王曉玉，周伊南，趙婷，武艷旭，李向陽

復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院 呼吸與危重癥學(xué)科，上海 200040

引言

急性呼吸窘迫綜合征（Acute Respiratory Distress Syndrome，ARDS）是一種肺部急性炎癥損傷疾病，其病理生理特點(diǎn)包括肺泡塌陷，嚴(yán)重通氣血流比例失調(diào)、肺容積減少、肺順應(yīng)性降低等變化。在近期研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，重癥監(jiān)護(hù)病房23%接受機(jī)械通氣患者都存在ARDS，其死亡率可達(dá)40%，高死亡率與發(fā)病時(shí)肺損傷嚴(yán)重程度有關(guān)[1]。盡管歷經(jīng)數(shù)十年研究，ARDS的治療手段仍然有限。目前，ARDS患者唯一有效的治療手段仍是機(jī)械通氣治療[2-3]。恰當(dāng)?shù)臋C(jī)械通氣治療可以顯著降低患者病死率，反之則會進(jìn)一步增加患者病情，造成呼吸機(jī)相關(guān)性肺損傷（Ventilator-Induced Lung Injury，VILI）[4-5]，更甚者危及患者生命。

自1975年Suter等[6]在新英格蘭上提出最佳呼氣末正壓（Positive End Expiratory Pressure，PEEP）的概念，國內(nèi)外科研人員不斷探索滴定最佳PEEP的研究方法。現(xiàn)階段，科研人員主要從氧合水平、胸肺力學(xué)和影像學(xué)檢查指標(biāo)這三個方面進(jìn)行ARDS患者PEEP值滴定研究[7]。目前，有關(guān)最佳PEEP滴定的研究不斷增多，以氧合水平、胸肺力學(xué)等為基礎(chǔ)的PEEP滴定，無法滿足臨床醫(yī)生對肺部情況監(jiān)測的要求。就影像學(xué)檢查而言，用來評估ARDS機(jī)械通氣患者PEEP滴定的手段主要是電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（Computed Tomography，CT）、數(shù)字X線攝影（Digital Radiography，DR），其次為電阻抗斷層成像（Electrical Impedance Tomography，EIT）和肺部超聲[8]，正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像（Positron Emission Tomography，PET）應(yīng)用較少。隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，可以實(shí)現(xiàn)臨床醫(yī)生對肺部情況的監(jiān)測，有利于減少VILI的發(fā)生。本文主要介紹ARDS機(jī)械通氣患者PEEP滴定影像學(xué)研究現(xiàn)狀，并有助于臨床醫(yī)生掌握這一技術(shù)的最新進(jìn)展，提高臨床醫(yī)生的決策效率，促進(jìn)醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

1 數(shù)字X線攝影

數(shù)字X線攝影（Digital Radiography，DR）是臨床中床旁評估急性呼吸衰竭的常用檢查手段，該技術(shù)通過向人體發(fā)射一定劑量的X線，穿過吸收能力不同的人體組織，在其后的探測儀上接收到衰減后的X線能量，從而形成胸部二維圖像。有研究已經(jīng)證實(shí)在PEEP滴定過程中，DR密度改變與P-V曲線計(jì)算的肺容積有很高的相關(guān)性[9]。

DR具有操作簡單、便捷等優(yōu)勢，在評估ARDS患者病情方面提供了便利，但仍存在諸多局限性，例如成像模糊、難以定位等。這些局限性一定程度上妨礙了醫(yī)生進(jìn)行更準(zhǔn)確的判斷。

2 電子計(jì)算機(jī)斷層掃描

CT是一種高空間分辨率的結(jié)構(gòu)成像技術(shù)，該技術(shù)利用不同人體組織密度對射線衰減的差異重建成相應(yīng)掃描層面的圖像。1983年，Rommelsheim等[10]首先將CT應(yīng)用于ARDS患者，但該研究未引起醫(yī)學(xué)界的關(guān)注，直到1986年Maunder等[11]和Gattinoni等[12]發(fā)表的文章改變了公眾對ARDS的認(rèn)識。他們發(fā)現(xiàn)ARDS的密度主要分布在肺部依賴區(qū)，并不像胸部X線顯示的那樣均勻分布。

