiogram gating，ECGG）、主成份分析（principal component analysis，PCA）、呼吸屏气（respiratory pause，RP）[9]。
2.1 注射高导电造影剂法
注射高导电造影剂法较为常用，也叫盐水推注EIT成像法或造影剂增强EIT成像法。此方法是通过在呼气末屏气期间由导管注射3%～20% 的氯化钠（NaCl）溶液来实施的[6,10-12]，原理是基于呼气末屏气时胸部的阻抗变化跟通气无关，而由灌注和胸腔内血容量变化决定。因此，盐水在推注后依次通过右心房、右心室和肺动脉时会产生首过动力学稀释效应。在此过程中，所引起的阻抗变化反映了肺正向血流，肺灌注丰富的区域就会表现出高电导率，收集的胸部阻值数据下降，最后再根据得到的阻抗—时间变化曲线进行图像重建。目前常采用转换模型法和斜率分析法进行数据分析，Bluth等[8]通过斜率分析法对13头猪进行实验观察肺通气和灌注，最终得出EIT和PET在测量和跟踪肺灌注相对变化方面具有一致性，显示出注射高导电造影剂法在EIT监测肺灌注上的可行性与可靠性。Mauri等[13]也是通过该分析方法对新型冠状病毒感染（corona virus disease 2019，COVID-19）行气管插管的10 例重症患者使用EIT监测肺灌注。最近， Kircher等[12]在猪的ARDS模型中运用转换模型法，优化了EIT-γ函数拟合，简化了量化算法，显示出较好的可操作性和潜在的临床应用价值。
总的来说，该方法显示出了较好的可行性和优越性。但也存在着一些不足，如：短时间内较大量的盐水输注可能会导致渗透性脱髓鞘综合征、电解质紊乱（高氯血症、高钠血症和低钾血症）、代谢性酸中毒和肾脏损害等[8]。同时，研究者们在造影剂浓度的选择上也未达成一致，一些研究推荐使用10%的NaCl溶液来进行测量，但本方法还缺乏大样本的临床研究数据支撑和相应的专家共识，因此需要更多的临床及基础实验研究来改进和完善注射高导电造影剂EIT灌注成像法。
2.2 周期性肺血管搏动法
在EIT监测肺灌注的过程中，其相应阻抗变化的原始数据是肺灌注、肺通气及心脏泵血对应阻抗变化的融合，而肺灌注和心脏泵血之间又存在着关联，所以可基于周期性肺血管搏动，通过不同的方法分析提取肺灌注对应的阻抗变化[7]。
周期性肺血管搏动法是基于肺的血液灌注与肺的血管搏动相一致的原理进行肺灌注监测，是一种传统的监测方法。但由于肺血管搏动受很多因素的影响，研究者们对该方法进行了改进，根据不同的数据收集和分析方法，将其分为频域滤波、心电门控、主成份分析、呼吸屏气[7, 9]。
频域滤波，是指将收集到的原始数据通过巴特沃斯（Butterworth）滤波器分离EIT的灌注和通气信号相关分量。1997年Kühnel等[14]提出该方法，随后有研究者运用该方法进行研究，发现可以通过EIT进行肺灌注功能评估。Stowe等[15]通过改进的滤波技术测量了10名健康成年人的自主呼吸及灌注，并评估通气和灌注的区域分布及其关系，证明了该方法可以有效地分离自主呼吸受试者的通气和灌注信号。
心电门控，指EIT的数据采集与心电图的R波同步，该方法同时采集多个心电周期，以减少数据中与通气相关的阻抗变化。在分析所得数据时，可以在图像序列中研究心脏体积的动态变化，特别是收缩末期相对于舒张末期的心室体积变化，这些变化对应着心脏射出的血液量，即肺灌注量[4]。最近，研究人员探究了该方法在监测健康志愿者和重症患者每搏输出量上的可靠性，结果表明与经肺热稀释法（transpulmonary thermodilution，TPTD）测得的结果有很好的一致性，证实了EIT可以通过分析肺区域的心同步阻抗变化来评估每搏输出量变化[16-17]。
主成份分析，是一种多变量统计分析方法，通过正交变换将收集到的一组可能存在相关性的变量数据转换为一组线性不相关的变量，转换后的变量被称为主成份[18]。有研究者使用该分析方法处理收集到的阻抗变化数据，显示出EIT可以作为一种新的无创心肺监测工具，具有同时、连续测量每搏输出量和潮气量的可行性[19]。
