基于电阻抗断层成像技术的区域肺功能评估，具有床旁、简便、无创、无辐射等优势，能提供全新的实时局部肺功能信息。该技术由国外研究者提出，应用在肺功能筛查、术前检查、呼吸康复等相关临床研究。该技术规范经本团队前期临床研究实践论证，综合相关文献，并经过本领域临床专家和生物医学工程学专家讨论达成，内容包括适应证与禁忌证、技术方法实施、数据分析和解读等方面，旨在统一和规范使用电阻抗断层成像技术检测区域肺功能的临床流程，提高其有效性，实现对结果的统一解读。
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临床上对呼吸流量受限程度和肺容积等方面的肺功能评估主要依赖肺量计、体描计等检查完成。现有的肺功能测试是通过在受试者口鼻接口处精确量化呼吸流量和压力参数的变化，进而推算出一系列反映整体肺功能状态的指标，为临床较成熟的技术。然而，传统的肺功能检查无法提供区域空间分布信息，因而无法发现区域肺功能的早期变化，检测敏感度较差；另外，其对肺功能障碍的患者也无法进行区域的定位。X线胸片和CT等影像学检查可以捕捉到肺结构性异常，但需要将患者转移至放射科或核医学科等特定检查区域进行评估，且存在放射性和无法直接测量动态肺功能等问题。
肺电阻抗断层成像(electrical impedance tomography，EIT)作为一种便捷、无创、动态、无辐射的肺通气监测技术，主要通过胸腔体表电极施加安全无感电流，测量通气过程中胸腔内电阻抗变化，再利用相应的成像重建算法来重构胸腔内部的气体分布，进而反映人体肺通气功能状态[1]。目前，EIT已被广泛应用于重症受试者的诊疗，例如：呼气末正压通气(positive end expiratory pressure，PEEP)滴定、肺区域可复张性评估、通气均一性评估、气胸和胸水识别、指导脱机等[2,3,4,5,6]。从生物物理学而言，EIT测得的阻抗变化与肺容积变化存在高度的相关性，是EIT在临床上评估区域肺功能信息的实践基础[1]。本技术规范基于临床实践和相关文献，结合本领域临床专家和生物医学工程学专家讨论完成，期望统一和规范EIT对区域肺功能的临床检测流程，提高检测的有效性，并实现检测结果的统一解读。
在人体胸腔表面皮肤安放一圈电极阵列(通常在第4～5肋间，电极阵列由16或32个电极组成)，EIT仪器通过电极对向人体胸腔内发射激励电流(大约5 mA，50 kHz的交变电流)。同时，其他电极对测量相应的体表电压。因为气体是不导电的，所以肺内气体的含量变化和EIT计算所得的电阻抗变化呈线性相关。
主要适应证：(1)普通健康人群或高危人群肺功能早期筛查，协助早期发现区域肺功能受损；(2)协助阻塞性、限制性或混合型通气功能受损患者的床旁诊断和疗效评估；(3)指导肺功能受损患者的康复训练。
相对禁忌证：(1)置入心脏起搏器、心律除颤器患者(取决于EIT仪器的工作频率和置入仪器的型号)；(2)电极绑带贴合皮肤的胸廓区域存在局部皮肤感染或开放性伤口；(3)妊娠期(电流在安全范围之内，理论上对胎儿无影响，但缺乏临床研究证据)；(4)重症肌无力、杆状体肌病等神经肌肉性疾病受试者(电极绑带可能限制其呼吸)。
先将EIT电极绑带围绕于受试者胸廓(第4～5肋间，高于膈肌平面，女性受试者可略往上系于第3～4肋间)，电极绑带松紧程度应以接触阻抗低于仪器要求阈值且受试者无压迫感为宜。EIT电极绑带通过相应电缆(或无线方式)与EIT主机连接，若仪器有参考电极，则应将参考电极置于受试者腹部，进行信号质量检查。
目前EIT区域肺功能测量和肺量计检测相结合的应用报道最为广泛，下文将以EIT-FVC为例，简单介绍流程。(1)受检者取坐位并坐直，夹鼻夹，含咬嘴，保证口鼻不漏气，放松平静呼吸数次，确保功能残气量平稳，无漂移；(2)尽最大努力吸气至肺总量位；(3)用力快速爆发呼气，起始无犹豫，整个呼气过程中无中断，直至呼气至残气位，避免咳嗽或双吸气，外推容积应<100 ml或<5% FVC，达峰时间应在0.125 s内；(4)呼气末要求最后1 s的容积变化<25 ml；(5)再次快速深吸气至肺总量。由于EIT主要评估不同区域的流量容积受限分布情况，因此即使受试者在检测FVC的过程中未达到以上技术规范，但符合ATS和ERS 2019年技术规范中"可用等级(usable)"[9]，其EIT区域肺功能数据也属于可用级别。