現(xiàn)階段，臨床上常應(yīng)用CT進(jìn)行ARDS的診斷、評估肺招募能力、明確肺內(nèi)或肺外疾病影響因素、評估預(yù)后以及隨訪等[13-14]。動態(tài)的CT掃描通過呼吸周期可以定量評估肺泡膨脹和塌陷，這有助于我們了解ARDS的病理生理，以此來調(diào)節(jié)PEEP[15]、俯臥位通氣[16]等疾病影響因素。運(yùn)用動態(tài)CT肺通氣圖像來指導(dǎo)ARDS機(jī)械通氣患者的肺復(fù)張已經(jīng)被證實(shí)具有實(shí)際意義[17]，在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用。例如，Leiser等[18]通過CT掃描將肺超重（Excess Lung Weight，ELW）指標(biāo)作為一個無創(chuàng)的參數(shù)來確定ARDS患者肺水腫的程度，得出該指標(biāo)與患者平均SOFA和SAPS II評分有很強(qiáng)的相關(guān)性，提示ELW可作為評估ARDS嚴(yán)重程度的早期放射學(xué)標(biāo)志。

CT可以作為評價(jià)ARDS患者肺內(nèi)氣體分布的金標(biāo)準(zhǔn)，我們通過比較不同PEEP水平下的CT圖像，可以估計(jì)在較高PEEP下肺招募肺泡數(shù)量相對于基線時(shí)肺泡數(shù)量的比值。研究人員常用該方法來評估臨床研究中的肺泡招募情況，但由于ARDS機(jī)械通氣患者行動不便、CT價(jià)格昂貴且具有輻射性等因素，在實(shí)際臨床應(yīng)用中受到一定的限制。

3 電阻抗斷層成像

20世紀(jì)80年代初，Brown等[14]將EIT引入醫(yī)學(xué)界，并逐漸將其應(yīng)用于肺功能、胃排空、大腦功能、乳房成像等，其中肺功能成像為主要的應(yīng)用范圍[19]。國外科研人員利用EIT監(jiān)測ARDS機(jī)械通氣期間通氣分布、指導(dǎo)肺復(fù)張和區(qū)域呼吸力學(xué)等變化[20]，并在此基礎(chǔ)上探索一系列肺通氣保護(hù)策略[21-22]。我國研究人員在EIT方面的研究有著悠久的歷史，這可以追溯到20世紀(jì)80年代，但EIT的臨床應(yīng)用研究在中國很少，該儀器直到2014年4月獲得中國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)后，經(jīng)歷了快速的發(fā)展。

EIT是一種無創(chuàng)的床旁監(jiān)測儀器，其中肺功能成像為最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。EIT肺功能成像基本原理是將一條含16個電極的電極縛帶纏縛到患者胸壁上，將另一端的參比電極連接到身體中央部位，在16個等間距電極帶上加入交變電流，同時(shí)測量電極對之間的電位差，將所獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的重構(gòu)算法獲得相應(yīng)的胸部電阻抗成像圖像，以跟蹤胸部區(qū)域內(nèi)阻抗的變化[23]，該圖像可以實(shí)時(shí)監(jiān)測通氣與血流在肺內(nèi)的整體與局部分布情況，顯示PEEP的變化對肺泡膨脹或者塌陷的影響，實(shí)現(xiàn)了EIT指導(dǎo)最佳PEEP值的滴定。

在評估肺通氣分布狀態(tài)方面，Costa等[21]研究人員利用區(qū)域容積結(jié)合驅(qū)動壓來估計(jì)肺塌陷和膨脹，提出了一種基于EIT評估可招募性肺泡塌陷及其區(qū)域分布的方法，并與CT量化的塌陷位置相一致，為后續(xù)開展EIT相關(guān)研究提供了理論基礎(chǔ)。在此研究基礎(chǔ)上，我國開展了第一項(xiàng)EIT儀器方面的前瞻性動物研究，該研究以10頭健康雄性小豬為受試對象并建立ARDS機(jī)械通氣模型，進(jìn)一步提出了一種EIT圖像分類方法，即分為正常通氣圖像、過度通氣圖像和肺膨脹塌陷圖像，在PEEP滴定過程中同時(shí)測量肺動態(tài)順應(yīng)性、血流動力學(xué)和氣體交換指數(shù)，該研究得出EIT監(jiān)測結(jié)果與測量血?dú)饨Y(jié)果相一致，且EIT圖像中招募像素?cái)?shù)量與PaO2/FiO2相關(guān)系數(shù)為0.89±0.12（P=0.02），P值具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[24-25]。該研究采用的方法是一種直接在床旁定量評估肺膨脹和塌陷的方法，為后續(xù)開展相關(guān)的臨床試驗(yàn)研究奠定良好的基礎(chǔ)。