呼吸屏气，是指在使用EIT监测时使实验对象保持短暂的呼吸暂停，同时进行数据采集。短暂的呼吸暂停可以使脉冲同步阻抗变化即时可视化，每条脉冲同步EIT曲线通常与收缩期的阻抗迅速下降相一致，即可得到表示肺动脉血管搏动、肺部血液灌注时对应的阻抗变化数据[19]。Fagerberg等[20]使用呼吸屏气的方法监测8头猪的每搏输出量，该研究以人为方式制造每搏量差异，结果显示EIT可以准确评估肺灌注的差异。
上述收集和分析数据的方法可以实时监测具体的肺灌注变化，采用的方式主要是基于测量肺血管的脉搏波动变化，而不是测量实际的正向肺血流量。但由于血管搏动易受肺血管的扩张性、肺微血管床的大小和通畅性的影响，因此如果发生肺小血管栓塞以及实质结构改变等变化，上述基于搏动方法的监测结果可能会出现偏差[21]。注射高导电造影剂法，是通过人为改变胸部血液灌注过程中的阻抗来进行成像；而周期性肺血管搏动法是基于心脏泵血功能，并运用不同的数据收集和处理方法进行成像。虽前者是有创性方法，但由于后者需要复杂的数据处理且信噪比较低，研究者目前仍多使用前者进行研究。
数据收集完成后，在根据所得数据进行图像重建时，EIT的逆问题算法尤为重要。逆问题是指根据已知电压或电流求电导率的分布及其变化，包括多种重建算法，如以线性反投影法、层剥法等为代表的直接重建算法；以牛顿—拉夫逊法、格拉茨共识重建法等为代表的迭代类算法；以极大后验估计法等为代表的概率统计类算法等[22]。目前，对于非线性逆问题的求解多采用迭代类算法实现图像重建，深度学习算法、一步高斯牛顿法和格拉茨共识重建法在临床上运用较多[15]。近年来，研究者们逐渐关注EIT-CT融合成像法，该方法用CT图像中胸腔及肺部轮廓为重建图像边界提供先验信息，再结合重建算法使得重建图像更接近肺部真实情况[23]。利用先验信息能够提高重建算法解的正确性，但该成像方法仍处于初步研究阶段，如何更好地促使二者融合仍有待进一步探索。
3 EIT监测肺灌注的临床应用
由于EIT具有床旁、实时、无创监测等特性，再结合它具有监测肺灌注、肺通气和气体分布的能力，可以广泛应用于呼吸系统与心血管系统疾病的诊疗[24]。目前，临床上EIT的肺灌注成像主要应用于监测和辅助诊疗一些呼吸危重症疾病，如PE、PH、ARDS等。
3.1 EIT监测肺灌注在PE诊疗中的应用
PE是指由于血栓阻塞肺动脉而产生的临床综合征。目前临床诊断PE的金标准为CT肺动脉造影（CT pulmonary angiography，CTPA），它可直接显示出血栓的部位、形态、大小以及与管腔的关系等。但由于其存在危重症患者转运风险高、辐射剂量大、易产生造影剂过敏、患有严重肾脏疾患患者禁忌使用等不足，临床及科研工作者都致力于寻找一项新的技术来协助诊疗。随着EIT在肺灌注成像方面表现出的优势，使其在PE的诊疗中得到广泛研究，并显现出较好的应用前景[25]。
Nguyen等[26]提出一种新的测量策略，该策略具有新的电极配置与聚焦模式，用以补偿不同边界形状和不同呼吸条件对灌注信号的影响。通过在分段阻塞到大规模阻塞的不同位置和不同程度PE事件上进行模拟测试发现，这种新的测量方式预估PE的肺灌注结果可靠。根据最近一项针对急性呼吸衰竭的 PE 和非PE患者的前瞻性观察研究发现，较高的肺内分流百分比、较高的通气死腔百分比和不匹配的通气/血流（ventilation/perfusion，V/Q）都可以预测PE，研究结果进一步支持了EIT对PE的诊断作用[27]。另外，Wang等[28]也报道了一位患有膀胱癌和前列腺癌的老年男性，在成功行腹腔镜下根治性膀胱切除术和回肠代输尿管术后第6 d右肺动脉干、右肺动脉分支和左肺动脉分支出现血栓栓塞的病例，他们通过EIT监测到肺灌注缺损后，行CTPA检查确诊并给予相应溶栓治疗。在一例与COVID-19相关的高凝状态下青少年肺血栓形成的病例中，Foronda等[4]发现经EIT床旁监测探查到的肺动脉搏动性降低与CT扫描中发现的灌注缺损对应。最近文献[29]报道了一例因COVID-19而导致呼吸衰竭的老年男性，由于其病情不支持行CT扫描，故改为EIT检测后，发现右肺灌注约占22%，左肺灌注面积约占78%，右肺通气约占65%，患者的灌注缺陷表明其存在PE，在给予患者抗凝治疗后，其灌注分布显著改善。
