振动反应成像技术在急性呼吸窘迫综合征患者肺复张评估中的应用

王 丽，宋宁宁，孙丽华，刘 云，谭 焰

0 引 言

肺复张是急性呼吸窘迫综合征（acute respira⁃tory distress syndrome，ARDS）重要的治疗策略。ARDS患者的肺均有一定的可复张性，临床应用呼气末正压（positive end-expiratory pressure，PEEP）实现肺复张。目前评估肺复张效应的方法有胸部CT、肺部超声、压力容积曲线（pressure-volume curve，PV）法等［1-2］，但其应用均受到一些客观因素的限制。振动反应成像技术（vibration response imaging，VRI）是一种便携，床边可实施的肺部成像技术。研究显示，VRI可以反映呼吸过程中不同区域的肺通气状况［3-4］。本研究旨在探讨VRI在ARDS患者肺复张评估中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象选取2015年1月至2017年6月南京医科大学附属南京医院呼吸与危重症医学科20例ARDS患者。纳入标准：①年龄18～75岁；②符合柏林指南的中-重度ARDS诊断标准［5］；③需进行有创机械通气；④血流动力学稳定。排除标准：颅内高压、气胸、大量胸腔积液、支气管胸膜瘘、胸廓脊柱畸形、皮肤损伤、妊娠、起搏器安置术后及2个以上肺外器官功能障碍。患者平均年龄（67.1±6.0）岁，其中男14例，女6例。APACHE II评分平均（22.5±5.6）分，主要病因为重症肺炎患者15例，严重全身感染患者5例。本研究通过南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院）伦理委员会批准（批准号：2015-03-18），患者及其家属均签署知情同意书。

1.2 方法所有患者均充分镇静，实施机械通气（Hamilton G5呼吸机），潮气量设置为6 mL/kg，呼吸频率20次/min，呼气末正压通气（PEEP）5 cmH2O（1 cmH2O=0.98 kPa），吸氧浓度100%。通气15 min，抽取动脉血进行血气分析，床边记录VRI图像，描记静态PV曲线。再将PEEP调至15 cmH2O通气15min，重复上述操作，然后将通气参数恢复至基线水平。

1.2.1 PV曲线评估肺复张效应 患者充分镇静肌松，采用低流速法描记PEEP为5、15 cmH2O时静态PV曲线，分别记录2条曲线在压力为15 cmH2O时对应的容积，其差值即为肺复张容积［6］。

1.2.2 VRI评估肺复张效应 采用VRIxp设备（Deep Breeze，以色列Or-Akiva），分别记录PEEP为5和15cmH2O时患者的VRI图像。患者平卧位，将2个传感器阵列通过负压分别吸附于前胸部，记录12s肺部的振动，并通过滤波消除胸壁运动和心音等干扰。监测振动能量曲线、振动能量图、肺部定量数值（quantitative lung data，QLD）、干湿啰音和左右肺能量峰曲线（EVP曲线）。其中吸气相振动能量曲线达峰值时对应的振动能量图为最大能量图，记录双肺上中下6个区域的QLD值。用MATLAB 7.0软件计算最大能量图的灰阶图像平均灰度值和面积占比。

1.2.3 动脉血气 抽取动脉血，测动脉血氧分压、二氧化碳分压和血氧饱和度，计算氧合指数。

1.3 统计学分析采用SPSS 17.0统计软件进行分析。计量资料采用均数±标准差（xˉ±s）表示，组间均值比较采用配对t检验，相关性检验使用Pearson检验。以P≤0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 VRI图像分析结果与PEEP 5 cmH2O比较，PEEP 15 cmH2O的VRI图像最大能量图平均灰度值下降（P＜0.05），图像面积占比显著增加（P＜0.01），QLD左上、左中显著降低，左下、右下显著升高（P＜0.05），见表1。图1显示PEEP 15 cmH2O较5 cmH2O最大能量图平均灰度值由171.3降至157.5，面积占比由56.4%增至61.1%，QLD值双侧上中肺区域降低，而下肺区域增高。

2.2 VRI图像与肺复张容积的相关性患者的平均肺复张容积为（535±283）mL。PEEP 15 cmH2O的VRI图像平均灰度较PEEP 5 cmH2O增加-5.6±12.8，增加值与肺复张容积呈负相关（r=-0.785，P＜0.01）。图像面积占比增加（3.8±4.8）%，增加值与肺复张容积呈正相关（r=0.793，P＜0.01），见图2。

