Medtec 有源医疗设备展的胸部电阻抗成像技术在中国临床应用：近5年最新综述

(Clinical applications of thoracic electrical impedance tomography in China: an updated review on recent 5 years)

摘要 (Abstract)

电阻抗成像（Electrical Impedance Tomography, EIT）是一种新兴的成像技术，近年来受到越来越多的关注，尤其是在医学领域和呼吸系统疾病的诊疗中。自上次聚焦于中国医院临床应用的综述以来，取得了令人瞩目的进展。过去五年间，记录了百余篇与胸部EIT临床研究和日常应用相关的SCI期刊出版物。随着EIT设备变得更加可及和便携，其临床应用场景不仅包括重症监护病房（ICU），还扩展至慢性病管理和健康筛查。我们欣喜地看到超过10家本地公司生产了各自的EIT设备，并在中国杭州举行的第24届EIT生物医学应用国际会议上展出。本文系统综述了过去五年间胸部EIT在中国医院临床研究和常规应用中的应用。

关键词：电阻抗成像；EIT；胸部成像；临床应用；中国；综述

1. 中国EIT发展现状 (The current state of EIT development in China)

首台商用胸部EIT设备，即德国Dräger公司制造的PulmoVista 500，于2017年底获得中国国家药品监督管理局（NMPA，前身为CFDA）的批准。如先前综述所述（Zhao et al 2020b），其增长令人印象深刻。截至2019年底，中国有近50家医院在使用EIT。真正的突破发生在COVID-19大流行期间，当时ICU医生和呼吸治疗师的短缺显著影响了呼吸机设置的效果。EIT可在床旁可视化通气分布，并在调整呼吸机后提供即时反馈。因此，它被列入中国国家指南，作为COVID-19治疗的可能手段之一，尤其用于呼气末正压（Positive End-Expiratory Pressure, PEEP）的滴定。更多医院（不仅是三级医院）购置了EIT设备，更多医生能够在日常实践中（不仅是在学术会议或展览期间）自行尝试该技术。得益于庞大且多样化的患者群体，中国团队在研究和临床应用方面取得了显著进展，在某些应用领域逐渐从“跟随者”转变为“并行者”，甚至成为“引领者”。在国家和地方政府资金的大力支持下，中国许多大学和研究机构已建立了专门的EIT研究团队。2024年，第24届EIT生物医学应用国际会议在中国杭州举办。我们欣喜地欢迎超过10家中国本土公司在会议期间展出了他们自主研发的EIT设备。截至2025年1月，至少有6款产品获得了NMPA的批准，且全部为中国本土制造。其中一些设备非常先进，具有智能手机般的便携尺寸和无线连接功能。一些则被嵌入到ICU呼吸机中。目前，中国有10个省份可以向患者收取EIT测量费用。这些省份的医院相比其他省份更倾向于购买EIT设备。距离上次关于中国EIT临床应用的主题综述已有5年。本综述旨在总结中国医院近期在临床研究和日常应用方面的发展。

2. 临床应用与研究热点(Clinical Applications and Research Focus)

在PubMed (www.ncbi.nlm.nih.gov)上检索了2020年1月至2025年1月期间发表的文献。使用的关键词包括“电阻抗成像”(electrical impedance tomography)、”EIT”、”中国”(China)、”台湾”(Taiwan)、”肺”(lung)、”呼吸”(respiratory)、”肺部”(pulmonary)、”胸部”(thoracic)和”气道”(airway)（单独或组合使用）。检索共返回185篇文章。研究由两名研究者（JY, SH）审阅。进一步的纳入标准是：在英文期刊上以全文形式发表、针对人类受试者的研究。排除综述类文章。最终有102篇文章符合标准。

自2020年以来，相关出版物的数量显著增加（图1）。更多的机构和大学在COVID-19期间开始认识到EIT在胸部监测和其他临床应用中的显著优势。在入选的文章中，EIT主要用于个性化通气监测与管理以及肺功能评估。研究主题被分为5类（后续图表中展示的数据基于这些类别，且是在中国医院进行的研究）：(1) 通气优化与个体化PEEP策略，(2) 肺灌注与通气/灌注（V/Q）匹配评估，(3) 围术期危重监测（除PEEP滴定外），(4) 肺功能与慢性病管理，以及(5) 其他领域。图2显示了5个类别研究数量的百分比分布。请注意，一些研究可能存在重叠，涵盖多个主题。它们将由研究者判断并归入最相关的类别。

图1. 2020年1月至2025年1月入选的EIT相关论文数量统计。

 

(Figure 1. Statistics on the number of EIT-related papers selected from January 2020 to January 2025.)