在指導(dǎo)肺復(fù)張患者的臨床應(yīng)用方面，有研究利用局部通氣延遲指標(biāo)（Regional Ventilation Delay Index，RVD）量化某些肺部區(qū)域（象限和像素）達(dá)到一定阻抗變化閾值所需的時(shí)間[26]，提出RVD通過可視化局部肺通氣延遲情況，為臨床醫(yī)生指導(dǎo)肺復(fù)張患者PEEP滴定研究提供可行性。在此研究基礎(chǔ)上，Murders等[27]利用EIT測量在緩慢補(bǔ)氣呼吸過程中的RVD來計(jì)算潮氣補(bǔ)充量，提示潮氣補(bǔ)充量可以通過以EIT為基礎(chǔ)的RVD來計(jì)算，實(shí)現(xiàn)呼吸周期中局部肺組織復(fù)張與過度膨脹肺泡容積的量化。我國主要在EIT監(jiān)測術(shù)后肺復(fù)張患者的PEEP滴定方面開展了一系列觀察性研究[28-30]。其中，有學(xué)者探究了老年患者肺切除術(shù)后通過EIT監(jiān)測個體化PEEP滴定對蘇醒期呼吸力學(xué)及氧合的影響，結(jié)果顯示利用EIT監(jiān)測個體化滴定PEEP值可以改善蘇醒期氧合指數(shù)、降低驅(qū)動壓、改善肺動態(tài)順應(yīng)性，但對拔管時(shí)間、拔管后低氧血癥發(fā)生率及蘇醒室停留時(shí)間無明顯影響，為EIT監(jiān)測手術(shù)過程中需要肺復(fù)張患者提供了臨床應(yīng)用基礎(chǔ)。

近期，2019-nCoV傳播迅速，已經(jīng)給世界各地的醫(yī)院和重癥監(jiān)護(hù)室造成了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。早期研究顯示29%的病例進(jìn)展為ARDS[31]，科研人員在以往研究基礎(chǔ)上，利用EIT基于最低的相對肺過度膨脹和塌陷情況進(jìn)行中、重度ARDS患者個體化PEEP滴定，結(jié)果顯示EIT可以為臨床醫(yī)生在2019-nCoV相關(guān)ARDS機(jī)械通氣患者PEEP滴定中提供幫助[32]，有利于提高患者的生存率，然而，對于EIT引導(dǎo)的PEEP滴定在該患者中的安全性和有效性，未來仍需更多的臨床數(shù)據(jù)支持。

EIT具有高時(shí)間分辨率，該設(shè)備每秒可產(chǎn)生多達(dá)50幅圖像，使其對肺部氣體分布進(jìn)行動態(tài)研究，提供了一套無法通過其他成像方式獲得的有用信息[33]，具有廣闊的發(fā)展前景。但由于EIT指導(dǎo)ARDS機(jī)械通氣患者參考標(biāo)準(zhǔn)和臨床操作尚無統(tǒng)一規(guī)范、數(shù)據(jù)處理軟件較復(fù)雜等，在臨床應(yīng)用中受限，未來仍需進(jìn)一步研究來指導(dǎo)臨床醫(yī)生實(shí)際操作。

4 肺超聲

肺超聲作為一種肺部診斷工具，其使用可以追溯到20世紀(jì)60年代，但直到最近，該儀器的應(yīng)用才擴(kuò)展到監(jiān)護(hù)室中。正常情況下，超聲波通過肺部會被反射，因?yàn)槌錆M氣體的肺部難以形成影像；在ARDS患者中，特別是胸腔積液和肺實(shí)變的情況下，病變肺部氣體含量降低以及氣體與組織比例改變可以增強(qiáng)超聲波的傳導(dǎo)，使其成像。