PEEP为5、15 cmH2O时，患者氧合指数分别为（116.3±25.6）、（175.4±33.5）mmHg，改善值为（59.1±36.2）mmHg，与VRI图像的平均灰度增加值呈负相关（r=-0.740，P＜0.01），与图像面积占比增加值正相关（r=0.581，P＜0.01）。

表1ARDS患者不同PEEP水平时VRI图像分析结果的比较（xˉ±s）Table 1 VRI data on the ARDS patients with different levels of PEEP（xˉ±s）

图1 典型ARDS患者的VRI图像Figure 1 VRI images of a patient with typical ARDS

图2 VRI与肺复张容积的相关性Figure2 Correlation of the mean gray value and gray area of VRI with the recruited lung volume

3 讨 论

肺复张是ARDS保护性通气策略的重要组成部分。目前对ARDS患者肺复张效应评估主要是影像学和功能学评估［6-8］。VRI可记录肺部气流产生的振动信息，经数据转换处理，得到与时间相关的肺部动态图像。已用于重症患者的床旁监测，实时显示呼吸过程中肺泡复张及通气情况［9］。本研究进一步观察VRI在ARDS患者肺复张评估中的价值。

本研究中，PEEP由5增加至15 cmH2O时，VRI最大能量图的面积明显增加，提示原先无气流通过的塌陷肺泡得到复张；当气体经过这部分区域时也较前容易，因而图像的灰度值明显下降。同时，气流在肺内的分布也发生了改变，由两上肺向双下肺有所增加。Lev等［10］研究也显示，当机械通气患者的PEEP水平从0至15 cmH2O增加时，VRI动态图像监测到肺内气流分布自肺尖向横膈有明显变化，且气流分布与肺顺应性有关，顺应性较差的区域分布减少，与本研究结果相似，监测结果显示了很好的可重复性。

VRI图像的QLD值反映了两肺6个不同区域的振动能量占全肺振动能量的百分比，直观地显示了肺内气流和气道阻力的分布情况，可以直接从机器读取。研究显示，正常人的VRI图像QLD值上中下左侧为12%、20%、24%；右侧为8%、15%、21%［11-12］。ARDS患者因肺损伤的不均一性造成了QLD值的异常。本研究中，PEEP为5cmH2O时，肺内气流分布主要集中在双侧上、中肺区域，而双下肺较少（左下11.7%，右下11.5%），这与ARDS的病理生理特征基本相符。当PEEP增至15 cmH2O时，双下肺气流分布明显增加（左下14.0%，右下15.7%），表明下肺塌陷的肺泡复张，虽未能达到完全正常，但气流在肺内的分布趋于均一。此外，VRI动态图像可以识别气胸、胸腔积液、肺炎、肺气肿等［13-15］，有助于判断肺复张是否导致了肺泡过度膨胀或气胸。

本研究显示，PEEP由5增至15 cmH2O时，ARDS患者VRI图像改变与肺复张容积有良好的相关性，且氧合指数的改善值与VRI图像改变也有较为一致，提示VRI可作为评估ARDS患者肺复张效应和氧合的有效方法。

与其他方法比较，VRI可以在床旁实施，直观、无辐射、安全便捷，可重复性好，有助于指导ARDS患者肺复张的科学实施和PEEP的合理设置。Shi等［16］通过动物实验比较了VRI与电子阻抗成像，两者在评估ARDS不同区域的肺通气分布上无显著差异。当然，VRI也存在一些局限性。其结果受肺组织、胸壁、皮肤软组织厚度及周围环境噪声的影响，尤其是患者存在胸腔积液、咳嗽、气道痉挛时，会直接影响图像的形态和结果。因此，需要有经验的医师进一步对图像进行分析，去除伪影和干扰。此外，VRI机器虽能直观地看到图像，直接读取QLD值，但无法精确计算图像平均灰度和面积，需要后期应用图像软件进行分析计算，给临床应用带来一定困难。

综上所述，本研究结果显示床边VRI监测能较好地评价PEEP对ARDS患者所致的肺复张效应。如能改进VRI机器的软件功能和计算能力，将进一步提升VRI的床边实时监测价值，为个体化实施ARDS的肺保护性通气提供新的方法。