图2. 筛选后EIT相关出版物在不同应用领域的比例。V/Q：通气-灌注。

 

2. The proportion of EIT-related publications in different applications after screening. V/Q, ventilation-perfusion.)

2.1 通气优化与个体化PEEP策略 (Ventilation Optimization and Individualized PEEP Strategies)

EIT结合肺力学被认为是优化呼吸机设置的有前景的技术，尤其适用于急性呼吸窘迫综合征（Acute Respiratory Distress Syndrome, ARDS）患者的PEEP滴定。PEEP抑制肺泡塌陷并改善氧合；然而，设置不当可能导致肺泡过度膨胀和损伤。EIT能有效区分这些情况，从而实现个性化治疗策略（Chen et al 2021; Zhao et al 2021a）。通过EIT监测，医生可以优化PEEP选择以平衡肺泡塌陷和过度膨胀，从而在不损害呼吸顺应性的情况下改善氧合（Hsu et al 2021）。大量研究证实，EIT引导的个体化PEEP设置显著改善了患者的通气和氧合（Zhao et al 2020c; Mi et al 2022; Zhao et al 2022; Lan et al 2024）。在全麻手术中，EIT引导的个体化PEEP也显示出优势。它被认为是优于传统固定PEEP设置的肺保护性通气方法，适用于各种手术体位（Shu et al 2023）。这种方法显著改善了术中氧合指标和肺顺应性，且不增加血流动力学不稳定性或术后肺部并发症（Ma et al 2023; Xiao et al 2023）。例如，与固定PEEP（如6 cmH22O）相比，EIT引导的PEEP在开颅手术和机器人辅助腹腔镜前列腺切除术后显示出更好的氧合和肺功能，同时保持了血流动力学稳定（Pan et al 2023a）。

人机不同步（Patient-ventilator asynchrony, PVA）是机械通气患者的常见问题，通常源于神经信号与机械吸气时序之间的错位。EIT可以识别无效吸气努力（Ineffective Inspiratory Efforts, IEE），而这是通过呼吸机波形难以检测的。这种能力使临床医生能够及时识别潜在的呼吸不同步并优化通气管理（Pan et al 2021）。与传统的低PEEP/吸入氧浓度（FiO22）策略和准静态压力-容积（Pressure-Volume, PV）曲线方法相比，EIT引导的PEEP调整改善了肺功能并降低了呼吸机相关性肺损伤（Ventilator-Induced Lung Injury, VILI）的风险（Songsangvorn et al 2024）。前瞻性研究已证明了EIT引导PEEP的短期效果，如改善氧合和呼吸系统顺应性。目前，只有两项在中国进行的单中心随机对照试验评估了EIT引导组与对照组在ARDS患者死亡率上的差异（He et al 2021b; Hsu et al 2021），均显示EIT引导的PEEP改善了患者结局。大型多中心随机对照试验正在进行中以进一步验证其疗效（Yuan et al 2023）。