肺超聲在研究ARDS疾病中屬于較新的研究領(lǐng)域，主要應(yīng)用于肺水腫的監(jiān)測[34]。肺超聲評分與血管外肺水指數(shù)和CT測量結(jié)果均有良好的相關(guān)性[35]。此外，在與膿毒性休克相關(guān)的ARDS早期，肺超聲評分顯示了液體負(fù)荷引起的肺通氣損害[36]，因此，它被認(rèn)為是液體復(fù)蘇的保障。肺超聲還有助于早期發(fā)現(xiàn)和適當(dāng)治療機(jī)械通氣患者的肺部并發(fā)癥，例如肺超聲對于氣胸和胸腔積液的診斷都有很高的準(zhǔn)確性[37]，這大大提高了胸腔穿刺的安全性和有效性。

肺超聲是一種實(shí)時(shí)成像方式，具有無創(chuàng)性、無輻射性、便攜等優(yōu)勢，此外，世界重癥超聲聯(lián)盟推動的肺部超聲國際共識會議最近標(biāo)準(zhǔn)化了肺部超聲的命名和技術(shù)，并提供了在臨床實(shí)踐中的使用建議，使其在ARDS患者床旁胸部成像方面發(fā)揮越來越重要的作用[38]。但是肺部超聲對肺泡過度膨脹監(jiān)測欠佳，因肺超聲指導(dǎo)PEEP滴定難以實(shí)現(xiàn)定量分析以及需要高年資專業(yè)醫(yī)生進(jìn)行操作等因素，要實(shí)現(xiàn)常規(guī)的臨床應(yīng)用，仍需要更多臨床試驗(yàn)的支持。

5 正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像

PET在臨床和實(shí)驗(yàn)研究中越來越多地應(yīng)用于ARDS和VILI的病理生理學(xué)研究。PET可以量化肺區(qū)域灌注、通氣、肺血管通透性、水腫、炎癥細(xì)胞代謝活動、酶活性和肺基因表達(dá)[39]。PET具有輻射性、掃描時(shí)間較長等不足，臨床常規(guī)應(yīng)用PET掃描ARDS患者是不可行的，但有研究表明PET掃描可提示高危ARDS患者，以便這些患者行早期治療，降低ARDS的發(fā)生率[40]。

現(xiàn)階段，新型PET示蹤劑和技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)用于成像肺部炎癥的其他方面，如誘生型一氧化氮合酶表達(dá)[41]、肺基因表達(dá)[42]等。目前聯(lián)合應(yīng)用PET-CT以及PET-MR掃描儀[43]使多模態(tài)成像成為進(jìn)一步了解ARDS的有用工具。

6 總結(jié)與展望

在重癥監(jiān)護(hù)病房中，臨床醫(yī)生在進(jìn)行PEEP值滴定時(shí)，首先需要明確所要達(dá)到的目標(biāo)，例如改善氧合水平、進(jìn)行完全肺復(fù)張、評估肺泡膨脹程度等，每個目標(biāo)都取決于疾病的性質(zhì)和程度，而持續(xù)評估呼吸狀態(tài)是治療疾病的基礎(chǔ)，影像學(xué)檢查被認(rèn)為是診斷和監(jiān)測ARDS的關(guān)鍵[44]。

臨床常規(guī)應(yīng)用的影像學(xué)檢查也包括MR，目前該儀器在ARDS方面僅限于實(shí)驗(yàn)性研究[45]，但MR與區(qū)域灌注測量相結(jié)合，為測量肺通氣和灌注的區(qū)域分布提供了一種新的方法，未來應(yīng)用于臨床仍需更多的數(shù)據(jù)支持。最后，如果未來CT在低輻射劑量下進(jìn)行床旁掃描，它在ARDS患者中的使用應(yīng)該更加廣泛。臨床醫(yī)生在評估患者病情時(shí)應(yīng)掌握這些技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提高臨床決策水平，使患者更快地受益。