如今，EIT技术已经初步运用于临床PE的诊疗当中，总体来说，在对PE的诊断上应用较多，而在治疗过程中对比治疗前后溶栓效果等临床疗效的研究较少，且其诊断的敏感性相比于CTPA也有一定的差距，如文献[27]研究表明，当死腔面积比例大于30.37%时，此时诊断PE的敏感度和特异度才分别为90.9%和98.6%。今后，随着数字图像质量的不断提升和数据处理算法的不断进步，EIT监测肺灌注成像作为PE诊断的新型诊疗技术，其应用也将日益广泛而深入。
3.2 EIT监测肺灌注在PH诊疗中的应用
PH是一类以肺动脉压（pulmonary artery pressure，PAP）升高、右心室进行性重塑为主要病理生理特征，以右心衰竭为终点的恶性心血管类疾病。目前临床上诊断PH的金标准是右心漂浮导管检查，但因其有创，很难成为临床常规检查手段[30-32]。有研究者通过对比健康人和PH患者的肺血管床EIT信号的差异，发现患者组肺血管床的阻抗变化降低，说明重塑的肺血管床在肺灌注时流入的血液较少，可能存在肺血管数量减少和顺应性降低[31]。Proença等[32]提出并研究了一种对PH患者的肺动脉压进行无创监测的新方法，通过EIT数据估算出与肺动脉压相关的脉冲传输时间，发现肺动脉压水平升高与不同病理PH 的脉冲传输时间缩短相关，表明了EIT可以在多种病理生理条件下监测肺动脉压的变化，这为PH患者提供了新的替代方案。2020 年，该团队又通过EIT监测到低氧诱导健康志愿者的肺动脉压改变，结果显示与经胸超声心动图测算的估计值具有很好的一致性[33]。最近，Hovnanian等[34]使用EIT评估了PH患者肺灌注阻抗变化与血流动力学特征、严重程度和预后之间的关系，发现基线时测量的阻抗变化越小，患者病情越严重，表明EIT在判断PH患者预后方面有着巨大的优势。EIT在PH诊疗上的优势在于能够较早发现肺部血液灌注时微弱的阻抗变化，从而推断出PH患者肺部血管重塑的严重程度，进而能够达到及早发现、及时干预治疗的目的；且一些研究也证实了EIT与超声心动图测量的肺动脉压之间存在较好的一致性，这些都说明EIT可以对PH患者进行无创评估及预后判断[33]。
3.3 EIT监测肺灌注联合肺通气在ARDS诊疗中的应用
ARDS是一种急性弥漫性炎症性肺损伤，由肺炎、非肺部感染、创伤、输血、烧伤、误吸或休克等易感危险因素诱发。其临床特征为动脉低氧血症和弥漫性影像学改变，伴肺内分流增加、肺泡死腔样通气增加和肺顺应性降低[35]。在对ARDS的治疗过程中，临床医生需要动态监测患者肺通气血流分布状况，以明确ARDS的演变情况。此时，医生可以根据EIT成像明确ARDS肺通气与灌注的变化情况，优化呼吸机参数设置，同时监测有无相关并发症发生。
目前，探索EIT肺灌注联合肺通气监测在ARDS诊疗及机械通气呼气末正压（positive end expiratory pressure，PEEP）滴定时的作用的研究已较多。Spinelli等[2]以50例不同严重程度的ARDS患者为研究对象，应用EIT监测患者的仅肺灌注单位百分比和仅肺通气单位百分比，发现二者之和可以作为患者死亡率的独立预测因子，其和越大（匹配单位的截断值为27%），患者预后越差（预测死亡率为77%，特异性为87%），提示ARDS病情越重。此外，该团队还在研究中指出，由于氧合和肺顺应性差异，PEEP对不同严重程度患者的影响不同，利用床旁EIT技术监测评估通气/灌注的情况，对于识别死亡风险较高患者和指导重症患者治疗具有重大意义。文献[36]比较了COVID-19相关性ARDS和非COVID-19相关性ARDS患者不同模式下对PEEP反应，该研究根据EIT结果将肺泡过度膨胀和塌陷的最小和定义为最佳PEEP值，结果显示，与非COVID-19相关性ARDS患者相比，COVID-19相关性ARDS患者在低PEEP下表现出较多的肺泡塌陷，在高PEEP下表现出较少的过度膨胀。在使用机械通气治疗时，过度通气往往发生在腹侧区域，并导致阻抗升高，这些情况均可通过EIT检测到。在这些区域，由于信号在整个呼吸周期中不会有明显变化，因此EIT监测仪显示为类似发生在非通气区域一样的沉默显像[37]。