EIT在优化急性低氧性呼吸衰竭（Acute Hypoxemic Respiratory Failure, AHRF）、COVID-19和肥胖患者的通气方面也显示出潜在的临床价值（Wang et al 2022c; Zhao et al 2023b）。EIT能够实时监测区域通气，尤其在俯卧位和PEEP诱导的肺复张期间，从而提升治疗效果。然而，受试者间的变异性、体位以及EIT的技术差异（如设备、算法、采样方案、分析方法）可能会影响最佳PEEP的选择。研究表明，优化EIT电极放置可确保相对阻抗变化与肺容积变化之间的线性关系（Zhao et al 2022; Yue et al 2023）。当体位改变或患者病情在长时间内发展时，可能需要重复进行PEEP滴定（Sang et al 2024a）。急性呼吸衰竭（Acute Respiratory Failure, ARF）是指肺气体交换无效引起的低氧血症或高碳酸血症。由于其起病急骤且病因多样，ARF对患者生命构成重大威胁。2021年，Li等人提出使用EIT监测接受经鼻高流量氧疗（High-Flow Nasal Cannula, HFNC）的ARF患者（Li et al 2021b）。后续研究发现，该策略可在短时间内预测HFNC治疗失败（Yang et al 2023b）。由于其实时性和无辐射的优势，EIT也适用于自发性气胸和肺炎患者的床旁通气监测（He et al 2020d; Gao et al 2024b）。作为COVID-19患者的床旁监测工具，它可有效监测支气管肺泡灌洗（Bronchoalveolar Lavage, BAL）治疗期间的局部通气改善（Fu et al 2020）。因此，EIT的连续监测能力在撤机期间尤为重要，有助于评估肺泡塌陷和过度膨胀，支持更科学和个性化的通气策略调整，并在改善撤机策略和临床结局方面展现出显著价值（Xiao et al 2023）。表1总结了第一类别的相关出版物。

表1. 选定的与通气优化和个体化PEEP策略相关的EIT出版物总结。
(Table 1. Summary of selected EIT publications related to ventilation optimization and individualized PEEP strategies.)

 

缩写： ARDS, 急性呼吸窘迫综合征; AHRF, 急性低氧性呼吸衰竭; PEEP, 呼气末正压; Crs, 呼吸系统顺应性; COPD, 慢性阻塞性肺疾病; PP, 俯卧位; ICU, 重症监护病房; PARDS, 儿童急性呼吸窘迫综合征; SLE, 系统性红斑狼疮; BAL, 支气管肺泡灌洗; AOP, 气道开放压。

2.2 肺灌注与V/Q匹配评估 (Assessment of Lung Perfusion and V/Q Matching)

除了区域肺通气分布外，EIT在评估肺灌注方面也具有显著优势，从而实现了床旁V/Q匹配评估和临床决策（Liu et al 2022a; Li et al 2023b）。在国际共识文件中明确指出，心脏相关的搏动性分析不能准确反映区域肺灌注。因此，近期的肺灌注评估通常通过在呼吸暂停期间经中心静脉导管注射高渗盐水来进行。这种无创技术使临床医生能够观察不同机械通气参数下肺血流的变化，从而优化通气策略（Pan et al 2023b）。此前，该方法主要在动物实验中进行和验证。自2020年以来，评估其在人体受试者中可行性的临床研究已发表（表2）。它已被用于评估成人和儿童的肺栓塞（Pulmonary Embolism, PE）及其相应治疗。EIT可用于术后早期床旁肺灌注评估，促进肺栓塞的快速诊断（Wang et al 2021a, 2024b）。对于一些危重患者，传统的PE监测方法，如计算机断层扫描肺血管造影（Computed Tomography Pulmonary Angiography, CTPA），可能不可行。在这种情况下，EIT提供的V/Q不对称图像可以为诊断PE提供客观证据（Ding et al 2024）。这些案例凸显了EIT在评估和监测区域灌注方面的潜力，有助于快速诊断致命性PE并评估治疗效果。

表2. 选定的与肺灌注和V/Q匹配评估相关的EIT出版物总结
(Table 2. Summary of selected EIT publications related to assessment of lung perfusion and V/Q matching)

 

缩写： V/Q, 通气-灌注; PE, 肺栓塞; APE, 急性肺栓塞; ARF, 急性呼吸衰竭; HR-ARDS, 高危ARDS; CTPA, 计算机断层扫描肺血管造影; ECMO, 体外膜肺氧合; VV ECMO, 静脉-静脉体外膜肺氧合; CTEPH, 慢性血栓栓塞性肺动脉高压; APRV, 气道压力释放通气; PEA, 肺动脉内膜剥脱术; iNO, 吸入一氧化氮; TEB, 胸段硬膜外阻滞; LAM, 肺淋巴管平滑肌瘤病; LTV, 低潮气量; VA-ECMO, 静脉-动脉体外膜肺氧合; CARDS, COVID-19急性呼吸窘迫综合征。

