机械通气下肺通气与肺灌注的电阻抗断层成像评价方法优化研究

发布时间：2020-04-06 04:39

【摘要】：肺脏是进行气体交换的主要器官,良好的气体交换需要充分的肺通气与血流灌注。因而在危重病人的机械通气治疗过程中,医生需要密切关注患者的肺通气与肺灌注状况。然而目前传统的成像手段虽然能够满足临诊断和评估的需要,但由于其辐射性、体积庞大等原因,不适合在床旁对机械通气患者进行监测与评估。电阻抗断层成像(Electrical impedance tomography,EIT)可以对生物体内电阻抗分布或变化进行成像,具有便携、无创、无辐射、实时等优点,因而适宜于在床旁环境评估机械通气患者的肺通气与肺灌注状况。本文的研究工作围绕对机械通气下肺通气与肺灌注评估方法的优化展开,主要内容包括:首先本文对一种基于阻抗顺应性法评估肺通气区域的EIT方法进行了优化,避免使用单一值平台压来计算阻抗顺应性。随后使用优化前后的方法处理了6例急性呼吸窘迫综合症模型小猪的EIT数据,得到的结果与对应的CT数据进行了对比。优化后的过度膨胀占比相对误差减少了24.36±18.29%,塌陷占比相对误差减少了16.41±19.18%,表明本文对目前国际上常用的阻抗顺应性法的优化相对有效。其次本文对基于最大斜率法和基于非负矩阵分解法评估肺灌注分布的两种EIT方法分别进行了优化,对最大斜率法不进行伽马曲线的拟合,而直接对注入盐水后阻抗下降的斜率进行计算;对非负矩阵分解法则是自动选取初始基向量进行迭代,而非手动选取初始基向量。随后使用各自优化前后的方法对7例肺栓塞和7例肺正常术后病人的EIT数据进行处理,从结果上看,两种方法优化前后的结果相差甚微,但优化后的方法明显降低了计算量和手动操作量,表明本文对最大斜率法和非负矩阵分解法的优化相对有效。最后本文提出了EIT肺通气/灌注匹配分布图像的概念,以及过通气占比和过灌注占比的指标,用于评估肺通气/灌注的空间匹配情况。对上述的7例肺栓塞的EIT数据处理后得到平均过通气占比为29.00±7.31%,平均过灌注占比为25.21±8.80%;对上述的7例肺正常的EIT数据处理后得到平均过通气占比为12.44±9.86%,平均过灌注占比为13.01±8.18%,肺正常组的过通气占比和过灌注占比要明显低于肺栓塞组(P0.01),证明本研究提出的这两个指标可以用于评估肺通气/灌注空间匹配程度。
【图文】：

流程图,流程,电极

分布或变化为成像目标的一种医学成像手段。其原理是通过在人体表面放置一定数量的电极，以一定的驱动方式由电极注入安全电流，并同时测量其他电极的表面电压，然后通过特定的重构算法重建出电极层周围的人体阻抗分布图像，，流程如图1.2所示。自 1978 年 Henderson 和 Webster 等[12]发表了第一张肺部电阻抗图像以来，EIT 因其便携、无创、实时、无辐射等优点，已成为生物医学工程领域的重要课题之一[13]。EIT 流程1987 年，英国 Sheffield 大学 Brown 等人开发了第一套完整的 EIT 数据采集系统

气区,肺通气

一 PEEP 下肺区内 CL 和 OD 占比之和最小时机械通气改善氧合和通气的效果最好，这一 PEEP 值也被称为最佳 PEEP 值。确定最佳 PEEP 值的过程被称为 PEEP 滴定，通常是从高 PEEP 水平开始进行机械通气，每 2~3 分钟降低一次 PEEP，每次降低2~5cmH2O，直至较低值或为 0，随后根据每个 PEEP 下的通气情况来确定最佳 PEEP值。本章主要分析了目前文献中报道的一种 EIT 评估肺通气区域的方法，随后通过开展动物实验结合 CT 数据对其准确性进行验证，然后根据结果针对其进行优化。2.2 肺通气区域评估方法介绍在使用 EIT 评估肺通气区域时，首先需要采集 PEEP 滴定过程中不同 PEEP 下机械通气时的 EIT 数据。在采集到多个 PEEP 下的 EIT 数据后，接着会选取参考帧和进行重建图像，然后从重建的 EIT 图像中选取关键帧，并以此计算肺部感兴趣区（regionof interest, ROI），最后对 ROI 内的像素点使用相应的方法来评估 CL/OD 占比，其流程如图 2.1 所示。从选取参考帧到计算肺区 ROI 的过程，统称为 EIT 数据的预处理。本节内容将按 EIT 数据的采集、预处理和基于阻抗顺应性评估 CL/OD 的顺序展开。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R563.8;TP391.41

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