电阻抗断层成像技术(electrical impedance tomography，EIT)作为一项新兴的功能性成像技术，具有无损伤、便携、图像监护等突出特点。肺功能成像是目前EIT最主要的应用领域，可以实现实时动态监测肺通气及血流灌注。本文对肺EIT在儿童呼吸系统疾病及其诊疗过程中的应用基础及临床研究进展进行总结，为未来EIT技术在儿科临床急救领域的推广应用提供帮助。
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EIT技术是继形态结构成像之后新一代的功能成像技术，具有无损伤、便携、图像监护等突出特点。人体组织阻抗主要取决于电阻和电容，组织中的液体决定组织的电阻特性，细胞脂质膜决定生物组织电容特性。根据人体内不同组织、不同病理生理状态下具有不同电阻抗这一物理原理，通过各种方法施加人体安全驱动电流/电压，在体外测量相应电压/电流信号，以重建人体内部的电阻率分布或其变化的图像。EIT的优势在于利用生物阻抗所携带的生理和病理信息，实现无损伤功能性成像和医学图像监护。
1987年，Sheffield团队利用人体内各种组织的电阻抗制作电阻率分布的层析图像地图，即应用势层析成像，使用反投影计算法，获得第一个EIT临床图像[1]。1996年，来自同一团队的Metherall等[2]用敏感法绘制了第一张三维EIT图像。电阻抗和漫反射光学重建软件计划推动呈像技术的发展，也为EIT的临床应用解决各种技术问题[3]。
当前EIT的临床应用主要在胃动力检测、肺功能成像、乳腺癌的早期诊查、脑出血、脑卒中等方面，其中，肺功能成像为目前EIT最主要的应用领域[4,5,6,7,8]。肺EIT是通过测定不同通气状态下电阻抗的变化，实时动态监测肺通气与血流分布，成为床旁监测呼吸机应用的实用工具。
临床上使用EIT监测肺通气早在1978年即由Henderson和Webster[9]提出。将16或32个电极对环绕置于胸壁，通过体表电极施加安全微弱电激励形成生物电磁场，测量由体内的电阻抗分布所引起的体表电特征性变化。通电和测量电极对的位置依次轮换，围绕整个胸腔持续进行，轮换一圈后的测量结果即为一帧，用于重建横断层面图像[10]。临床应用中，将肺EIT的状态图像分成几个平行区域或几个象限，称为定制兴趣区(regions of interest，ROI)，各ROI覆盖的区域由相应的区域阻抗波形显示。与全局阻抗波形相比，区域阻抗波形显示特定ROI内阻抗变化的总和，可比较肺部不同区域内的阻抗变化，从而比较肺的区域通气分布情况。在临床使用过程中，常将ROI3～ROI4区认定为肺重力依赖区。当患者发生体位变化时，可导致肺重力依赖区的改变，从而影响肺整体和局部通气的分布[11]。
EIT通气监测参数可以分为空间分布参数和时间分布参数两类，空间分布参数主要包括潮汐阻抗变化，局部呼吸系统顺应性，肺过度伸展和肺塌陷，通气中心和整体不均匀性参数等；时间分布参数主要包括局部通气延迟和内部气体分布等。
ARDS以各种非心源性的肺内外致病因素引发的急性、进行性低氧性呼吸衰竭，是儿科临床常见的病因复杂的危重症之一，在PICU的住院病例中病死率高达17%。其特征性病理生理改变是：肺泡毛细血管通透性增加、肺泡塌陷、肺容积减少、肺顺应性降低、严重通气/血流比例失调[12]。机械通气以改善患儿的通气与氧合为目标，以维持足够的氧供和脏器功能。肺保护性通气策略是ARDS机械通气治疗的重要措施，选择最佳呼气末正压(positive end-expiratory pressure，PEEP)是其中的重要组成部分。ARDS患儿的肺部病变个体差异很大，存在不同程度的肺不张，如何在保证肺复张的同时避免呼吸机相关性肺损伤(ventilation-associated lung injury，VALI)，选择最佳的PEEP是ARDS机械通气治疗的热点问题之一。