受试者完全了解FVC测试流程后，开启EIT记录模式，即开始FVC测试。FVC测试应进行3～8次，根据数据质量标记最佳的1次测试。每次测试中间应给予受试者足够的时间休息和恢复。FVC全部测试完成后，便可停止EIT记录。全程应监测各EIT电极的接触阻抗变化(特别是胸骨两侧和脊柱两侧的电极)，确保测试的全程其接触阻抗无剧烈变化或脱落。
在使用EIT仪器采集完肺通气相关数据后，根据仪器供应商的软件分析功能，在线或者离线分析区域性肺功能。数据重建后，一般单幅EIT图像含有32×32个像素，如EIT采样频率为20 Hz时，每秒包含了20帧图像。数据分析内容如下。
曲线主要包括3个部分：平静呼吸、用力吸气和呼气、平台期至后面的深吸气。平静呼吸时基线应平稳，用力吸气和呼气时曲线形态应连续相对光滑，平台期至后面的深吸气对EIT区域肺功能的评估影响不大。电极接触不良容易发生在用力呼气阶段，如果曲线下降出现明显断续、曲折、波动等，提示受到干扰，应注意识别和排除。
首先根据通气情况确定肺部区域(分析区域)。相对阻抗变化ΔZ高于最大ΔZ的20%的像素认为是肺部区域。在肺部区域的像素中，计算用力完全吸气至总肺容量后达到的最大相对阻抗Zmax值与随后最大呼气至残气位的最低相对阻抗Zmin值之间的差异。该差异值反映了像素级别的用力肺活量(forced vital capacity-electrical impedance tomography，FVCEIT)的各像素值。通过比较所有像素FVCEIT值的总和与通过肺活量测定法测量的FVC，将阻抗的任意单位(AU)转换为ml，即：
另一个通过FVC确定的参数是像素级别的第1秒用力呼气容积(forced expiratory volume in one second-electrical impedance tomography，FEV1-EIT)，计算肺部像素中用力呼气1 s后的ΔZ值与呼气动作开始时的肺容量值之间的差异，描记出每个肺部像素点的阻抗-时间曲线。此外，还可以确定达到FVC的25%和75%时的全局时间点，根据这两个时间点的最大呼气流量(maximal expiratory flow，MEF)，计算得出像素级别的最大呼气中期流量(maximal mid-expiratory flow-electrical impedance tomography，MMEFEIT)。与FEV1-EIT/FVCEIT一起，共计算了4个EIT功能(functional EIT，fEIT)图像，即FVCEIT、FEV1-EIT、MMEFEIT、FEV1-EIT/FVCEIT。另外，治疗前后像素级别的功能残气量(functional residual capacity-electrical impedance tomography，FRCEIT)的变化分布也能提示区域肺功能的改变，如FRCEIT在支气管扩张剂使用后下降，以及气体潴留情况改善(图1)。
注：EIT为电阻抗断层成像；AU为任意单位；EIT区域肺功能信息提示该患者在支气管扩张剂吸入治疗后的相对阻抗变化值下降，通气改善，改善区域集中在胸背侧；图A以浅蓝标识高通气区域；图B虚线区域为吸入支气管扩张剂
针对每种类型的fEIT图像计算的全局不均匀性指数[10]和通气重心指数[11]可以很好地描述fEIT图像的离散度，即其空间分布的异质性。应用fEIT图像计算FEV1-EIT/FVCEIT<0.7的像素数占肺部区域总像素数的百分比，用来表示"异常%"。
基于区域肺功能图像构建的时序图像包含了不同呼出气量的区域性时间分布及其变异系数的信息，用于解释在FVC中呼出不同量气体所需的时间特征；再通过比较不同呼出气量所对应的区域性时间分布值、变异系数，能精确反映单位呼出气量所需要的时间，客观表征人体呼吸肌肉的爆发力、呼吸肌肉的耐力，以及肺部是否存在损伤的功能。
计算的指标有两类。第一类是时间常数图[12]。根据FVC数据进行计算，对于肺部区域内的每个像素，通过拟合以下指数方程来计算区域时间常数：
式中Z(t)为在时间点t位于肺部区域的像素的相对阻抗，Z0为呼气开始时的阻抗，t为从吸气结束到呼气结束的时间，τ为区域时间常数，c为呼气末容积。
