电阻抗断层成像技术（electrical impedance tomography，EIT）作为一项全新的医学成像技术，在肺部疾病中的应用的研究越来越多，常见的包括用来实时动态监测肺通气分布，再灌注情况以及滴定呼吸机的模式与参数。而我对其却知之甚少，因此，为了减少知识盲区，查阅了相关资料，以期有更深入地学习并应用。同时加以整理，以期对同行有所裨益，文章主要参考资料为来自TRanslational EIT developmentNt-stuDy小组的共识声明：胸部电阻抗断层成像、数据分析、专业术语及临床应用和建议（原文附文末）。
其中EIT基础内容有几部分，包括：
※EIT系统的组件及操作→第1部分Execution of EIT chest measurements.pdf
※EIT的原始图像→第2部分EIT raw images.pdf
※EIT的信号波形及ROI→第3部分EIT waveforms and regions-of-interest.pdf
※EIT的功能性图像→第4部分Functional EIT images.pdf
※EIT的测量→第5部分EIT measures.pdf
·一 定义与组件 ·
电 阻 抗 断 层 成 像 （Electrical Impedance Tomography, EIT）技术基本原理是通过体表的电极测量得到的电压或电流信号重建出物体内部的电阻抗或电阻抗变化的分布图像。
EIT技术系统由电极阵列、控制数据采集系统和图像重建3部分构成。
· 1.1 电极阵列·
不同的EIT系统的电极数有所差异
但发展至今，电极阵列由8电极和16电极模式发展到更多电极的模式。
· 1.2 控制数据采集·
在电极1和2之间的t时刻注入一个交流电I，同时在所有剩余的电极对上依次测量相应的电压(例如，N-3 = 13个组合)。然后，在时间t+T 时，电流注入的位置旋转到下一对电极(电极2和3) ，并再次在剩余的13对电极上顺序测量相应的电压。
根据已知电流和测得的电压判定通电电极和测量电极对之间的生物电阻抗。
一例机械通气的ARDS患者周期性和非周期性信号的全局阻抗波形
在电流应用和电压测量的一个周期期间采集的EIT数据集通常被称为帧。一个EIT数据帧包含生成一个原始图像所必需的信息。
扫描速度为13张/秒的EIT图像
每秒采集的帧数（或原始图像）对应于EIT扫描速度。目前的EIT设备提供大约40到50个图像/秒的最大扫描速度。
· 1.3 EIT 图像重建·
将采集的信号经过一系列算法处理后形成原始EIT图像的过程即为图像重建。目前EIT图像重建算法也趋于成熟且多样化，通过研究改进，进一步提出一步牛顿法、正则化算法、深度学习法等算法，
算法
原始图像
EIT图像重建可分为两种，包括绝对EIT（absolute EIT, a-EIT）和差分 EIT（difference EIT, d-EIT）。
a-EIT:绝对也称静态EIT，是直接对物体进行边界测量，只需要进行单次测量值即可还原内部的阻抗分布，因为干扰因素多，因此获得准确的绝对 EIT 图像是困难的
d-EIT:分为时间差分EIT（时分EIT)和频率差分EIT（频分EIT）。
时分EIT：时差 EIT 图像重建计算基线(参考)测量框架和当前框架之间组织特性变化的图像,非常适合追踪时变的生理现象。
频分EIT：通过施加不同频率的激励电流，测量出对应的电压数据，从而重构出两个频率点之间的电导率变化，对电导率变化实施成像。
·二、EIT在肺部疾病中的应用 ·
肺脏EIT是通过测定不同通气和灌注状况下电阻抗变化，实时动态监测肺通气血流分布，到目前为止，经过一系列复杂研究，电阻抗成像技术已经成熟的用于肺部疾病的监测，
※如在急性呼吸窘迫综合征（Acute Respiratory Distress Syndrome, ARDS），EIT技术可以测量肺部及区域性肺部通气分布，根据电导率分布变化判断呼气末正压（Positive end‐Expiratory Pressure, PEEP）的变化对肺泡的影响，实现 EIT 对患者病情的检测；
※在机械通气患者中，通气和灌注的阻抗变换也监测及指导呼吸机模式及参数的调整。此外，在肺炎，肺囊肿等疾病诊断中EIT技术同样发挥着作用。
· 2.1 原理·
在生物组织中，特定组成(如脂肪、水、细胞外液中的电解质)决定了生物阻抗。细胞外含水量多、电解质浓度高和通过间隙连接的大量细胞连接减少阻抗(例如在血液和肌肉中)。而脂肪堆积、骨骼和空气会增加了区域阻抗。