多项研究通过对应用机械通气的ARDS患者逐步增加和降低PEEP水平，利用EIT精确测量全肺及区域性肺部通气的分布，显示PEEP的变化对肺泡扩张与塌陷的影响，通过EIT滴定最佳PEEP，实现了个性化保护通气策略，体现了EIT在ARDS机械通气治疗过程中的重要作用[13,14]。Franchineau等[15]对15例VV-ECMO治疗的ARDS患者进行EIT导向的PEEP滴定时发现，即使在ECMO支持、潮气量极低的情况下，EIT监测依然可行；EIT监测显示：ECMO支持下不同的患者PEEP需求和肺过度膨胀与塌陷的个体差异巨大；在降低PEEP过程中，潮气量自背侧和中背侧区域向中腹侧区域移动下降。
吴佳铭等[16]通过EIT技术监测ARDS小猪模型机械通气时的PEEP滴定过程，比较研究呼吸机动态顺应性参数(Cdyn)和EIT指标对指导最佳PEEP值设定的作用。结果显示，Cdyn、EIT全局非均匀性参数(global inhomogeneity index，GI)和肺局部过度膨胀/塌陷(F值)确定的最佳PEEP分别为(9.00±0.71)、(7.78±1.20)和(3.33±1.41)cmH2O(1 cmH2O＝0.098 kPa)。Cdyn、GI指导的最佳PEEP分别和F值指导的最佳PEEP差异有统计学意义，Cdyn指导的最佳PEEP和GI指导的最佳PEEP之间差异无统计学意义。因此，EIT技术为ARDS动物模型最佳PEEP的设定提供了可视化依据。
除最佳PEEP滴定外，EIT监测也为呼吸模式的选择提供依据。在"均一的"、"可复张肺"中，高频通气可实现小潮气量通气，提高平均气道压是有益的；但在"不均一"的ARDS肺中，盲目提高平均气道压会导致区域肺泡过度膨胀，却不能改善已塌陷肺泡的开放。通过EIT监测高频通气后发现，ARDS肺部的"不均一性"并未改善[17]。
对于肺部感染的定位诊断，X线胸片和胸部CT是临床最常用的检测手段。但由于其不能实时监测肺部病变情况，且不能测定肺通气状态，尤其对于不能外出检查的重症肺炎伴呼吸衰竭患者，其应用有一定的局限性。肺EIT监测作为一种可以实时监测肺通气状态的床边工具而受到关注。Karsten等[18]对24例社区获得性肺炎患者的研究发现，EIT和X线检查对于检测肺通气障碍的结果具有高度一致性，并且EIT可以通过可视化地监测肺的通气分布变化而判断治疗效果。Mazzoni等[19]对19例2～15岁因社区获得性肺炎而至急诊就诊的儿童行肺部EIT监测，并进行为期6个月的随访，发现EIT和X线胸片对识别受累肺叶和肺通气障碍具有高度一致性(CohenK statistic＝0.73，95%CI 0.50～0.98)，而这些患儿在随访3个月时肺功能改善，随访6个月肺通气功能才完全恢复，因而除了急性期识别肺部感染的部位及监测通气状态，EIT还能实时监测肺功能恢复情况，能推广用于肺炎恢复期患儿随访。
近年来研究表明，肺EIT可以用来监测胸腔积液的进展及治疗效果，肺电阻率平均值随着胸腔积液的减少而呈线性下降趋势[20]。Becher等[20]对20例胸腔积液患者和10例无胸腔积液患者进行EIT监测，记录相位外阻抗，发现闭式引流前胸腔积液患者的相位外阻抗变化中值为70(49～119)a.u.，引流后为25(12～46) a．u.(P<0.000 1)，而无胸腔积液患者相位外阻抗为11(6～17)a.u.。上述结果显示：应用EIT监测，发现患者相位外阻抗增加，提示需要进一步检查以确定是否存在胸腔积液。但目前临床上，胸腔积液的诊断仍然依靠超声、X线、CT及胸腔穿刺，EIT多用于胸腔积液抽吸前后肺通气情况的动态观察。