Pavlovsky等[38]利用EIT技术探索应用PEEP治疗ARDS的部位效应及机制时发现，在非重力依赖区域通过减少死腔通气，而在中间区域和重力依赖区域减少肺内分流，可以改善区域V/Q比例失调。另外，在ARDS患者中，血管外肺水（extravascular lung water，EVLW）的监测也显得尤为重要，它是指除肺血管腔以外的肺组织含水，包括肺泡内水肿液、肺间质水液、细胞内水液等，其数值变化与肺水肿密切相关，对于进行液体治疗管理具有十分重要的作用[39]。研究发现，运用EIT监测血管外肺水具有一定的可行性，比如Kunst等[40]评估了14 例连续非心源性急性呼吸衰竭患者的 EVLW 水平，发现经EIT与经温度—染料双指示剂稀释技术监测到的结果具有良好的相关性和可重复性。
EIT具有良好的区域可视化功能，相较于传统的整体呼吸力学参数，它更能有效地针对患者进行个性化治疗。EIT在指导重症ARDS患者的个性化PEEP滴定及俯卧位通气的治疗、监测区域V/Q及EVLW上具有很好的应用价值。
4 小结与展望
综上所述，EIT根据人体呼吸及灌注时阻抗变化的不同来显示全域或者某一区域肺组织的病理生理特点。在监测肺灌注成像的方法学上，有注射高导电造影剂法和周期性肺血管搏动法等，它们有着各自的优缺点。有学者表示，注射高导电造影剂法比周期性肺血管搏动法在可行性和准确性方面更为优越，研究者可以根据实际情况加以选择[7]。另外，EIT在监测肺灌注的临床应用上也具有较好的前景，该技术能够为临床医生提供较多的病理生理学信息，当前相关应用主要集中在协助明确PE、PH等疾病的诊断和预后判断，指导ARDS患者进行个性化治疗等。虽然利用EIT进行诊疗已相对成熟，但EIT在判断肺通气、肺灌注改变的病因上缺乏特异性，仍需大规模临床研究进一步深入探索，以分析不同病因引起的肺部病理改变有无差异。另，由于低分辨率、低信噪比和数据处理纷繁复杂等因素， EIT的应用仍有局限。相信随着数据采集技术的更新和算法的优化，以及大规模临床试验的开展，EIT的规范化监测将在临床得到更加广泛应用。
重要声明
利益冲突声明：本文全体作者均声明不存在利益冲突。
作者贡献声明：佘林君负责相关文献的收集、整理和论文撰写；周睿参与文献资料分析；潘盼、李展、刘继红对论文提出撰写和修改建议；谢菲负责论文选题、修改和审校。
0 引言
电阻抗断层成像技术（electrical impedance tomography，EIT）已经有30 多年的发展历史，是一种根据场域内阻抗分布变化重建场域内部图像的成像技术。目前，临床上主要用于监测肺部的通气及血液灌注，即肺EIT技术，它是指将肺灌注和通气过程中引起的胸部阻抗变化进行描记，再通过数据传输和运算转换，以图像形式呈现的一种新兴技术。基于临床监测肺通气及肺灌注的需求，EIT技术得以迅速发展，其包含了大量的解剖和功能学信息，可为临床医生提供较多的患者生理病理资料[1-2]。
在临床诊疗过程中，由于患者的氧合状态不仅和通气有关，还与肺部血流灌注有着密切联系。在许多疾病中，医生都要密切关注患者的肺灌注功能，如肺栓塞（pulmonary embolism，PE）、肺动脉高压（pulmonary hypertension，PH）以及急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）等。目前，针对上述疾病的诊疗，常规的辅助检查技术包括：单光子发射计算机断层显像（single-photon emission computed tomography，SPECT）、正电子发射计算机断层显像（positron emission tomography，PET）和计算机断层扫描（computer tomography，CT）等，但在实际应用过程中，均有所局限，比如：会给患者造成一定剂量辐射；只能显示患者某一时刻的身体状态，不能连续成像；需将患者从病房转移至检查室等[3-4]。而EIT则具有无创性、实时性、连续性、无辐射性、可进行床旁监测等优点，故本文从EIT的成像原理出发，对其在监测肺灌注功能中的应用展开论述，总结其目前在危重症诊疗方面的研究进展及面临的一些问题，以期为临床及科研工作者进一步研究指明方向。
1 EIT的成像原理