考虑到肺部，电流不能经过肺泡，而只能通过肺泡隔在肺泡周围流动。因此，其生物阻抗的动态变化主要受通气和灌注两种循环机制的影响。
※吸气时，肺泡体积的增加拉伸并延长了平均电流通路，增加了整体电阻；
※呼气时由于电流通路更短、降低了整体组织电阻。
从残气量到总肺活量的吸气操作将区域阻抗放大了约300%。
除此之外，一些病理生理改变也会影响区域阻抗变化:包括肺血管外积水如肺水肿;胸内血容量改变;腔内积液(胸腔积液、心包积液、支气管积液和肺泡积液);异物(胸腔引流);肺纤维化(如急性呼吸窘迫综合征后或IPF)。
在EIT中，通过特定部位测定不同通气状况下电阻抗变化，即可达到实时动态监测肺通气血流分布的目的。
· 2.2 操作·
正如前面所述，将16或32个电极的环绕置于胸壁上，在电极1和2之间的 t 时刻注入一个交流电I，同时在所有剩余的电极对上依次测量相应的电压(例如，N-3 = 13个组合)。然后，在时间 t + T 时，电流注入的位置旋转到下一对电极(电极2和3) ，并再次在剩余的13对电极上顺序测量相应的电压。根据已知电流和测得的电压判定通电电极和测量电极对之间的生物电阻抗。一旦所有的电极对都被用来注入电流，就可以计算出一幅图像。
在临床应用中，可将肺EIT的状态图像分成几个平行区域或几个象限，即定制兴趣区（regionsof interest，ROI）。通过调整ROI的位置和尺寸，可定制状态图像的区域量化。
· 2.3 电极列阵的定位·
电极阵列的定位在EIT成像中起着重要的作用，通常建议将肺EIT的电极置于被检查者第4或5肋间，此平面测得的肺容积变化最可能代表全肺的情况。
※当电极置于第3或 4肋间时，肺阻抗容量比率在用力呼气时明显增加；※当电极置于第6或7肋间时，则得到相反的结果；
※当电极置于第5肋间时，肺阻抗容量比率在用力吸气和呼气时没有显著性差异。
· 2.4 重建图像的颜色编码·
EIT图像的颜色编码不统一，即表现形式不一致，取决相关出版物与EIT系统供应商。通常情况下，阻抗增加(Z↑或+Z)和阻抗减少(Z↓或-Z)。
不同EIT系统的颜色表现形式
左上:蓝-白-红，Z↑为蓝色，Z↓为红色，0为白色。
上中:表示Z↑为白色，Z↓为白色，Z↓为黑色，未定义固定不变的颜色值(0色)。
右上:用红色表示Z↑，用蓝色表示Z↓，未定义固定不变的颜色值(0色)。
左下:Z↑为蓝白色，Z↓为紫色，0为黑色
下中:Z↑为蓝白色，0为蓝灰色，在0及0以上有一个统一的颜色区域,Z↓的颜色没有定义。
右下:Z↑为蓝白色，0为灰黑色，在0及0以上有一个均匀的颜色区域,Z↓的颜色没有定义。
· 2.5 在急性呼吸窘迫综合征患者的应用·
ARDS是由急性肺损（acutelunginjury，ALI）引起的急性呼吸衰竭，病理表现为肺泡塌陷，肺容积减少、肺顺应性降低、严重通气血流比例失调。采取肺保护通气策略对ARDS机械通气患者来说既可以避免肺部气压伤的同时最大化的肺泡复张。
白色：复张 蓝色：塌陷
即如何滴定机械通气的模式以及参数是重中之重，利用 EIT精确测量全肺及区域性肺部通气分布，显示 PEEP的变化对肺泡扩张 /塌陷的影响，实现了EIT对PEEP最佳值的滴定。
· 2.6 在慢阻肺患者中应用·
EIT可以确定COPD患者通气的时间和空间的异质性。在相关研究中发现，支气管扩张剂吸入对慢阻肺（通过GI指数评估）空间通气不均匀性的影响通常很小，除此之外，肺EIT也可以监测COPD患者在肺功能检查中随时间变化的肺通气分布[6]。
肺功能测试期间定制兴趣区（ROI）阻抗变化
· 2.7 在肺动脉高压患者中的应用·
目前右心导管术为诊断和评价PAH的金标准。在相关的研究中发现，PAH患者具有更低的肺灌注阻抗变化的信号,提示肺EIT有可能成为PAH新的非侵入性诊断手段[7]。
· 2.8 在肺栓塞患者中的应用·
肺灌注电阻抗变化主要来自心脏活动相关的搏动性电阻抗信号和局部肺血流产生的电阻抗的信号。但是由于肺部血流灌注产生的灌流阻抗远小于其通气变化产生的呼吸阻抗，因此利用EIT显示肺灌注成像最初是存在困难的。
Prins SA等报告一例2019冠状病毒疾病导致肺血栓栓塞症的病人，通过EIT灌注扫描用来指导下的溶栓治疗以及对溶栓的效果进行评判[8]。
溶栓前
溶栓后
· 小结 ·
EIT正处于其发展的重要阶段，既有机遇，也有风险。就目前而言，EIT为机械通气患者和慢性肺病患者的管理带来新的可能性。但肺EIT在临床中的应用存在一定的局限性：
（1）EIT不能提供组织的精确解剖学定位，其分辨率偏低，越接近身体中央部位，空间分辨率越低，不能用于肺形态学的准确表示；
