基于电阻抗成像技术实时监测小猪肺出血模型的实验研究

代萌，徐灿华，杨滨，夏军营，刘本源，刘锐岗，史学涛，尤富生，付峰

第四军医大学 生物医学工程系，陕西西安 710032

基于电阻抗成像技术实时监测小猪肺出血模型的实验研究

代萌，徐灿华，杨滨，夏军营，刘本源，刘锐岗，史学涛，尤富生，付峰

第四军医大学 生物医学工程系，陕西西安 710032

目的探讨基于电阻抗成像技术（EIT）实时监测小猪肺出血模型的可行性。方法 以小猪肺出血模型为研究对象，采用EIT实时连续监测小猪肺出血过程中的电阻抗变化。结果 当注血量每5mL逐渐增加时，EIT图像的相应区域呈红色显示，并逐渐增强，EIT所显示的出血位置与CT所示的基本一致。定量分析结果表明，当注血量每5mL逐渐增加时，图像上提示区域的阻抗、面积变化逐渐增大，EIT定量分析指标与注血量存在良好的相关性。结论 EIT技术能够实时有效地检测小猪肺出血引起的电阻抗变换，为临床研究奠定了基础。

电阻抗成像技术；肺出血；动物实验；新生儿；阻抗信号

0 前言

肺出血是由于各种原发性或继发性肺损伤引起出血的临床危重征象，是新生儿常见的主要死亡原因之一[1]。据国内外文献报道，新生儿肺出血的发病率约1‰～12‰，而死亡率高达74.6％[2-3]。与此同时，由于肺出血的发病机制尚未完全明确，所以临床上仍缺乏早期诊断的方法，当患儿出现口鼻涌出血性泡沫液体的症状时已属晚期[4-5]。虽然传统的大型影像设备可用于确诊新生儿肺出血，但因其体积过于庞大、有辐射性，无法对具有潜在发病可能的新生儿进行床旁实时监测，无法满足临床上早发现、早治疗的需要。

电阻抗断层成像技术（Electrical Impedance Tomography，EIT）因其无创、无辐射、便携化、采用安全电流获取信号、功能成像等特点，使其能够在床旁对患儿进行实时动态的图像监护，有助于新生儿肺出血的早期发现、及时预警，具有巨大的临床应用价值。实际上，利用EIT技术，开展

VOL.30 No.07

RESEARCH WORK针对其他脏器内出血实时监测的研究已有相应报道。代萌[6]等、徐灿华[7]等均报道了采用EIT技术实时发现和监测小猪脑出血的过程；帅万均等[8]证明了EIT可以检测到小猪腹腔内出血；尤富生等[9]报道了利用EIT监测一名肾出血病人并成功救治的案例。由此可见，EIT技术在监测临床内出血的应用方向极具前景，但针对肺出血的EIT检测与监测研究却鲜有报道。本研究以小猪为实验对象，利用EIT技术监测其肺出血过程，并对出血程度和范围进行初步的定量分析。

1 材料和方法

1.1 一般资料

选取小猪14只，其中雌性7只，雄性7只，年龄4～6周。

1.2 数据采集

采用常规麻醉后，对胸部一周行备皮处理；在胸骨尖突上方5cm处，等间隔安放16个电极；经小猪股动脉抽取20mL自体血并加肝素抗凝；在行EIT监测的同时，将小猪自体抗凝血注入肺脏内，每次注射5mL，注射4次；观察注血过程中EIT图像的相应变化（图1）。

