基于電阻抗成像技術實時監測小豬肺出血模型的實驗研究

代萌，徐燦華，楊濱，夏軍營，劉本源，劉銳崗，史學濤，尤富生，付峰

第四軍醫大學 生物醫學工程系，陜西西安 710032

基于電阻抗成像技術實時監測小豬肺出血模型的實驗研究

代萌，徐燦華，楊濱，夏軍營，劉本源，劉銳崗，史學濤，尤富生，付峰

第四軍醫大學 生物醫學工程系，陜西西安 710032

目的探討基于電阻抗成像技術（EIT）實時監測小豬肺出血模型的可行性。方法 以小豬肺出血模型為研究對象，采用EIT實時連續監測小豬肺出血過程中的電阻抗變化。結果 當注血量每5mL逐漸增加時，EIT圖像的相應區域呈紅色顯示，并逐漸增強，EIT所顯示的出血位置與CT所示的基本一致。定量分析結果表明，當注血量每5mL逐漸增加時，圖像上提示區域的阻抗、面積變化逐漸增大，EIT定量分析指標與注血量存在良好的相關性。結論 EIT技術能夠實時有效地檢測小豬肺出血引起的電阻抗變換，為臨床研究奠定了基礎。

電阻抗成像技術；肺出血；動物實驗；新生兒；阻抗信號

0 前言

肺出血是由于各種原發性或繼發性肺損傷引起出血的臨床危重征象，是新生兒常見的主要死亡原因之一[1]。據國內外文獻報道，新生兒肺出血的發病率約1‰～12‰，而死亡率高達74.6％[2-3]。與此同時，由于肺出血的發病機制尚未完全明確，所以臨床上仍缺乏早期診斷的方法，當患兒出現口鼻涌出血性泡沫液體的癥狀時已屬晚期[4-5]。雖然傳統的大型影像設備可用于確診新生兒肺出血，但因其體積過于龐大、有輻射性，無法對具有潛在發病可能的新生兒進行床旁實時監測，無法滿足臨床上早發現、早治療的需要。

電阻抗斷層成像技術（Electrical Impedance Tomography，EIT）因其無創、無輻射、便攜化、采用安全電流獲取信號、功能成像等特點，使其能夠在床旁對患兒進行實時動態的圖像監護，有助于新生兒肺出血的早期發現、及時預警，具有巨大的臨床應用價值。實際上，利用EIT技術，開展

VOL.30 No.07

RESEARCH WORK針對其他臟器內出血實時監測的研究已有相應報道。代萌[6]等、徐燦華[7]等均報道了采用EIT技術實時發現和監測小豬腦出血的過程；帥萬均等[8]證明了EIT可以檢測到小豬腹腔內出血；尤富生等[9]報道了利用EIT監測一名腎出血病人并成功救治的案例。由此可見，EIT技術在監測臨床內出血的應用方向極具前景，但針對肺出血的EIT檢測與監測研究卻鮮有報道。本研究以小豬為實驗對象，利用EIT技術監測其肺出血過程，并對出血程度和范圍進行初步的定量分析。

1 材料和方法

1.1 一般資料

選取小豬14只，其中雌性7只，雄性7只，年齡4～6周。

1.2 數據采集

采用常規麻醉后，對胸部一周行備皮處理；在胸骨尖突上方5cm處，等間隔安放16個電極；經小豬股動脈抽取20mL自體血并加肝素抗凝；在行EIT監測的同時，將小豬自體抗凝血注入肺臟內，每次注射5mL，注射4次；觀察注血過程中EIT圖像的相應變化（圖1）。

