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Applying the Electrical Impedance Tomography to Assess Lung Regional Ventilation Distribution in ICU Patients After Cardiac Surgery and Exploring Its Preliminary Values
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摘要:目的
应用电阻抗断层成像(electrical impedance tomography, EIT)技术监测ICU心外科术后患者的肺部通气情况，并分析其在患者术后短期预后预测中的价值。
方法回顾性收集北京协和医院重症医学科2023年1月—11月收治的心外科术后患者临床资料，应用EIT技术监测患者肺部通气情况，分析患者4个感兴趣区(region of interest, ROI)肺通气百分比对患者ICU住院时间、呼吸机使用时间和插管时间的影响。
结果共46例患者纳入本研究，其中男性29例，女性17例，平均年龄(58.2±9.5)岁。手术时长≥5 h的患者肺平行ROI 4区(背侧)通气更差(P=0.022)。而ROI 4区通气＜9%的患者其氧合指数更低(P=0.025)，呼吸机使用时间(P=0.004)、插管时间(P=0.010)、ICU住院时间(P=0.018)均更长。在控制年龄、性别、手术时长和入室急性生理学与慢性健康状况(acute physiology and chronic health evaluation，APACHE)评分的影响后，肺平行ROI 4区通气增加是患者术后短期预后的保护性因素(OR=0.743，95% CI：0.587~0.941，P=0.014)。以9.5%为截点，肺平行ROI 4区肺通气百分比预测患者预后差的灵敏度为85.7%，特异度为56.2%，曲线下面积为0.752(95% CI: 0.599~0.905, P=0.007)。
结论应用EIT监测技术，可观察到ICU心外科手术后患者肺部通气情况与手术时长有关，改善患者肺部ROI 4区通气或可提高患者术后短期预后。
Abstract:ObjectiveTo apply electrical impedance tomography (EIT) technology to assess the lung regional ventilation distribution in patients admitted to the intensive care unit (ICU) after a cardiac surgery, and to analyze its value of predicting patients' short-term prognosis.
MethodsData from 46 patients admitted to ICU after a cardiac surgery from January to November 2023 were retrospectively collected. Using EIT, we assessed the lung regional ventilation of four regions of interest (ROI) and analyzed its influence on patients' length of stay in ICU, mechanical ventilation duration and tracheal intubation duration.
ResultsA total of 46 patients were selected, including 29 males and 17 females, with an average age of (58.2±9.5) years.The patients who received a cardiac surgery equal to or over 5 hours had worse ventilation in the dorsal region (ROI 4) (P=0.022). The patients with worse dorsal region ventilation (ROI 4 < 9%) had lower oxygenation index (P=0.025), longer mechanical ventilation duration (P=0.004), longer tracheal intubation duration (P=0.010), and longer ICU stay (P=0.018). A larger ROI 4 percent was a protective factor for patients' prognosis (OR=0.743, 95% CI: 0.587-0.941, P=0.014) after controlling for the impact of age, gender, length of surgery and acute physiology and chronic health evaluation (APACHE) score at the admission. With a cutoff value of 9.5%, ROI 4 had 85.7% sensitivity and 56.2% specificity to predict worse prognosis.The area under the curve (AUC) was 0.752 (95% CI: 0.599-0.905, P=0.007).
ConclusionsThe length of a cardiac surgery influences patients' lung ventilation, which further impacts patients' prognosis. EIT can be used as a bedside tool to assess patients' lung ventilation and inform corresponding clinical interventions to improve patients' prognosis.