人体由不同的组织器官构成，不同的组织细胞、细胞外液、细胞间连接、胸部气体及血液灌注的电导率不同。细胞质和细胞间质导电特性非常相似，但细胞膜既有绝缘特性又有一定导电的特性，所以细胞质和细胞间质可等效成具有阻值可变特性的电阻，细胞膜可看成电容器件，通过施加安全激励电流，采集由激励电流引起的相应变化，即可具现人体阻抗在病理生理状态下的变化，进而达到成像的目的[5]。测量时，将一条有16或32个电极的电极带固定于胸部第四或第五肋间隙，在某一电极施加安全的激励电流后采集其他电极的电信号，根据得到的数据进行图像重建[2, 5-6]，从而达到实时描记因通气及灌注引起的胸部阻抗变化的作用。临床使用时，还可根据实际需求设置相应的感兴趣区域（region of interest，ROI），通过调整ROI的位置和大小参数，进行定制相应区域的图像，一般从腹侧致背侧分为四层，并命名为ROI1～ROI4区，且将ROI3～ROI4区认定为肺重力依赖区[5]。区域阻抗波形图像与全域阻抗波形图像相比，它显示的是特定ROI内阻抗变化的总和，由此可以比较肺部不同区域内的阻抗变化，即比较肺的区域通气及灌注分布情况。
EIT具有很多优点，但也存在一定不足，比如：空间分辨率不高、信噪比较低、数据处理复杂、易受外界干扰、若有设备干扰（如电刀、超声刀或除颤仪等）则无法进行测量等。另外，EIT是在二维平面上沿着颅脑尾骨方向的通气和灌注三维分布的验证投影，但由于它只是使用了一条带有电极片的电极带穿戴或者粘贴在胸部，所以它只能监测某一平面的肺灌注和通气功能，而不能监测全肺[7-8]。
2 EIT监测肺灌注成像的方法
呼吸时人体胸部产生的阻抗变化远远大于血液灌注时产生的阻抗变化，所以监测肺灌注成像较为困难，研究者为了解决这一问题，通常采用注射高导电造影剂法和周期性肺血管搏动法进行灌注成像，其中后者又包括了频域滤波（frequency-domain filtering，FDF）、心电门控（electrocardiogram gating，ECGG）、主成份分析（principal component analysis，PCA）、呼吸屏气（respiratory pause，RP）[9]。
2.1 注射高导电造影剂法
注射高导电造影剂法较为常用，也叫盐水推注EIT成像法或造影剂增强EIT成像法。此方法是通过在呼气末屏气期间由导管注射3%～20% 的氯化钠（NaCl）溶液来实施的[6,10-12]，原理是基于呼气末屏气时胸部的阻抗变化跟通气无关，而由灌注和胸腔内血容量变化决定。因此，盐水在推注后依次通过右心房、右心室和肺动脉时会产生首过动力学稀释效应。在此过程中，所引起的阻抗变化反映了肺正向血流，肺灌注丰富的区域就会表现出高电导率，收集的胸部阻值数据下降，最后再根据得到的阻抗—时间变化曲线进行图像重建。目前常采用转换模型法和斜率分析法进行数据分析，Bluth等[8]通过斜率分析法对13头猪进行实验观察肺通气和灌注，最终得出EIT和PET在测量和跟踪肺灌注相对变化方面具有一致性，显示出注射高导电造影剂法在EIT监测肺灌注上的可行性与可靠性。Mauri等[13]也是通过该分析方法对新型冠状病毒感染（corona virus disease 2019，COVID-19）行气管插管的10 例重症患者使用EIT监测肺灌注。最近， Kircher等[12]在猪的ARDS模型中运用转换模型法，优化了EIT-γ函数拟合，简化了量化算法，显示出较好的可操作性和潜在的临床应用价值。
总的来说，该方法显示出了较好的可行性和优越性。但也存在着一些不足，如：短时间内较大量的盐水输注可能会导致渗透性脱髓鞘综合征、电解质紊乱（高氯血症、高钠血症和低钾血症）、代谢性酸中毒和肾脏损害等[8]。同时，研究者们在造影剂浓度的选择上也未达成一致，一些研究推荐使用10%的NaCl溶液来进行测量，但本方法还缺乏大样本的临床研究数据支撑和相应的专家共识，因此需要更多的临床及基础实验研究来改进和完善注射高导电造影剂EIT灌注成像法。
2.2 周期性肺血管搏动法
在EIT监测肺灌注的过程中，其相应阻抗变化的原始数据是肺灌注、肺通气及心脏泵血对应阻抗变化的融合，而肺灌注和心脏泵血之间又存在着关联，所以可基于周期性肺血管搏动，通过不同的方法分析提取肺灌注对应的阻抗变化[7]。