第二类是呼吸相应比例气体所需时间分布图[13]。在各肺区像素的阻抗-时间曲线中，通过呼出FVC的25%、50%、75%和90%所需要时间(T25、T50、T75、T90)的区域分布情况，可以清楚地看到各区域流量的受限情况。
时序图像以相应的fEIT图像和直方图的形式直观展示结果。作为数值统计，以区域时间常数τ的中位数(τmed)和四分位数间距(τiqr)，或呼气时间的均数和方差来表示。
EIT技术主要提供肺通气分布图像、肺流量分布图像和呼气时间分布图像信息，需要综合进行解读。
主要分析是否存在局部区域性通气缺失，按左上、右上、左下、右下4个象限分为4个感兴趣区域(region of interest，ROI)。区域通气分布ROI%-通气代表该区域通气量占总通气量的百分比。推荐如果某一个区域通气分布15%≤ROI%-通气<20%提示该区域存在轻度通气缺失，如10%≤ROI%-通气<15%提示该区域存在中度通气缺失，如ROI%-通气<10%提示该区域存在重度通气缺失。临床上多种病因例如肺气肿、肺不张、支气管堵塞、肺炎等均可导致受累肺区存在不同程度的通气缺失。若需要比较治疗前后的FRCEIT，必须连续测量EIT信号，且在连续测量期间，确保电极绑带未发生位移，受试者体位未发生较大变化。
肺流量分布图像主要用于分析是否存在局部区域性流量受限情况。按左上、右上、左下、右下4个象限分为4个ROI。区域流量分布ROI%-FEV1(或MEF)代表该区域流量占总流量的百分比。推荐如果某一个区域分布15%≤ROI%-FEV1(或MEF)<20%提示该区域存在轻度流量受限，如10%≤ROI%-FEV1(或MEF)<15%提示该区域存在中度流量受限，如ROI%-FEV1(或MEF)<10%提示该区域存在重度流量受限。当患者存在气道陷闭、肺气肿或肺炎时，肺区域流量分布可伴随或不伴随通气的缺失，这取决于呼气或吸气时长，以及患者的用力程度。
呼气时间分布图像属于时序图像。根据前期临床数据，相关参数阈值推荐如下。正常人FVCEIT时间常数均值约为0.5 s，变异度约为0.05，均数与变异度的乘积应<0.1。对于乘积>0.1的受试者，无论肺功能结果如何都推荐接受进一步检查。
定标后，阻抗-容积比值发生变化，fEIT图像中像素点总值可能和传统肺功能存在不一致。原因可能是气道阻力或呼吸系统顺应性分布不均一而导致钟摆呼吸现象[14]，进而引起空气在肺内重新分布；或者在肺功能测试时，由于受试者没有正确佩戴鼻夹、闭合咬嘴等原因产生漏气，使得阻抗-容积比值发生变化。针对检查发现的肺通气分布、流量分布、呼气时间分布的信息，需要结合临床症状、体征和其他检查结果进行综合分析。
此处以1例轻度支气管哮喘(哮喘)患者在运动前后的区域肺功能为例展示EIT检测与传统肺功能的对比。该患者的传统肺功能检测均未检查出FVC变化或异常。但EIT提示，该患者运动后FEV1-EIT和腹侧(胸前侧)FEV1-EIT/FVCEIT明显下降，肺排空时间增加，表明EIT区域肺功能的敏感度比传统肺功能高(图2、图3)。
注：EIT为电阻抗断层成像；FEV1-EIT为像素级别的第1秒用力呼气容积；FVCEIT为像素级别的用力肺活量；GI为全局不均一指数；CoV为通气中心指数；MMEFEIT为像素级别的平均最大呼气流量；运动后FEV1-EIT下降，运动后FEV1-EIT/FVCEIT较运动前下降明显(FEV1-EIT/FVCEIT<70%区域占总通气区域比例增加，分别为25.00%和11.18%)且主要表现在腹侧区域
注：EIT为电阻抗断层成像；T75为呼出用力肺活量的75%所需时间；GI为全局不均一指数；map为肺功能区域分布图；hist为分布直方图；运动后T75和时间常数均有增加，表明运动对该患者的肺功能有轻微影响
此处再以1例传统肺功能检测正常的"健康"人的EIT区域肺功能检测结果为例。该受试者的EIT检测中，时间常数明显高于正常人，并在后续的CT检查中发现该受试者右肺中叶和左肺上叶舌段见少许索条状高密度影，纵隔内见多发小淋巴结影。尽管索条状高密度影多是肺部疾病遗留的陈旧性病灶导致，临床上大部分类似情况为良性，一般不需要进行特殊的治疗。但从EIT检测中观察到其相应的肺功能受损(图4)，提示应该做定期复查。