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妇科疾病多以出血为主要表现，如不全流产、异位妊娠、瘢痕妊娠、子宫肌瘤、子宫肌腺症、功能失调性子宫出血、宫颈癌、子宫内膜癌、滋养细胞肿瘤等。此外，妇科手术种类广，数量多，创伤大，容易出血，是综合医院中临床用血的重要科室[1-2]。北京协和医院妇科处理的疑难病例集中，合并症多见，恶性肿瘤比例高，手术难度大，临床用血的需求较大。据输血科统计数据，妇科围术期输血占妇科临床用血的一半以上，如何降低输血比例，减少用血量，是合理安全用血、提高医疗质量的关键。本文对本院妇科围术期输血患者进行回顾性分析，总结用血现状及其特点，提出合理用血措施，为妇科围术期安全合理用血提供理论依据。
资料和方法
资料
回顾性分析2014年1月至10月在北京协和医院妇产科进行妇科手术的病例，手术种类除外人工流产、清宫、诊刮、活检等小手术，手术时间、患者年龄、体重、合并症不限，选择其中在手术期间及手术后3 d内进行输血的病例。2013年同期妇科手术和输血病例作为对照。
研究方法
通过北京协和医院病案检索系统，检索2013年1月至10月及2014年1月至10月的妇科手术病例，除外人工流产、清宫、诊刮、活检等小手术，统计手术量、手术方式和疾病种类，从北京协和医院输血科检索妇科输血病例、输血种类和输血量；并根据疾病种类和手术方式进行分类，分别统计其输血比例和输血量。将两个不同时期的输血情况进行比较。总输血量(U)为红细胞悬液、血浆(200 ml相当于1 U)和血小板输注的总单位数。以宫颈癌为例，统计腹腔镜下宫颈癌根治术和开腹宫颈癌根治术的输血情况。术中回收式自体输血(intraoperative autologous transfusion, IAT)采用一次性自体血液回收装置(Cell Saver 5+, Haemonetics, Brain tree, Mass, USA)，统计其手术种类和输血量，以回输血的实际毫升数单独统计。
统计学处理
所有数据采用SPSS 15.0分析软件，计数资料采用率和构成比进行描述，并采用χ2检验进行率的比较，计量资料符合正态分布时采用t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。
结果
一般情况
2014年1月至10月北京协和医院妇科手术总量6203例(不含人工流产、清宫、诊刮、活检等小手术)，输血例数286例，输血率为4.6%；2013年同期妇科手术总量5614例，输血例数353例，输血率为6.3%。与2013年相比，2014年手术总量增加10.5%，但输血例数降低19.0%，输血率降低27.0%，二者差异具有统计学意义(P＜0.05)；2014年红细胞用量减少31.2%，血浆用量减少43.7%(P＜0.05)。2014年1月至10月输血病例的平均输血量为5.5 U，较2013年同期减少19.1%，但差异无统计学意义(P＞0.05)(表 1)。
表 1 2013年与2014年1月至10月妇科围术期输血量及输血率比较年份 妇科手术总例数 输血例数 输血率(%) 红细胞悬液(U) 血浆(ml) 血小板(U) 总量(U) 平均输血量(U) 2013 5614 353 6.3 1667 1411 38 2410.5 6.8 2014 6203 286 4.6 1147 794 16 1560.0 5.5 P值 - 0.001 0.001 0.023 0.011 0.246 0.017 0.135 不同手术方式的输血情况
妇科不同手术方式按输血率排序：2014年1月至10月间，恶性肿瘤手术是最常需要输血的手术方式，其中输血率最高的是卵巢癌肿瘤细胞减灭术及再次肿瘤细胞减灭术，输血率达45.3%，输血病例的平均输血量达6.7 U。其次是开腹子宫内膜癌分期术，输血率为11.1%，输血病例的平均输血量为3.3 U。再次为开腹全子宫切除术和开腹宫颈癌根治术，输血率均为10.9%，输血病例的平均输血量分别为4.5 U和3.6 U。良性疾病的输血率较低, 输血量也较少(表 2)。
表 2 2014年1月至10月妇科围术期异体输血率及输血病例平均输血量手术方式 输血率
[%(输血人数/总数)]输血量
(U)平均
输血量
(U)卵巢癌肿瘤细胞减灭术/再
