【摘要】：肺臟是進(jìn)行氣體交換的主要器官,良好的氣體交換需要充分的肺通氣與血流灌注。因而在危重病人的機(jī)械通氣治療過(guò)程中,醫(yī)生需要密切關(guān)注患者的肺通氣與肺灌注狀況。然而目前傳統(tǒng)的成像手段雖然能夠滿足臨診斷和評(píng)估的需要,但由于其輻射性、體積龐大等原因,不適合在床旁對(duì)機(jī)械通氣患者進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)估。電阻抗斷層成像(Electrical impedance tomography,EIT)可以對(duì)生物體內(nèi)電阻抗分布或變化進(jìn)行成像,具有便攜、無(wú)創(chuàng)、無(wú)輻射、實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn),因而適宜于在床旁環(huán)境評(píng)估機(jī)械通氣患者的肺通氣與肺灌注狀況。本文的研究工作圍繞對(duì)機(jī)械通氣下肺通氣與肺灌注評(píng)估方法的優(yōu)化展開(kāi),主要內(nèi)容包括:首先本文對(duì)一種基于阻抗順應(yīng)性法評(píng)估肺通氣區(qū)域的EIT方法進(jìn)行了優(yōu)化,避免使用單一值平臺(tái)壓來(lái)計(jì)算阻抗順應(yīng)性。隨后使用優(yōu)化前后的方法處理了6例急性呼吸窘迫綜合癥模型小豬的EIT數(shù)據(jù),得到的結(jié)果與對(duì)應(yīng)的CT數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。優(yōu)化后的過(guò)度膨脹占比相對(duì)誤差減少了24.36±18.29%,塌陷占比相對(duì)誤差減少了16.41±19.18%,表明本文對(duì)目前國(guó)際上常用的阻抗順應(yīng)性法的優(yōu)化相對(duì)有效。其次本文對(duì)基于最大斜率法和基于非負(fù)矩陣分解法評(píng)估肺灌注分布的兩種EIT方法分別進(jìn)行了優(yōu)化,對(duì)最大斜率法不進(jìn)行伽馬曲線的擬合,而直接對(duì)注入鹽水后阻抗下降的斜率進(jìn)行計(jì)算;對(duì)非負(fù)矩陣分解法則是自動(dòng)選取初始基向量進(jìn)行迭代,而非手動(dòng)選取初始基向量。隨后使用各自優(yōu)化前后的方法對(duì)7例肺栓塞和7例肺正常術(shù)后病人的EIT數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,從結(jié)果上看,兩種方法優(yōu)化前后的結(jié)果相差甚微,但優(yōu)化后的方法明顯降低了計(jì)算量和手動(dòng)操作量,表明本文對(duì)最大斜率法和非負(fù)矩陣分解法的優(yōu)化相對(duì)有效。最后本文提出了EIT肺通氣/灌注匹配分布圖像的概念,以及過(guò)通氣占比和過(guò)灌注占比的指標(biāo),用于評(píng)估肺通氣/灌注的空間匹配情況。對(duì)上述的7例肺栓塞的EIT數(shù)據(jù)處理后得到平均過(guò)通氣占比為29.00±7.31%,平均過(guò)灌注占比為25.21±8.80%;對(duì)上述的7例肺正常的EIT數(shù)據(jù)處理后得到平均過(guò)通氣占比為12.44±9.86%,平均過(guò)灌注占比為13.01±8.18%,肺正常組的過(guò)通氣占比和過(guò)灌注占比要明顯低于肺栓塞組(P0.01),證明本研究提出的這兩個(gè)指標(biāo)可以用于評(píng)估肺通氣/灌注空間匹配程度。
【圖文】：

分布或變化為成像目標(biāo)的一種醫(yī)學(xué)成像手段。其原理是通過(guò)在人體表面放置一定數(shù)量的電極，以一定的驅(qū)動(dòng)方式由電極注入安全電流，并同時(shí)測(cè)量其他電極的表面電壓，然后通過(guò)特定的重構(gòu)算法重建出電極層周?chē)娜梭w阻抗分布圖像，，流程如圖1.2所示。自 1978 年 Henderson 和 Webster 等[12]發(fā)表了第一張肺部電阻抗圖像以來(lái)，EIT 因其便攜、無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)、無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)，已成為生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的重要課題之一[13]。EIT 流程1987 年，英國(guó) Sheffield 大學(xué) Brown 等人開(kāi)發(fā)了第一套完整的 EIT 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

一 PEEP 下肺區(qū)內(nèi) CL 和 OD 占比之和最小時(shí)機(jī)械通氣改善氧合和通氣的效果最好，這一 PEEP 值也被稱為最佳 PEEP 值。確定最佳 PEEP 值的過(guò)程被稱為 PEEP 滴定，通常是從高 PEEP 水平開(kāi)始進(jìn)行機(jī)械通氣，每 2~3 分鐘降低一次 PEEP，每次降低2~5cmH2O，直至較低值或?yàn)?0，隨后根據(jù)每個(gè) PEEP 下的通氣情況來(lái)確定最佳 PEEP值。本章主要分析了目前文獻(xiàn)中報(bào)道的一種 EIT 評(píng)估肺通氣區(qū)域的方法，隨后通過(guò)開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)合 CT 數(shù)據(jù)對(duì)其準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，然后根據(jù)結(jié)果針對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。2.2 肺通氣區(qū)域評(píng)估方法介紹在使用 EIT 評(píng)估肺通氣區(qū)域時(shí)，首先需要采集 PEEP 滴定過(guò)程中不同 PEEP 下機(jī)械通氣時(shí)的 EIT 數(shù)據(jù)。在采集到多個(gè) PEEP 下的 EIT 數(shù)據(jù)后，接著會(huì)選取參考幀和進(jìn)行重建圖像，然后從重建的 EIT 圖像中選取關(guān)鍵幀，并以此計(jì)算肺部感興趣區(qū)（regionof interest, ROI），最后對(duì) ROI 內(nèi)的像素點(diǎn)使用相應(yīng)的方法來(lái)評(píng)估 CL/OD 占比，其流程如圖 2.1 所示。從選取參考幀到計(jì)算肺區(qū) ROI 的過(guò)程，統(tǒng)稱為 EIT 數(shù)據(jù)的預(yù)處理。本節(jié)內(nèi)容將按 EIT 數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理和基于阻抗順應(yīng)性評(píng)估 CL/OD 的順序展開(kāi)。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：R563.8;TP391.41

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本文編號(hào)：2616026