（2）电极平面所显示的形状并非完全与患者形体相吻合，所显示的阻抗变化位置也并非完全是阻抗发生变化的位置；
（3）胸腔阻抗受PEEP、血管外肺积水、体位、电极缚带位置等多种因素的影响，EIT显示的阻抗变化反映了不同生理过程的相互作用，而非单独因素所产生的影响；
（4）身体移动、强电磁场会引发伪像，影响图像的判读；
（5）目前缺乏规范化的临床指标及操作流程，如机械通气模式选择、PEEP的滴定等。
因此，需要在EIT应用方面与大型多中心临床试验达成共同的标准化技术、术语、协调和共识，以促进临床应用。
·参考文献 ·
ventilation and perfusion monitoring?. Intensive Care Med.2012;38(12): 1917-1929. doi:10.1007/s00134-012-2684-z
[2]Frerichs I, Amato MB, van Kaam AH, et al. Chest electrical impedance tomography examination, data analysis, terminology, clinical use and recommendations: consensus statement of the TRanslational EIT developmeNt stuDy group. Thorax. 2017;72(1):83-93. doi:10.1136/thoraxjnl-2016-208357
[3]Pennati F, Angelucci A, Morelli L, et al. Electrical Impedance Tomography: From the Traditional Design to the Novel Frontier of Wearables. Sensors (Basel). 2023;23(3):1182. Published 2023 Jan 20. doi:10.3390/s23031182
[4]刘孟春,邢金燕.电阻抗断层成像技术在呼吸系统肺功能成像中的应用[J].中华重症医学电子杂志(网络版),2019,5(04):373-378.
[5]Frerichs I, Becher T, Weiler N. Electrical impedance tomography imaging of the cardiopulmonary system. Curr Opin Crit Care2014;20:323–32. 10.1097/MCC.0000000000000088
[6]Vogt B, Zhao Z, Zabel P, Weiler N, Frerichs I. Regional lung response to bronchodilator reversibility testing determined by electrical impedance tomography in chronic obstructive pulmonary disease. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2016;311(1):L8-L19. doi:10.1152/ajplung.00463.2015
[7]Smit HJ, Vonk-Noordegraaf A, Boonstra A, de Vries PM, Postmus PE. Assessment of the pulmonary volume pulse in idiopathic pulmonary arterial hypertension by means of electrical impedance tomography. Respiration. 2006;73(5):597-602. doi:10.1159/000088694
[8]Prins SA, Weller D, Labout JAM, den Uil CA. Electrical Impedance Tomography As a Bedside Diagnostic Tool for Pulmonary Embolism. Crit Care Explor. 2023;5(1):e0843. Published 2023 Jan 17. doi:10.1097/CCE.0000000000000843