次肿瘤细胞减灭术45.3(144/318) 958 6.7 开腹子宫内膜癌分期术 11.1(6/ 54) 20 3.3 开腹全子宫切除术 10.9(42/385) 189 4.5 开腹宫颈癌根治术 10.9(5/ 46) 18 3.6 瘢痕妊娠/宫角妊娠清除
(腹腔镜/开腹)7.3(4/ 55) 16 4.0 开腹子宫肌瘤/子宫肌腺瘤/
病灶剔除6.4(15/233) 83 5.5 腹腔镜宫颈癌根治术 6.2(9/145) 41 4.6 开腹附件手术 3.4(3/ 87) 8 2.7 腹腔镜子宫内膜癌分期术 2.1(2/ 95) 8 4.0 腹腔镜检查/活检 2.0(8/406) 16 2.0 腹腔镜全子宫切除术 1.3(10/763) 35 3.5 腹腔镜子宫肌瘤/子宫肌腺
瘤/病灶剔除1.2(7/580) 22 3.1 腹腔镜附件手术 0.4(5/1183) 18 3.6 宫颈手术(锥切/截除/环
状电切)0.3(2/611) 8 4.0 宫腔镜手术 0(0/636) 0 0 阴式子宫切除/盆底手术 0(0/132) 0 0 其他 5.1(24/474) 120 5.0 总计 4.6(286/6203) 1560 5.5 开腹手术和微创手术输血率比较：开腹全子宫切除术输血率为10.9%，而腹腔镜全子宫切除术输血率仅为1.3% (P=0.000)；开腹宫颈癌根治术和腹腔镜宫颈癌根治术的输血率分别为10.9%和6.2%(P=0.290)；开腹子宫内膜癌分期术和腹腔镜子宫内膜癌分期术的输血率分别为11.1%和2.1%(P=0.046)。腹腔镜附件手术的输血率为0.4%，宫腔镜手术及阴式手术基本不需要输血(表 2)。微创手术的输血率普遍低于开腹手术。
开腹和腹腔镜宫颈癌根治术的输血情况比较：早期宫颈癌现有的两种主要手术方式为开腹和腹腔镜宫颈癌根治术，对比两种手术路径，腹腔镜手术输血率明显低于开腹手术。2014年1月至10月，宫颈癌根治术共进行191例，其中腹腔镜手术的比例为75.9%(145/191)，比2013年同期(46.1%，71/154)有明显的提高；2014年输血率为7.3%(14/191)，2013年同期为16.2%(25/154)，2014年比2013年同期明显降低(P=0.015)，但输血病例的平均输血量差异并无统计学意义。
术中回收式自体输血情况
目前进行术中回收式自体输血的主要手术方式有宫外孕/黄体破裂内出血、子宫肌瘤/肌腺瘤剔除、因良性疾病行开腹全子宫切除术等，其自体输血率分别为17.0%、5.2%和2.8%，输血病例的平均输血量为749、429和397 ml。在前两种手术方式中，自体输血率明显高于异体输血率(表 3)。
表 3 2014年1月至10月术中回收式自体输血分布手术方式 手术例数 自体输血例数 平均输血量(U) 自体输血率(%) 异体输血率(%) 宫外孕/黄体破裂内出血 206 35 749 17.0 0.5 子宫肌瘤/肌腺瘤剔除 731 38 429 5.2 1.9 良性疾病开腹全子宫切除术 253 7 397 2.8 10.3 讨论
妇产科是北京协和院年出入院人数最多和手术量最大的手术科室，也是临床用血量最多的手术科室之一。加强围术期输血的管理，是保障医疗安全、降低风险的重要措施。2014年1月至10月期间，本院妇科手术总量比2013年同期有所提高，但用血量并没有增加，反而下降，输血率也有明显下降，根据具体用血情况，分析总结合理用血措施如下。
选择恰当手术方式，合理用血
统计分析显示，妇科恶性肿瘤手术是输血率和输血量较高的手术方式，而良性疾病的手术输血风险较低，因而应在手术前充分评估病情，判断手术难易程度和出血风险，把握手术指征，选择恰当的手术方式，合理配血。如果预计手术出血风险较高，应充分进行术前准备，可提前进行自体配血，术前血液稀释，术中严密监测，以减少出血量。卵巢癌患者如病灶转移广泛，预计出血风险高，亦可考虑明确诊断后先期化疗再行肿瘤细胞减灭术，以降低输血风险并提高肿瘤细胞减灭手术的疗效。
积极开展微创手术，减少出血
本研究通过比较发现，微创手术的输血率普遍低于开腹手术，开腹全子宫切除术输血率为10.9%，而腹腔镜全子宫切除术输血率仅为1.3%，腹腔镜宫颈癌根治术和腹腔镜子宫内膜癌分期术的输血率也明显低于同类开腹手术，与文献报道[3-4]一致；腹腔镜附件手术及宫腔镜手术基本不需要输血。微创手术输血率低，其原因除了手术创伤减小、手术时间缩短、手术视野改善之外，也应考虑到病例选择的问题，即一部分手术困难、预计出血风险较高的手术选择开腹而非腹腔镜手术。随着腹腔镜手术比例的增高，输血率得以进一步下降。在符合手术适应证的情况下，积极开展微创手术，提高手术技巧，应用先进的能量器械，可以减少手术出血，降低输血风险。