在V/Q匹配评估方面，EIT提供通气和灌注的实时动态监测，有助于识别低氧血症原因并优化机械通气策略，尤其适用于危重患者和ARDS患者（He et al 2020a; Liu et al 2022a; Li et al 2023b）。在接受体外膜肺氧合（Extracorporeal Membrane Oxygenation, ECMO）治疗的患者中，使用盐水团注结合EIT进行床旁评估，不仅能够实时监测肺部状况，还能避免患者转运，从而降低风险和不便（He et al 2022）。俯卧位已被证明能改善早期ARDS患者的氧合和生存率。基于EIT的V/Q匹配进一步研究了这种效应的生理机制。Wang等人的一项前瞻性生理学研究表明，持续俯卧位通气增强了背侧区域的通气和灌注，从而改善了V/Q匹配和氧合（Wang et al 2022a）。虽然该体位显著减少了早期ARDS患者的V/Q失调，但在持续性ARDS病例中可能会增加V/Q失调（Yuan et al 2023）。EIT可以评估仰卧位和俯卧位的V/Q分布，帮助临床医生优化不同阶段ARDS患者俯卧位通气的时机和适用性。

2.3 围术期监测(Perioperative Critical Monitoring)

EIT广泛应用于围术期床旁监测，以优化呼吸机参数并实施肺保护性通气策略（Xiao et al 2024）。它有助于评估术后通气改善情况，并支持实时评估镇痛药物（如舒芬太尼、地佐辛和曲马多）对患者呼吸功能的影响，为个体化镇痛方案提供科学依据（Gan et al 2022）。Zhao及其同事在2021年的文章中强调，EIT在评估心脏手术后通气分布变化方面表现出色（Zhao et al 2021b）。在全主动脉弓置换术（Total Aortic Arch Replacement, TAAR）中，脑缺血损伤可能导致术后神经功能障碍（Postoperative Neurological Dysfunction, PND），这与不良结局和死亡率增加相关。近期分析表明，PND患者的EIT参数与血清神经生物标志物之间存在显著相关性，提示EIT是监测TAAR期间脑损伤风险的可靠方法（Guo et al 2024）。同样，在器官移植受者中，EIT可用于监测肺通气状态以进一步优化通气策略。这支持了治疗策略的优化和临床结局评估，凸显了其在重症监护中的重要性（Li et al 2023c; Wang et al 2023a; Xuan et al 2023）。未来的研究应继续探索EIT在各种手术环境中的应用，以验证其在围术期监测中的重要性并改进术后护理策略。

对于围术期患者，在自主呼吸恢复后未能及时脱离机械通气可能导致术后肺功能受损。尽管监测技术的进步提高了评估撤机准备状态的准确性，但失败率仍然很高（Burns et al 2017）。因此，进行有针对性的评估并准确确定拔管的最佳时机对于加强临床管理和改善患者结局至关重要。Li等人（2021a）的研究表明，使用EIT评估上腹部手术后接受自主呼吸试验（Spontaneous Breathing Trial, SBT）患者的通气模式，可以预测撤机成功率，从而优化停止机械支持的时机。EIT监测肺阻抗变化，提供动态通气信息，有助于优化通气策略，可能降低呼吸机相关并发症的风险（Zha et al 2023）。研究强调了EIT在指导长期机械通气患者个体化撤机过程中的巨大潜力（Wang et al 2024d）。表3总结了第三类别的相关出版物。

表3. 选定的与围术期监测相关的EIT出版物总结
(Table 3. Summary of selected EIT publications related to perioperative monitoring)

 