周期性肺血管搏动法是基于肺的血液灌注与肺的血管搏动相一致的原理进行肺灌注监测，是一种传统的监测方法。但由于肺血管搏动受很多因素的影响，研究者们对该方法进行了改进，根据不同的数据收集和分析方法，将其分为频域滤波、心电门控、主成份分析、呼吸屏气[7, 9]。
频域滤波，是指将收集到的原始数据通过巴特沃斯（Butterworth）滤波器分离EIT的灌注和通气信号相关分量。1997年Kühnel等[14]提出该方法，随后有研究者运用该方法进行研究，发现可以通过EIT进行肺灌注功能评估。Stowe等[15]通过改进的滤波技术测量了10名健康成年人的自主呼吸及灌注，并评估通气和灌注的区域分布及其关系，证明了该方法可以有效地分离自主呼吸受试者的通气和灌注信号。
心电门控，指EIT的数据采集与心电图的R波同步，该方法同时采集多个心电周期，以减少数据中与通气相关的阻抗变化。在分析所得数据时，可以在图像序列中研究心脏体积的动态变化，特别是收缩末期相对于舒张末期的心室体积变化，这些变化对应着心脏射出的血液量，即肺灌注量[4]。最近，研究人员探究了该方法在监测健康志愿者和重症患者每搏输出量上的可靠性，结果表明与经肺热稀释法（transpulmonary thermodilution，TPTD）测得的结果有很好的一致性，证实了EIT可以通过分析肺区域的心同步阻抗变化来评估每搏输出量变化[16-17]。
主成份分析，是一种多变量统计分析方法，通过正交变换将收集到的一组可能存在相关性的变量数据转换为一组线性不相关的变量，转换后的变量被称为主成份[18]。有研究者使用该分析方法处理收集到的阻抗变化数据，显示出EIT可以作为一种新的无创心肺监测工具，具有同时、连续测量每搏输出量和潮气量的可行性[19]。
呼吸屏气，是指在使用EIT监测时使实验对象保持短暂的呼吸暂停，同时进行数据采集。短暂的呼吸暂停可以使脉冲同步阻抗变化即时可视化，每条脉冲同步EIT曲线通常与收缩期的阻抗迅速下降相一致，即可得到表示肺动脉血管搏动、肺部血液灌注时对应的阻抗变化数据[19]。Fagerberg等[20]使用呼吸屏气的方法监测8头猪的每搏输出量，该研究以人为方式制造每搏量差异，结果显示EIT可以准确评估肺灌注的差异。
上述收集和分析数据的方法可以实时监测具体的肺灌注变化，采用的方式主要是基于测量肺血管的脉搏波动变化，而不是测量实际的正向肺血流量。但由于血管搏动易受肺血管的扩张性、肺微血管床的大小和通畅性的影响，因此如果发生肺小血管栓塞以及实质结构改变等变化，上述基于搏动方法的监测结果可能会出现偏差[21]。注射高导电造影剂法，是通过人为改变胸部血液灌注过程中的阻抗来进行成像；而周期性肺血管搏动法是基于心脏泵血功能，并运用不同的数据收集和处理方法进行成像。虽前者是有创性方法，但由于后者需要复杂的数据处理且信噪比较低，研究者目前仍多使用前者进行研究。
数据收集完成后，在根据所得数据进行图像重建时，EIT的逆问题算法尤为重要。逆问题是指根据已知电压或电流求电导率的分布及其变化，包括多种重建算法，如以线性反投影法、层剥法等为代表的直接重建算法；以牛顿—拉夫逊法、格拉茨共识重建法等为代表的迭代类算法；以极大后验估计法等为代表的概率统计类算法等[22]。目前，对于非线性逆问题的求解多采用迭代类算法实现图像重建，深度学习算法、一步高斯牛顿法和格拉茨共识重建法在临床上运用较多[15]。近年来，研究者们逐渐关注EIT-CT融合成像法，该方法用CT图像中胸腔及肺部轮廓为重建图像边界提供先验信息，再结合重建算法使得重建图像更接近肺部真实情况[23]。利用先验信息能够提高重建算法解的正确性，但该成像方法仍处于初步研究阶段，如何更好地促使二者融合仍有待进一步探索。
3 EIT监测肺灌注的临床应用
由于EIT具有床旁、实时、无创监测等特性，再结合它具有监测肺灌注、肺通气和气体分布的能力，可以广泛应用于呼吸系统与心血管系统疾病的诊疗[24]。目前，临床上EIT的肺灌注成像主要应用于监测和辅助诊疗一些呼吸危重症疾病，如PE、PH、ARDS等。
3.1 EIT监测肺灌注在PE诊疗中的应用