图1 利用EIT系统监测小猪肺出血模型的实验现场

1.3 呼吸阻抗信号滤除

在试验过程中，当小猪处于呼气末期时，EIT图像上的相应位置可以观察到出血信号；当小猪吸入空气后，空气在肺部引起的阻抗变化远大于出血引起的阻抗变化，EIT图像上的出血信号基本被空气信号湮没，见图2（a）。因此，为消除呼吸阻抗信号的影响，本研究对原始阻抗测量信号进行了分析与处理。原始阻抗测量信号的基线随着注血量的增加而降低，说明小猪肺部整体阻抗呈下降趋势，但整体信号都受到了周期性呼吸阻抗信号的干扰，见图2（b）。通过分析与比较注血前后小猪肺部阻抗信号功率谱发现，小猪自主呼吸而不施加干预时的阻抗信号功率分布与注血后的阻抗信号功率分布存在明显不同：0.26 Hz处的尖峰提示小猪的呼吸频率约为15次/min；而在注血后的功率谱中，＜0.15 Hz的低频功率成分可认为是注血阻抗信号。所以，通过设计以0.15 Hz为截止频率的数字低通滤波器，将呼吸阻抗信号进行抑制而进一步突出注血阻抗信号，见图2（c）。

图2 呼吸阻抗信号滤除

1.4 EIT图像定量分析

为初步定量研究EIT图像上注血信号的阻抗变化程度，用平均阻抗值（Average Resistivity Values，ARV）来衡量注血信号阻抗变化的平均值；感兴趣区（Region of Interest，ROI）（％）来衡量注血信号面积占整个肺区面积的比例。

2 结果

滤波后，小猪肺出血的EIT图像序列见图3（a）。当注血量逐渐增加时，EIT图像的相应区域（图上左侧位置）呈红色显示，并逐渐增强；同时，影像结果提示，EIT所显示的出血位置与CT所示出血位置基本一致，图3（b）。

图3 小猪肺出血的EIT图像序列与CT图像

EIT图像定量分析结果表明，当注血量每5mL逐渐增加时，图像上所提示区域（左侧红色区域）的ARV、ROI均逐渐增大，EIT定量分析指标与注血量存在良好的相关性（图4）。

图4 小猪肺脏注血量与EIT出血区域的关系

3 讨论

本研究首次证实了采用EIT技术对小猪肺出血模型进行实时监测的可行性，并对出血程度进行了初步的定量分析。通过本试验发现，由于血液组织与肺脏组织之间电阻抗存在差异，理论上可以由EIT检测并成像，但由于呼吸过程带来的信号干扰，使出血阻抗信号被湮没。本研究通过数字滤波的方法将呼吸阻抗信号滤除，有效地获得了肺出血所产生的阻抗信号，再通过EIT成像方法间接地反映出肺出血的程度和分布，为临床研究奠定了良好的实验基础。

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Experiment Study on EIT-Based Real-Time Monitoring of the Little Pig Pulmonary Hemorrhage Model

DAI Meng, XU Can-hua, YANG Bin, XIA Jun-ying, LIU Ben-yuan, LIU Rui-gang, SHI Xue-tao, YOU Fu-sheng, FU Feng
School of Bio-Medical Engineering, The Fourth Military Medical University, Xi’an Shaanxi 710032, China

Objective To explore the feasibility of EIT-based（Electrical Impedance Tomography）realtime monitoring of the little pig pulmonary hemorrhage model.Methods As the objective of this study, electrical impedance changes of little pig pulmonary hemorrhage model was constantly and real-timely monitored with adoption of EIT.Results Gradual increase of each 5mL of injected blood volume resulted in redness displayed in EIT images incorresponding areas and gradual enhancement.The hemorrhage locations revealed by EIT accorded with those displayed by CT.Quantitative analysis results indicated that gradual increase of each 5mL of injected blood volume leaded togradually-enlarge delectrical impedance and area in the relevant locations in EIT images, which proved the relevance between EIT quantitative analysis indicators and the injected blood volume.Conclusion EIT could realtimely monitor the electrical impedance changes caused by pulmonary hemorrhage in little pigs in an effective way, which laid a solid foundation for clinical researches.

electrical impedance tomography；pulmonary hemorrhage；animal experiments；neonates；impedance signals

R318

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.07.006

1674-1633（2015）07-0019-03

2015-06-28

军队课题（AWS14C006，CWS12J102）；国家科技支撑计划课题（2012BAI20B02）。

付峰，教授，博士生导师。

通讯作者邮箱：fengfu@fmmu.edu.cn