注：EIT为电阻抗断层成像；FEV1-EIT为像素级别的第1秒用力呼气容积；FVCEIT为像素级别的用力肺活量；GI为全局不均一指数；CoV为通气中心指数；MMEFEIT为像素级别的平均最大呼气流量；T75为呼出用力肺活量的75%所需时间；map为肺功能区域分布图；hist为分布直方图；EIT区域肺功能检查结果提示其区域肺功能存在一定的损伤，时间常数明显高于正常人
EIT技术可在床旁快速提供可视化的肺通气和气流分布信息，具有无创、简便、可重复进行等特点，在协助普通健康人群或高危人群肺功能早期筛查，尽早发现区域肺功能受损，床旁评估肺功能受损患者的疗效，以及指导肺功能受损患者的康复训练方面的应用具有重要价值。
传统肺功能检查缺乏空间信息，局部的肺功能损伤可能会被掩盖。而基于EIT的区域肺功能测量，其空间分辨率是传统肺功能测量的数百倍，具有较高的检测敏感度。在肺功能正常的受试者中，以CT作为诊断标准，EIT区域肺功能测试对于早期肺功能受损的敏感度可达80%，能有效进行肺功能早期筛查。
(1)EIT测量是安全无创的，且未见任何不良反应报道；(2)电极绑带尺寸应与受试者胸廓匹配，避免绑带过紧导致呼吸受限与皮肤受损；(3)由于FVC测试本身可能会激发特定患者进一步的肺损伤(如气胸等)，所以需要在测试前判定受试者是否适合进行该项测定。
多项临床研究验证EIT技术和CT、肺量计等具有良好的一致性和相关性，可有效反映不同通气状态下的肺内气体分布[7,8]。数个临床研究报道EIT区域肺功能检测在慢性肺部疾病患者中的应用，表明该技术能有效发现患者和健康人的肺功能区别[13,21,22,23]。此外，Vogt等[21]应用EIT对100名儿童进行运动前后的区域肺功能成像评估，结果显示运动并未影响健康儿童的区域肺功能。Zhao等[22]应用EIT评估囊性纤维化区域肺功能情况，结果表明计算EIT图像中区域MEF25/MEF75提示的区域气道阻塞情况与高分辨率CT提示相似。Krauss等[23]报道，间质性肺疾病患者的呼气末肺阻抗变化较健康对照组显著增加。因此建议临床可以综合测量EIT和肺功能，评估自主呼吸受试者的区域肺通气，为临床提供更多有价值的信息。
(1)多数型号的EIT电极绑带以弹性硅胶带或弹性布料制成。ICU平躺患者使用时，脊柱两侧(以16个电极的仪器为例，脊柱两侧为8号、9号)和胸骨两侧(1号、16号)电极与皮肤贴合较好。而坐姿或站姿的受试者脊柱两侧和胸骨两侧电极经常接触不良，或在受试者深呼吸过程中，引起较大的接触阻抗变化。因此，在测量期间，建议适当使用胶布或其他方式固定相应位置的电极，以保证准确测量。(2)电极绑带有弹性，对于一般的健康人和患者的肺功能影响较小，可以忽略[24]。但对于肌肉无力患者或者胸廓柔软受试者(如婴幼儿)，电极绑带可能对其肺功能的绝对值有影响。如果用力呼气试验测量的同时测量EIT，对其绝对值的解读需要慎重。(3)EIT虽然有较高的时间分辨率，但其采样频率仍低于肺功能流量计量的最低采样要求，所以可能出现峰流量偏低的情况。若单用EIT电阻抗变化曲线判断FVC水平，可能会出现受试者没有用力呼气的误判。(4)EIT成像提供的是电极绑带上下约10 cm胸廓区域的肺功能分布情况，大约覆盖1/3～1/2的肺部(取决于受试者的身高和胸围等因素)。如果在EIT覆盖区域以外出现局部肺功能受损情况，可能单次测量无法分辨。(5)当患者存在严重的胸廓畸形或身体质量指数>50 kg/m2时，胸廓畸形和局部脂肪对电阻成像存在影响，分析解读结果需要慎重。(6)在开展儿童区域肺功能测试时，电极绑带平面应尽量往上(靠近头侧)到腋下平面，避免腹腔进入测量范围。如果儿童体动较多，应实时留意电极与皮肤的接触阻抗是否产生突变，以免影响测量结果。低龄儿童(婴幼儿)可能无法完成合格的用力肺功能测试，基于EIT的区域肺功能可以提供病理生理信息，但其有效性还有待临床验证。(7)EIT区域肺功能检测的临床应用还处于起步阶段，在不同疾病中的相关阈值和诊断标准尚需通过大样本的临床研究进一步验证，且在临床实践应用中需要结合其他指标和方法进行相互印证。
招展奇在美国Clario公司、德国Dräger Medical公司等医疗仪器公司担任顾问，持有少量北京迈达斯技术有限公司股份；其他作者声明无利益冲突
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赵东兴(广州医科大学附属第一医院)
周 敏(上海交通大学医学院附属瑞金医院)