合理进行自体输血，降低用血
目前适合进行自体输血的疾病或手术包括：异位妊娠破裂内出血、卵巢黄体破裂内出血、子宫肌瘤、子宫肌腺瘤剔除；相对适合疾病/手术包括：子宫切除、瘢痕妊娠、前置胎盘(避免羊水污染)。在存在盆腔感染、恶性肿瘤的情况下，应禁用自体血回输[5-6]。通过积极开展术中回收式自体输血，本院异位妊娠/黄体破裂内出血手术自体输血率达到17.0%，平均输血量达到749 ml，基本不需要进行异体输血(仅有1例)；子宫肌瘤/腺肌瘤剔除手术中，自体输血的比例也远高于异体输血，从而降低了异体输血的风险。
总之，选择恰当的手术方式，积极开展微创手术，合理进行自体输血，可以降低围术期的异体输血率，是妇科围术期合理用血的主要措施。
作者贡献：刘文佳负责数据整理、统计分析及初稿撰写；周润奭、崔文博负责文章构思与数据挖掘；李尊柱负责课题立项、论文选题设计及数据收集；苏龙翔负责提供论文撰写意见与方法指导；隆云、何怀武负责整体质量控制与论文修订。利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突 -
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图 1 EIT监测患者肺部通气分区示意图(1、2、3、4分别代表ROI 1区、2区、3区、4区)
A.正常肺四象限通气；B.异常肺四象限肺通气；C.正常肺平行四区通气；D.异常肺平行四区通气
Figure 1. Lung regional ventilation distribution assessed by EIT (The number 1, 2, 3, 4 represent ROI 1, 2, 3, 4 separately)
A.normal four-quadrant lung ventilation distribution; B.abnormal four-quadrant lung ventilation distribution; C.normal parallel lung ventilation distribution; D.abnormal parallel lung ventilation distribution
EIT(electrical impedance tomography): 电阻抗断层成像; ROI(region of interest): 感兴趣区![]()
图 2 采用平行ROI 4区通气判断患者短期预后的ROC曲线
Figure 2. ROC curve using ROI 4 ventilation percent to predict patients' prognosis
ROC(receiver operating characteristic): 受试者工作特征; AUC(area under the curve): 曲线下面积
表 1 46例患者一般资料
Table 1 Demographic characteristics of 46 patients
指标 数值 年龄(x ± s，岁) 58.2±9.5 性别[n(%)] 男 29(63.0) 女 17(37.0) 入室APACHE评分(x ± s，分) 13.1±3.9 手术时长[M(IQR), h] 5.0(2.0) SpO2[M(IQR), %] 98.0(4.0) 氧合指数(x ± s, mm Hg) 259.8±77.6 肺四象限ROI (%) 1区[M(IQR)] 29.5(18.3) 2区(x ± s) 23.4±11.1 3区(x ± s) 26.4±10.0 4区(x ± s) 18.3±8.8 肺平行ROI (%) 1区[M(IQR)] 10.0(6.3) 2区(x ± s) 44.4±7.2 3区[M(IQR)] 36.0(10.0) 4区[M(IQR)] 9.0(6.3) ICU住院时间[M(IQR), d] 4.5(3.0) 呼吸机使用时间[M(IQR), h] 45.0(46.0) 气管插管时间[M(IQR), h] 50.5(54.3) APACHE(acute physiology and chronic health evaluation)：急性生理学与慢性健康状况；ROI：同图 1 