圖1 利用EIT系統監測小豬肺出血模型的實驗現場

1.3 呼吸阻抗信號濾除

在試驗過程中，當小豬處于呼氣末期時，EIT圖像上的相應位置可以觀察到出血信號；當小豬吸入空氣后，空氣在肺部引起的阻抗變化遠大于出血引起的阻抗變化，EIT圖像上的出血信號基本被空氣信號湮沒，見圖2（a）。因此，為消除呼吸阻抗信號的影響，本研究對原始阻抗測量信號進行了分析與處理。原始阻抗測量信號的基線隨著注血量的增加而降低，說明小豬肺部整體阻抗呈下降趨勢，但整體信號都受到了周期性呼吸阻抗信號的干擾，見圖2（b）。通過分析與比較注血前后小豬肺部阻抗信號功率譜發現，小豬自主呼吸而不施加干預時的阻抗信號功率分布與注血后的阻抗信號功率分布存在明顯不同：0.26 Hz處的尖峰提示小豬的呼吸頻率約為15次/min；而在注血后的功率譜中，＜0.15 Hz的低頻功率成分可認為是注血阻抗信號。所以，通過設計以0.15 Hz為截止頻率的數字低通濾波器，將呼吸阻抗信號進行抑制而進一步突出注血阻抗信號，見圖2（c）。

圖2 呼吸阻抗信號濾除

1.4 EIT圖像定量分析

為初步定量研究EIT圖像上注血信號的阻抗變化程度，用平均阻抗值（Average Resistivity Values，ARV）來衡量注血信號阻抗變化的平均值；感興趣區（Region of Interest，ROI）（％）來衡量注血信號面積占整個肺區面積的比例。

2 結果

濾波后，小豬肺出血的EIT圖像序列見圖3（a）。當注血量逐漸增加時，EIT圖像的相應區域（圖上左側位置）呈紅色顯示，并逐漸增強；同時，影像結果提示，EIT所顯示的出血位置與CT所示出血位置基本一致，圖3（b）。

圖3 小豬肺出血的EIT圖像序列與CT圖像

EIT圖像定量分析結果表明，當注血量每5mL逐漸增加時，圖像上所提示區域（左側紅色區域）的ARV、ROI均逐漸增大，EIT定量分析指標與注血量存在良好的相關性（圖4）。

圖4 小豬肺臟注血量與EIT出血區域的關系

3 討論

本研究首次證實了采用EIT技術對小豬肺出血模型進行實時監測的可行性，并對出血程度進行了初步的定量分析。通過本試驗發現，由于血液組織與肺臟組織之間電阻抗存在差異，理論上可以由EIT檢測并成像，但由于呼吸過程帶來的信號干擾，使出血阻抗信號被湮沒。本研究通過數字濾波的方法將呼吸阻抗信號濾除，有效地獲得了肺出血所產生的阻抗信號，再通過EIT成像方法間接地反映出肺出血的程度和分布，為臨床研究奠定了良好的實驗基礎。

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Experiment Study on EIT-Based Real-Time Monitoring of the Little Pig Pulmonary Hemorrhage Model

DAI Meng, XU Can-hua, YANG Bin, XIA Jun-ying, LIU Ben-yuan, LIU Rui-gang, SHI Xue-tao, YOU Fu-sheng, FU Feng
School of Bio-Medical Engineering, The Fourth Military Medical University, Xi’an Shaanxi 710032, China

Objective To explore the feasibility of EIT-based（Electrical Impedance Tomography）realtime monitoring of the little pig pulmonary hemorrhage model.Methods As the objective of this study, electrical impedance changes of little pig pulmonary hemorrhage model was constantly and real-timely monitored with adoption of EIT.Results Gradual increase of each 5mL of injected blood volume resulted in redness displayed in EIT images incorresponding areas and gradual enhancement.The hemorrhage locations revealed by EIT accorded with those displayed by CT.Quantitative analysis results indicated that gradual increase of each 5mL of injected blood volume leaded togradually-enlarge delectrical impedance and area in the relevant locations in EIT images, which proved the relevance between EIT quantitative analysis indicators and the injected blood volume.Conclusion EIT could realtimely monitor the electrical impedance changes caused by pulmonary hemorrhage in little pigs in an effective way, which laid a solid foundation for clinical researches.

electrical impedance tomography；pulmonary hemorrhage；animal experiments；neonates；impedance signals

R318

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.07.006

1674-1633（2015）07-0019-03

2015-06-28

軍隊課題（AWS14C006，CWS12J102）；國家科技支撐計劃課題（2012BAI20B02）。

付峰，教授，博士生導師。

通訊作者郵箱：fengfu@fmmu.edu.cn