影像学检查在ARDS机械通气患者呼气末正压滴定中的研究现状

王晓玉，周伊南，赵婷，武艳旭，李向阳

复旦大学附属华东医院 呼吸与危重症学科，上海 200040

引言

急性呼吸窘迫综合征（Acute Respiratory Distress Syndrome，ARDS）是一种肺部急性炎症损伤疾病，其病理生理特点包括肺泡塌陷，严重通气血流比例失调、肺容积减少、肺顺应性降低等变化。在近期研究数据统计中，重症监护病房23%接受机械通气患者都存在ARDS，其死亡率可达40%，高死亡率与发病时肺损伤严重程度有关[1]。尽管历经数十年研究，ARDS的治疗手段仍然有限。目前，ARDS患者唯一有效的治疗手段仍是机械通气治疗[2-3]。恰当的机械通气治疗可以显著降低患者病死率，反之则会进一步增加患者病情，造成呼吸机相关性肺损伤（Ventilator-Induced Lung Injury，VILI）[4-5]，更甚者危及患者生命。

自1975年Suter等[6]在新英格兰上提出最佳呼气末正压（Positive End Expiratory Pressure，PEEP）的概念，国内外科研人员不断探索滴定最佳PEEP的研究方法。现阶段，科研人员主要从氧合水平、胸肺力学和影像学检查指标这三个方面进行ARDS患者PEEP值滴定研究[7]。目前，有关最佳PEEP滴定的研究不断增多，以氧合水平、胸肺力学等为基础的PEEP滴定，无法满足临床医生对肺部情况监测的要求。就影像学检查而言，用来评估ARDS机械通气患者PEEP滴定的手段主要是电子计算机断层扫描（Computed Tomography，CT）、数字X线摄影（Digital Radiography，DR），其次为电阻抗断层成像（Electrical Impedance Tomography，EIT）和肺部超声[8]，正电子发射型计算机断层显像（Positron Emission Tomography，PET）应用较少。随着影像学技术的发展与进步，可以实现临床医生对肺部情况的监测，有利于减少VILI的发生。本文主要介绍ARDS机械通气患者PEEP滴定影像学研究现状，并有助于临床医生掌握这一技术的最新进展，提高临床医生的决策效率，促进医学技术的进步。

1 数字X线摄影

数字X线摄影（Digital Radiography，DR）是临床中床旁评估急性呼吸衰竭的常用检查手段，该技术通过向人体发射一定剂量的X线，穿过吸收能力不同的人体组织，在其后的探测仪上接收到衰减后的X线能量，从而形成胸部二维图像。有研究已经证实在PEEP滴定过程中，DR密度改变与P-V曲线计算的肺容积有很高的相关性[9]。

DR具有操作简单、便捷等优势，在评估ARDS患者病情方面提供了便利，但仍存在诸多局限性，例如成像模糊、难以定位等。这些局限性一定程度上妨碍了医生进行更准确的判断。

2 电子计算机断层扫描

CT是一种高空间分辨率的结构成像技术，该技术利用不同人体组织密度对射线衰减的差异重建成相应扫描层面的图像。1983年，Rommelsheim等[10]首先将CT应用于ARDS患者，但该研究未引起医学界的关注，直到1986年Maunder等[11]和Gattinoni等[12]发表的文章改变了公众对ARDS的认识。他们发现ARDS的密度主要分布在肺部依赖区，并不像胸部X线显示的那样均匀分布。

现阶段，临床上常应用CT进行ARDS的诊断、评估肺招募能力、明确肺内或肺外疾病影响因素、评估预后以及随访等[13-14]。动态的CT扫描通过呼吸周期可以定量评估肺泡膨胀和塌陷，这有助于我们了解ARDS的病理生理，以此来调节PEEP[15]、俯卧位通气[16]等疾病影响因素。运用动态CT肺通气图像来指导ARDS机械通气患者的肺复张已经被证实具有实际意义[17]，在临床上得到了广泛的应用。例如，Leiser等[18]通过CT扫描将肺超重（Excess Lung Weight，ELW）指标作为一个无创的参数来确定ARDS患者肺水肿的程度，得出该指标与患者平均SOFA和SAPS II评分有很强的相关性，提示ELW可作为评估ARDS严重程度的早期放射学标志。