哮喘重度发作时，机械通气是维持有效氧合和减少二氧化碳蓄积的重要治疗措施，但如何进行量化评估并保证有效通气、如何根据肺顺应性的变化来避免肺过度扩张是这类患者机械通气治疗过程中的难题。尤其是在治疗过程中出现问题时，没有有效的量化评估，无法准确判定是由于临床病情的恶化，还是由于呼吸力学的不当选择所引起的。使用EIT监测能提供即时的对胸廓扩张反馈的呼吸情况监测，以滴定PIP、呼吸机参数及动态肺顺应性，避免盲目高呼吸机压力参数而导致的肺过度扩张。Davies等[21]对重度哮喘发作患儿行EIT监测，记录呼气末肺阻抗，优化呼吸机参数设置，减少肺过度扩张。
现有的监测技术，不足以预测撤离机械通气后肺不张和肺萎陷的发生速度。如果患者无法在机械通气条件下保持足够的肺扩张，撤离机械通气后，会逐渐产生各种临床症状。EIT监测提示，当患者耐受呼吸机参数下调，并保持相对稳定的肺扩张时，能获得相对更高的撤机成功率。
延迟拔管在ICU患者中发生率约15%，定义为需要至少3次自主呼吸试验[22]，或≥7 d机械通气[23]才能脱离机械通气支持。Bickenbach等[24]对31例自主呼吸试验(spontaneous breathing trial，SBT)患者进行EIT监测，记录包括阻抗比、潮汐变化阻抗、呼气肺阻抗的变化、GI、区域通气延迟中心指数等，认为EIT能够监测SBT期间的肺区域通气分布，适用于评估SBT是否使单个患者获益，也可应用EIT为延迟拔管患者的临床决策提供支持。
呼吸肌疲劳在许多心肺疾病中是常见的，可引起致死性通气衰竭。杨运刚等[25]监测53例有非同步呼吸运动的患儿胸腹运动曲线是否同步、主波方向是否一致，并计算胸腹运动曲线峰值移位时间与呼吸周期的比值(M值)。再以腹部阻抗值为X轴，胸部阻抗值为Y轴，描绘胸腹呼吸运动曲线二维图和最大X值到最小X值连线与X轴的夹角α值。研究发现，一维图M值与二维图α值同动脉血PaCO2均存在明显的正相关关系，而同pH值均存在明显的负相关关系，提示膈肌疲劳越严重，患儿越易发生呼吸衰竭；同样，呼吸衰竭越重，膈肌疲劳也更趋严重。根据电阻抗呼吸图的特征，膈肌疲劳分成三型，儿童膈肌疲劳的发展是一系列特征性的变化过程，Ⅲ型电阻抗呼吸图的出现是采用各种防治对策，避免恶化为呼吸衰竭的关键时期。
Ringer等[26]使用EIT监测，评估经鼻咽部和咽部两种吸痰方式对毛细支气管炎婴儿呼吸生理的影响。研究发现，两种吸痰方式对吸气EIT、呼气肺阻抗、经皮二氧化碳分压、经皮氧饱和度、心率及呼吸频率均无显著影响，但在鼻咽吸痰30 min后，痰量与呼气末肺阻抗变化之间存在相关性，提示对毛细支气管炎婴儿，经鼻咽部吸痰可能获益更多。
儿童肺EIT在临床中的应用存在一定的局限性：EIT时间分辨力较高，空间分辨力不足，难以监测到幅度、范围较小的生理变化，且难以对这些较小的生理变化进行准确定位。数据准确性受到电极阵列定位影响：Krueger-Ziolek等[27]对健康受试者采用3个不同平面研究，发现当EIT电极阵列位置发生变化时，肺容量变化与阻抗变化不再成线性相关。Bachmann等[28]对15例机械通气重症患者在不同胸椎层(L1-L7)进行EIT测量，并记录所有呼吸和血流动力学参数。发现EIT测量的临床可用性和可信性取决于正确的带位置、正确的阻抗可视化、正确的分析和数据解释。当EIT用于评估整体参数，如潮气量或呼气末肺容积的变化时，最佳电极平面位于第四和第五肋间隙之间。其次，图像重建算法需要舍弃低质量信号和冗余信号。近年来人工稀疏磁共振图像重建算法用于EIT图像重建，为得到高分辨力的EIT图像提供可能[29]。
EIT作为一种能实时评估肺部病变及其治疗效果的新型医学成像技术，具有良好的应用前景，在儿科领域需要更多的研究与探索。
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