PE是指由于血栓阻塞肺动脉而产生的临床综合征。目前临床诊断PE的金标准为CT肺动脉造影（CT pulmonary angiography，CTPA），它可直接显示出血栓的部位、形态、大小以及与管腔的关系等。但由于其存在危重症患者转运风险高、辐射剂量大、易产生造影剂过敏、患有严重肾脏疾患患者禁忌使用等不足，临床及科研工作者都致力于寻找一项新的技术来协助诊疗。随着EIT在肺灌注成像方面表现出的优势，使其在PE的诊疗中得到广泛研究，并显现出较好的应用前景[25]。
Nguyen等[26]提出一种新的测量策略，该策略具有新的电极配置与聚焦模式，用以补偿不同边界形状和不同呼吸条件对灌注信号的影响。通过在分段阻塞到大规模阻塞的不同位置和不同程度PE事件上进行模拟测试发现，这种新的测量方式预估PE的肺灌注结果可靠。根据最近一项针对急性呼吸衰竭的 PE 和非PE患者的前瞻性观察研究发现，较高的肺内分流百分比、较高的通气死腔百分比和不匹配的通气/血流（ventilation/perfusion，V/Q）都可以预测PE，研究结果进一步支持了EIT对PE的诊断作用[27]。另外，Wang等[28]也报道了一位患有膀胱癌和前列腺癌的老年男性，在成功行腹腔镜下根治性膀胱切除术和回肠代输尿管术后第6 d右肺动脉干、右肺动脉分支和左肺动脉分支出现血栓栓塞的病例，他们通过EIT监测到肺灌注缺损后，行CTPA检查确诊并给予相应溶栓治疗。在一例与COVID-19相关的高凝状态下青少年肺血栓形成的病例中，Foronda等[4]发现经EIT床旁监测探查到的肺动脉搏动性降低与CT扫描中发现的灌注缺损对应。最近文献[29]报道了一例因COVID-19而导致呼吸衰竭的老年男性，由于其病情不支持行CT扫描，故改为EIT检测后，发现右肺灌注约占22%，左肺灌注面积约占78%，右肺通气约占65%，患者的灌注缺陷表明其存在PE，在给予患者抗凝治疗后，其灌注分布显著改善。
如今，EIT技术已经初步运用于临床PE的诊疗当中，总体来说，在对PE的诊断上应用较多，而在治疗过程中对比治疗前后溶栓效果等临床疗效的研究较少，且其诊断的敏感性相比于CTPA也有一定的差距，如文献[27]研究表明，当死腔面积比例大于30.37%时，此时诊断PE的敏感度和特异度才分别为90.9%和98.6%。今后，随着数字图像质量的不断提升和数据处理算法的不断进步，EIT监测肺灌注成像作为PE诊断的新型诊疗技术，其应用也将日益广泛而深入。
3.2 EIT监测肺灌注在PH诊疗中的应用
PH是一类以肺动脉压（pulmonary artery pressure，PAP）升高、右心室进行性重塑为主要病理生理特征，以右心衰竭为终点的恶性心血管类疾病。目前临床上诊断PH的金标准是右心漂浮导管检查，但因其有创，很难成为临床常规检查手段[30-32]。有研究者通过对比健康人和PH患者的肺血管床EIT信号的差异，发现患者组肺血管床的阻抗变化降低，说明重塑的肺血管床在肺灌注时流入的血液较少，可能存在肺血管数量减少和顺应性降低[31]。Proença等[32]提出并研究了一种对PH患者的肺动脉压进行无创监测的新方法，通过EIT数据估算出与肺动脉压相关的脉冲传输时间，发现肺动脉压水平升高与不同病理PH 的脉冲传输时间缩短相关，表明了EIT可以在多种病理生理条件下监测肺动脉压的变化，这为PH患者提供了新的替代方案。2020 年，该团队又通过EIT监测到低氧诱导健康志愿者的肺动脉压改变，结果显示与经胸超声心动图测算的估计值具有很好的一致性[33]。最近，Hovnanian等[34]使用EIT评估了PH患者肺灌注阻抗变化与血流动力学特征、严重程度和预后之间的关系，发现基线时测量的阻抗变化越小，患者病情越严重，表明EIT在判断PH患者预后方面有着巨大的优势。EIT在PH诊疗上的优势在于能够较早发现肺部血液灌注时微弱的阻抗变化，从而推断出PH患者肺部血管重塑的严重程度，进而能够达到及早发现、及时干预治疗的目的；且一些研究也证实了EIT与超声心动图测量的肺动脉压之间存在较好的一致性，这些都说明EIT可以对PH患者进行无创评估及预后判断[33]。
3.3 EIT监测肺灌注联合肺通气在ARDS诊疗中的应用