缩写： HFNC, 经鼻高流量氧疗; ESD, 内镜粘膜下剥离术; MAP, 平均动脉压; Cdyn, 肺动态顺应性; PALI, 术后急性肺损伤; TAAR, 全主动脉弓置换术; SSRF, 肋骨骨折手术固定; YB, 瑜伽呼吸练习; PPCs, 术后肺部并发症; CEA, 颈动脉内膜切除术; SI, 手动持续肺膨胀; IP, 逐步增加PEEP。

2.4 肺功能与慢性病管理(Pulmonary Function and Chronic Disease Management)

慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD）是一种常见的呼吸系统疾病，其特征是气道阻塞导致呼吸困难。即使在传统肺量计尚未显示异常之前，EIT也能识别肺功能损害（Qu et al 2025）。当呼吸系统症状已经出现时，与传统的肺量计相比，EIT与患者报告的症状改善密切相关，并对症状变化表现出更高的敏感性（Yang et al 2024a）。在稳定期COPD患者中，个性化肺康复已显示出显著减轻呼吸困难并改善关键肺功能参数，包括用力肺活量（Forced Vital Capacity, FVC）和第一秒用力呼气容积（Forced Expiratory Volume in 1 second, FEV1）。在缩唇呼吸训练期间，与传统方法相比，EIT提供了更全面的整体和区域通气参数（Yang et al 2024b）。实时EIT监测为不同患者对呼吸练习的反应提供了关键见解（Yang et al 2023c）。在COPD急性加重期，气道阻力增加和气体陷闭加重，EIT可用于评估区域气体陷闭和内源性PEEP现象，为诊断和监测疾病进展提供有价值的信息（Zhao et al 2020a）。肺康复对肺时空异质性的影响已通过功能性EIT成像有效可视化，为制定个性化康复方案提供了新见解（Ma et al 2022）。除了成像作用外，EIT在胸部物理治疗（Chest Physical Therapy, CPT）的监测和指导中也显示出显著的实用性。最近的一项研究确立了在高依赖病房中利用EIT指导肺部疾病患者CPT干预的可行性，从而改善患者的通气状态，并提供了一种评估治疗效果的有效手段（Li et al 2023a）。

随着EIT在肺功能和慢性病管理应用研究的深入，它有望成为慢性呼吸系统疾病患者日常管理的标准方法。然而，对于既往存在肺部疾病的患者，EIT电极带对肺容积减少的影响不容忽视，在比较使用和不使用电极带的肺功能测量时需要谨慎（Zhang et al 2020a）。表4总结了第四类别的相关出版物。

表4. 选定的与肺功能和慢性病管理相关的EIT出版物总结
(Table 4. Summary of selected EIT publications related to pulmonary function and chronic disease management)

 

缩写： EEF, 呼气末流量; RAW, 呼吸肌无力; IEE, 无效吸气努力; PR, 肺康复; PLB, 缩唇呼吸; PSP, 原发性自发性气胸; PBML, 肺良性转移性平滑肌瘤; AHRF; 急性低氧性呼吸衰竭。

2.5 EIT的其他应用(Others Applications of EIT)

EIT测量的区域性呼气末流量（Regional End-Expiratory Flow, EEF）与呼吸机记录的总流量表现出强相关性，在监测疾病进展方面优于传统检测技术。这种长期监测能力使医疗专业人员能够及时识别疾病状态的变化并进行干预。未来旨在通过离散小波变换去除EIT信号中运动伪影的进展有望显著提高信号质量（Yang et al 2022a）。此外，EIT可用于检测摆动气流（Pendelluft）现象（Chi et al 2022; Xiao et al 2022），其特征是由于吸气不均导致的气体在肺内重新分布，这可能影响肺功能。摆动气流可能与膈肌功能障碍有关，影响撤机结局（Wang et al 2023a）。EIT通过测量不同区域间的相位差和幅度差来评估异步肺通气，能够在床旁实时检测摆动气流，并具有增强的空间和时间分辨率（Sang et al 2020）。