CT可以作为评价ARDS患者肺内气体分布的金标准，我们通过比较不同PEEP水平下的CT图像，可以估计在较高PEEP下肺招募肺泡数量相对于基线时肺泡数量的比值。研究人员常用该方法来评估临床研究中的肺泡招募情况，但由于ARDS机械通气患者行动不便、CT价格昂贵且具有辐射性等因素，在实际临床应用中受到一定的限制。

3 电阻抗断层成像

20世纪80年代初，Brown等[14]将EIT引入医学界，并逐渐将其应用于肺功能、胃排空、大脑功能、乳房成像等，其中肺功能成像为主要的应用范围[19]。国外科研人员利用EIT监测ARDS机械通气期间通气分布、指导肺复张和区域呼吸力学等变化[20]，并在此基础上探索一系列肺通气保护策略[21-22]。我国研究人员在EIT方面的研究有着悠久的历史，这可以追溯到20世纪80年代，但EIT的临床应用研究在中国很少，该仪器直到2014年4月获得中国食品药品监督管理局批准后，经历了快速的发展。

EIT是一种无创的床旁监测仪器，其中肺功能成像为最主要的应用领域。EIT肺功能成像基本原理是将一条含16个电极的电极缚带缠缚到患者胸壁上，将另一端的参比电极连接到身体中央部位，在16个等间距电极带上加入交变电流，同时测量电极对之间的电位差，将所获得的数据经过一定的重构算法获得相应的胸部电阻抗成像图像，以跟踪胸部区域内阻抗的变化[23]，该图像可以实时监测通气与血流在肺内的整体与局部分布情况，显示PEEP的变化对肺泡膨胀或者塌陷的影响，实现了EIT指导最佳PEEP值的滴定。

在评估肺通气分布状态方面，Costa等[21]研究人员利用区域容积结合驱动压来估计肺塌陷和膨胀，提出了一种基于EIT评估可招募性肺泡塌陷及其区域分布的方法，并与CT量化的塌陷位置相一致，为后续开展EIT相关研究提供了理论基础。在此研究基础上，我国开展了第一项EIT仪器方面的前瞻性动物研究，该研究以10头健康雄性小猪为受试对象并建立ARDS机械通气模型，进一步提出了一种EIT图像分类方法，即分为正常通气图像、过度通气图像和肺膨胀塌陷图像，在PEEP滴定过程中同时测量肺动态顺应性、血流动力学和气体交换指数，该研究得出EIT监测结果与测量血气结果相一致，且EIT图像中招募像素数量与PaO2/FiO2相关系数为0.89±0.12（P=0.02），P值具有统计学意义[24-25]。该研究采用的方法是一种直接在床旁定量评估肺膨胀和塌陷的方法，为后续开展相关的临床试验研究奠定良好的基础。

在指导肺复张患者的临床应用方面，有研究利用局部通气延迟指标（Regional Ventilation Delay Index，RVD）量化某些肺部区域（象限和像素）达到一定阻抗变化阈值所需的时间[26]，提出RVD通过可视化局部肺通气延迟情况，为临床医生指导肺复张患者PEEP滴定研究提供可行性。在此研究基础上，Murders等[27]利用EIT测量在缓慢补气呼吸过程中的RVD来计算潮气补充量，提示潮气补充量可以通过以EIT为基础的RVD来计算，实现呼吸周期中局部肺组织复张与过度膨胀肺泡容积的量化。我国主要在EIT监测术后肺复张患者的PEEP滴定方面开展了一系列观察性研究[28-30]。其中，有学者探究了老年患者肺切除术后通过EIT监测个体化PEEP滴定对苏醒期呼吸力学及氧合的影响，结果显示利用EIT监测个体化滴定PEEP值可以改善苏醒期氧合指数、降低驱动压、改善肺动态顺应性，但对拔管时间、拔管后低氧血症发生率及苏醒室停留时间无明显影响，为EIT监测手术过程中需要肺复张患者提供了临床应用基础。