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表 2 手术时长对患者术后肺部通气百分比的影响(x ± s，%)
Table 2 Impact of the length of surgery on patients' lung regional ventilation (x ± s, %)
肺部通气分区 手术时长＜5 h(n=17) 手术时长≥ 5 h(n=29) t P值 四象限ROI 1区 28.0±10.5 34.1±10.4 -1.901 0.064 四象限ROI 2区 25.2±11.3 22.4±11.0 0.814 0.420 四象限ROI 3区 25.0±9.6 27.2±10.4 -0.703 0.486 四象限ROI 4区 21.6±8.7 16.3±8.4 2.024 0.049 平行ROI 1区 9.3±3.9 11.9±5.4 -1.718 0.093 平行ROI 2区 44.1±7.1 44.6±7.4 -0.225 0.823 平行ROI 3区 34.6±6.8 34.8±8.3 -0.072 0.943 平行ROI 4区 12.1±5.6 8.7±4.0 2.372 0.022 ROI: 同图 1
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表 3 按平行ROI 4区肺部通气分组比较患者预后
Table 3 Differences in patients' prognosis of groups divided by ROI 4 ventilation percent
指标 平行ROI 4区通气＜9%(n=23) 平行ROI 4区通气≥9%(n=23) t/Z/χ2 P值 年龄(x ± s，岁) 58.3±8.2 58.1±10.9 0.061 0.952 性别[n(%)] 男 14(60.9) 15(65.2) 0.013 0.908 女 9(39.1) 8(34.8) 手术时长[M(IQR), h] 5.0(1.5) 5.0(2.0) -0.630 0.529 入室APACHE评分(x ± s，分) 12.8±3.1 13.4±4.6 -0.489 0.627 SpO2[M(IQR), %] 98.0(4.0) 98.0(3.0) -0.190 0.849 氧合指数(x ± s，mm Hg) 234.5±59.9 285.0±85.9 -2.313 0.025 ICU住院时间[M(IQR), d] 5.0(2.0) 4.0(2.0) -2.360 0.018 呼吸机使用时间[M(IQR), h] 63.0(46.0) 32.0(23.0) -2.868 0.004 插管时间[M(IQR), h] 68.0(55.0) 36.0(41.0) -2.561 0.010 ROI: 同图 1
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表 4 影响患者预后的多因素Logistic回归分析
Table 4 Multivariate logistic regression analysis of risk factors for patients' prognosis
变量 β SE Wald P值 OR 95% CI 常数 5.091 3.797 1.798 0.180 - - 平行ROI 4区通气 -0.297 0.120 6.088 0.014 0.743 0.587~0.941 年龄 -0.024 0.046 0.268 0.605 0.977 0.893~1.068 性别 -0.447 0.802 0.312 0.577 0.639 0.133~3.076 手术时长 -0.233 0.218 1.141 0.285 0.792 0.516~1.215 入室APACHE评分 -0.028 0.108 0.068 0.794 0.972 0.787~1.201 ROI：同图 1；APACHE: 同表 1
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