EIT的应用范围正在不断扩展到传统呼吸监测之外。EIT可以在抗重力紧张运动（Anti-Gravity Straining Maneuvers, AGSM）期间实时评估肺通气，为各种生理负荷下的呼吸反应提供新见解，并突显其在极端条件下的潜在用途。这种能力对于为特定人群（如宇航员和飞行员）开发和优化呼吸支持系统特别有利（Yang et al 2021a）。同时，EIT设备正变得越来越便携和精确。来自中国香港的一个研究团队成功设计了一种便携、经济高效的EIT系统，适用于家庭使用和自行操作。虽然该系统并非旨在取代传统的肺功能测试，但它为肺功能筛查和监测提供了便捷的选择（Zouari et al 2022）。

使用EIT时，专用电极通常放置在患者胸部的第4或第5肋间隙。EIT的准确性受多种因素影响，包括参考电极和重力；因此，保持适当的电极接触并根据患者体位调整其位置至关重要（Yang et al 2023c）。此外，电极带放置方法应根据个体患者状况进行个性化（Yue et al 2023）。表5总结了第五类别的相关出版物。

表5. 筛选后其他领域的EIT相关出版物总结。
(Table 5. Summary of EIT-related publications in others areas after screening.)

 

缩写： AECOPD, 慢性阻塞性肺疾病急性加重; BAL, 支气管肺泡灌洗; AGSM, 抗重力紧张运动; CT, 计算机断层扫描; CPT, 胸部物理治疗; AHRF, 急性低氧性呼吸衰竭; BMI, 体重指数; PMV, 长期机械通气; SBT, 自主呼吸试验; PBML, 肺良性转移性平滑肌瘤; SNR, 信噪比; PSP, 原发性自发性气胸。

3. EIT面临的挑战、当前产业状况及未来发展 (Challenges, Current Industry Status and Future Developments Facing EIT)

在过去五年中，EIT在中国的技术推广和临床研究应用呈现增长趋势，同时在算法优化和图像重建方面持续进步，多模态应用日益增多，临床试验和标准化工作也在推进。EIT主要应用于呼吸监测和心血管疾病等领域。EIT设备的研究趋势正逐渐转向便捷性、家庭使用和适用于远程医疗。这一转变主要受技术进步、对无创监测日益增长的需求以及政府政策支持（如中国《“十四五”医疗装备产业发展规划》）的推动。这些变化有望提高患者依从性，减轻三级医院负担，并促进慢性呼吸和心血管疾病的早期发现和长期管理。

然而，EIT在临床应用中仍面临挑战，包括技术成熟度不足、数据解读困难、设备成本高以及相对缺乏临床证据。由运动伪影和电极放置不当引起的信号质量不一致，持续凸显了实现可靠图像重建的技术挑战。解读通气-灌注失调或摆动气流现象需要专业知识和标准化分析工具，而这些工具目前尚未广泛普及。由于EIT系统成本高昂，加上初始投资和运行维护费用，许多基层医疗机构尽管认识到其潜在益处，但在采用该技术时仍犹豫不决。这些因素限制了其在基层医院的推广和广泛应用。尽管越来越多的随机对照试验已经出现，但大规模、多中心的验证研究仍然不足，凸显了对全面临床证据的需求。为此，中国已发布多项国家指南，旨在促进标准化和最佳实践。值得注意的例子包括高渗盐水增强肺灌注成像方案（He et al 2021e）、EIT在重症监护中的应用（中国卫生信息与健康医疗大数据学会重症医学分会等 2022）以及基于EIT的区域性肺功能评估技术标准（Zhao et al 2024）。这些指南强调需要优化实际参数，包括电极放置和EIT带引起的肺容积测量偏差，以确保在不同患者群体中获得可重复的结果。根据国家药品监督管理局今年早些时候发布的最新定价指南，EIT有望在全国范围内按服务收费方式实施，这将进一步促进其应用和融入临床实践。

展望未来，人工智能和深度学习技术的整合有望革新EIT系统，实现自动化分析，减轻培训负担，并提高诊断准确性。在运动医学和航空航天医学等领域也可能出现进一步的应用。为支持这种扩展，建立专注于设备操作、图像解读和临床决策的专门培训中心至关重要。总的来说，这些举措可能有助于更广泛地实施EIT，并加强其在常规临床实践中的作用。

 

 

文章来源：呼吸世界

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电阻成像