近期，2019-nCoV传播迅速，已经给世界各地的医院和重症监护室造成了严重的负担。早期研究显示29%的病例进展为ARDS[31]，科研人员在以往研究基础上，利用EIT基于最低的相对肺过度膨胀和塌陷情况进行中、重度ARDS患者个体化PEEP滴定，结果显示EIT可以为临床医生在2019-nCoV相关ARDS机械通气患者PEEP滴定中提供帮助[32]，有利于提高患者的生存率，然而，对于EIT引导的PEEP滴定在该患者中的安全性和有效性，未来仍需更多的临床数据支持。

EIT具有高时间分辨率，该设备每秒可产生多达50幅图像，使其对肺部气体分布进行动态研究，提供了一套无法通过其他成像方式获得的有用信息[33]，具有广阔的发展前景。但由于EIT指导ARDS机械通气患者参考标准和临床操作尚无统一规范、数据处理软件较复杂等，在临床应用中受限，未来仍需进一步研究来指导临床医生实际操作。

4 肺超声

肺超声作为一种肺部诊断工具，其使用可以追溯到20世纪60年代，但直到最近，该仪器的应用才扩展到监护室中。正常情况下，超声波通过肺部会被反射，因为充满气体的肺部难以形成影像；在ARDS患者中，特别是胸腔积液和肺实变的情况下，病变肺部气体含量降低以及气体与组织比例改变可以增强超声波的传导，使其成像。

肺超声在研究ARDS疾病中属于较新的研究领域，主要应用于肺水肿的监测[34]。肺超声评分与血管外肺水指数和CT测量结果均有良好的相关性[35]。此外，在与脓毒性休克相关的ARDS早期，肺超声评分显示了液体负荷引起的肺通气损害[36]，因此，它被认为是液体复苏的保障。肺超声还有助于早期发现和适当治疗机械通气患者的肺部并发症，例如肺超声对于气胸和胸腔积液的诊断都有很高的准确性[37]，这大大提高了胸腔穿刺的安全性和有效性。

肺超声是一种实时成像方式，具有无创性、无辐射性、便携等优势，此外，世界重症超声联盟推动的肺部超声国际共识会议最近标准化了肺部超声的命名和技术，并提供了在临床实践中的使用建议，使其在ARDS患者床旁胸部成像方面发挥越来越重要的作用[38]。但是肺部超声对肺泡过度膨胀监测欠佳，因肺超声指导PEEP滴定难以实现定量分析以及需要高年资专业医生进行操作等因素，要实现常规的临床应用，仍需要更多临床试验的支持。

5 正电子发射型计算机断层显像

PET在临床和实验研究中越来越多地应用于ARDS和VILI的病理生理学研究。PET可以量化肺区域灌注、通气、肺血管通透性、水肿、炎症细胞代谢活动、酶活性和肺基因表达[39]。PET具有辐射性、扫描时间较长等不足，临床常规应用PET扫描ARDS患者是不可行的，但有研究表明PET扫描可提示高危ARDS患者，以便这些患者行早期治疗，降低ARDS的发生率[40]。

现阶段，新型PET示踪剂和技术已经被开发用于成像肺部炎症的其他方面，如诱生型一氧化氮合酶表达[41]、肺基因表达[42]等。目前联合应用PET-CT以及PET-MR扫描仪[43]使多模态成像成为进一步了解ARDS的有用工具。

6 总结与展望

在重症监护病房中，临床医生在进行PEEP值滴定时，首先需要明确所要达到的目标，例如改善氧合水平、进行完全肺复张、评估肺泡膨胀程度等，每个目标都取决于疾病的性质和程度，而持续评估呼吸状态是治疗疾病的基础，影像学检查被认为是诊断和监测ARDS的关键[44]。

临床常规应用的影像学检查也包括MR，目前该仪器在ARDS方面仅限于实验性研究[45]，但MR与区域灌注测量相结合，为测量肺通气和灌注的区域分布提供了一种新的方法，未来应用于临床仍需更多的数据支持。最后，如果未来CT在低辐射剂量下进行床旁扫描，它在ARDS患者中的使用应该更加广泛。临床医生在评估患者病情时应掌握这些技术的发展现状，提高临床决策水平，使患者更快地受益。