ARDS是一种急性弥漫性炎症性肺损伤，由肺炎、非肺部感染、创伤、输血、烧伤、误吸或休克等易感危险因素诱发。其临床特征为动脉低氧血症和弥漫性影像学改变，伴肺内分流增加、肺泡死腔样通气增加和肺顺应性降低[35]。在对ARDS的治疗过程中，临床医生需要动态监测患者肺通气血流分布状况，以明确ARDS的演变情况。此时，医生可以根据EIT成像明确ARDS肺通气与灌注的变化情况，优化呼吸机参数设置，同时监测有无相关并发症发生。
目前，探索EIT肺灌注联合肺通气监测在ARDS诊疗及机械通气呼气末正压（positive end expiratory pressure，PEEP）滴定时的作用的研究已较多。Spinelli等[2]以50例不同严重程度的ARDS患者为研究对象，应用EIT监测患者的仅肺灌注单位百分比和仅肺通气单位百分比，发现二者之和可以作为患者死亡率的独立预测因子，其和越大（匹配单位的截断值为27%），患者预后越差（预测死亡率为77%，特异性为87%），提示ARDS病情越重。此外，该团队还在研究中指出，由于氧合和肺顺应性差异，PEEP对不同严重程度患者的影响不同，利用床旁EIT技术监测评估通气/灌注的情况，对于识别死亡风险较高患者和指导重症患者治疗具有重大意义。文献[36]比较了COVID-19相关性ARDS和非COVID-19相关性ARDS患者不同模式下对PEEP反应，该研究根据EIT结果将肺泡过度膨胀和塌陷的最小和定义为最佳PEEP值，结果显示，与非COVID-19相关性ARDS患者相比，COVID-19相关性ARDS患者在低PEEP下表现出较多的肺泡塌陷，在高PEEP下表现出较少的过度膨胀。在使用机械通气治疗时，过度通气往往发生在腹侧区域，并导致阻抗升高，这些情况均可通过EIT检测到。在这些区域，由于信号在整个呼吸周期中不会有明显变化，因此EIT监测仪显示为类似发生在非通气区域一样的沉默显像[37]。Pavlovsky等[38]利用EIT技术探索应用PEEP治疗ARDS的部位效应及机制时发现，在非重力依赖区域通过减少死腔通气，而在中间区域和重力依赖区域减少肺内分流，可以改善区域V/Q比例失调。另外，在ARDS患者中，血管外肺水（extravascular lung water，EVLW）的监测也显得尤为重要，它是指除肺血管腔以外的肺组织含水，包括肺泡内水肿液、肺间质水液、细胞内水液等，其数值变化与肺水肿密切相关，对于进行液体治疗管理具有十分重要的作用[39]。研究发现，运用EIT监测血管外肺水具有一定的可行性，比如Kunst等[40]评估了14 例连续非心源性急性呼吸衰竭患者的 EVLW 水平，发现经EIT与经温度—染料双指示剂稀释技术监测到的结果具有良好的相关性和可重复性。
EIT具有良好的区域可视化功能，相较于传统的整体呼吸力学参数，它更能有效地针对患者进行个性化治疗。EIT在指导重症ARDS患者的个性化PEEP滴定及俯卧位通气的治疗、监测区域V/Q及EVLW上具有很好的应用价值。
4 小结与展望
综上所述，EIT根据人体呼吸及灌注时阻抗变化的不同来显示全域或者某一区域肺组织的病理生理特点。在监测肺灌注成像的方法学上，有注射高导电造影剂法和周期性肺血管搏动法等，它们有着各自的优缺点。有学者表示，注射高导电造影剂法比周期性肺血管搏动法在可行性和准确性方面更为优越，研究者可以根据实际情况加以选择[7]。另外，EIT在监测肺灌注的临床应用上也具有较好的前景，该技术能够为临床医生提供较多的病理生理学信息，当前相关应用主要集中在协助明确PE、PH等疾病的诊断和预后判断，指导ARDS患者进行个性化治疗等。虽然利用EIT进行诊疗已相对成熟，但EIT在判断肺通气、肺灌注改变的病因上缺乏特异性，仍需大规模临床研究进一步深入探索，以分析不同病因引起的肺部病理改变有无差异。另，由于低分辨率、低信噪比和数据处理纷繁复杂等因素， EIT的应用仍有局限。相信随着数据采集技术的更新和算法的优化，以及大规模临床试验的开展，EIT的规范化监测将在临床得到更加广泛应用。
重要声明
利益冲突声明：本文全体作者均声明不存在利益冲突。
作者贡献声明：佘林君负责相关文献的收集、整理和论文撰写；周睿参与文献资料分析；潘盼、李展、刘继红对论文提出撰写和修改建议；谢菲负责论文选题、修改和审校。