中国健康成人基于电阻抗断层显像肺通气参数参考范围的研究

doi:10.3877/cma.j.issn.2096-1537.2023.04.004

中华重症医学电子杂志 ›› 2023, Vol. 09 ›› Issue (04) : 360 -367. doi: 10.3877/cma.j.issn.2096-1537.2023.04.004

临床研究

中国健康成人基于电阻抗断层显像肺通气参数参考范围的研究

徐梦茹, 何怀武^†(

), 池熠, 孙晓桐, 隆云, 招展奇

100730　北京，中国医学科学院北京协和医学院　北京协和医院　疑难重症及罕见病国家重点实验室　重症医学科
710032　西安，空军军医大学生物医学工程系

收稿日期:2022-11-14 出版日期:2023-11-28
通信作者: 何怀武
基金资助:
国家自然科学基金面上项目(82272249); 国家重点研发计划课题(2022YFC2404805); 首都卫生发展科研专项(首发2020-2-40111); 中国医学科学院医学与健康科技创新工程项目(2021-I2M-1-062)

Study of reference range for lung ventilation parameters measured by electrical impedance tomography in Chinese health adults

Mengru Xu, Huaiwu He^†(), Yi Chi, Xiaotong Sun, Yun Long, Zhanqi Zhao

Department of Critical Care Medicine, State Key Laboratory of Critical Care and Rare Diseases, Peking Union Medical College, Peking Union Medical College, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100730, China
Department of Biomedical Engineering, Air Force Military Medical University, Xi'an 710032, China

Received:2022-11-14 Published:2023-11-28
Corresponding author: Huaiwu He

全文 ( ) 下载PDF ( ) 导出引用

引用本文：

徐梦茹, 何怀武, 池熠, 孙晓桐, 隆云, 招展奇. 中国健康成人基于电阻抗断层显像肺通气参数参考范围的研究[J]. 中华重症医学电子杂志, 2023, 09(04): 360-367.

Mengru Xu, Huaiwu He, Yi Chi, Xiaotong Sun, Yun Long, Zhanqi Zhao. Study of reference range for lung ventilation parameters measured by electrical impedance tomography in Chinese health adults[J]. Chinese Journal of Critical Care & Intensive Care Medicine(Electronic Edition), 2023, 09(04): 360-367.

目的

探究健康志愿者的电阻抗断层显像（EIT）肺通气相关参数参考范围以及变异情况。

方法

纳入75名健康志愿者，给予EIT检查，分析以下通气参数：分层感兴趣区（ROI 1、ROI 2、ROI 3、ROI 4）及象限感兴趣区（ROI_左上、ROI_右上、ROI_左下、ROI_右下）通气分布比例、通气中心（CoV）、腹-背侧通气比值（A/P ratio）、总体不均一指数（GI）、区域通气延迟指数（RVD_SD）以及呼吸钟摆幅度（A_P）的范围以及变异情况，分析年龄、性别、体质指数（BMI）对EIT通气参数的影响。正态分布的参数以mean±1.96 SD确定95%参考区间；偏态分布的参数以第2.5、97.5百分位确定参考范围上、下限。

结果

正态分布的参数参考范围如下，ROI 1：5.52~16.42，ROI 2：31.20~50.56，ROI 3：28.40~52.78，ROI 4：3.45~11.77，ROI_左上：15.13~36.21，ROI_右上：18.56~33.34，ROI_左下：15.56~30.30，ROI_右下：16.52~34.36，ROI_左侧：47.38~49.82，ROI_右侧：50.18~52.59，CoV：43.16~53.24，A/P ratio：35.66~60.74，GI：0.27~0.45，RVD_SD：2.30~8.66；非正态分布的参数A_P参考范围：0.21~4.93；其中CoV离散程度低，变异系数（CV）=0.05，而ROI 1（CV=0.25）、ROI 4（CV=0.28）、RVD_SD（CV=0.30）、A/P ratio（CV=0.28）、A_P（CV=3.68）的离散程度大。GI（R=0.33，P=0.00）、RVD_SD（R=0.31，P=0.00）、A_P（R=0.44，P=0.00）与年龄呈现显著正相关性；通气分布ROI 1（R=0.23，P=0.04）、ROI_右下（R=0.23，P=0.04）、RVD_SD（R=0.25，P=0.03）、A_P（R=0.25，P=0.03）与BMI呈现显著正相关性；女性受试者较男性具有较高的CoV（P<0.01）、ROI 3+4（P<0.05），而男性A/P ratio显著高于女性（P<0.05），差异均有统计学意义。

结论

在正常人群CoV变异小，相对稳定，而区域通气分布、A_P具有较大的个体差异。建立正常人群的EIT通气相关参数参考范围，为临床应用提供重要参考。

关键词: 电阻抗断层显像, 通气中心, 通气均一性, 钟摆效应, 参考范围

Objective

To delineate the reference range and variability of electrical impedance tomography (EIT) lung ventilation parameters among healthy volunteers.

Methods

Seventy-five volunteers were enrolled, and their EIT data were analyzed. Various EIT-based parameters were computed, including ventilation distribution in regions of interest (ROIs) of layers from ventral to dorsal (ROI 1, ROI 2, ROI 3, ROI 4) or quadrants (ROI_{upper left}, ROI_{upper right}, ROI_{lower left}, ROI_{lower right}), center of ventilation (CoV), anterior-posterior ventilation ratio (A/P ratio), global inhomogeneity index (GI), standard deviation of regional ventilation delay (RVDSD) and amplitude of pendelluft (AP). The 95% reference interval for normally distributed parameters were determined by mean ± 1.96 standard deviations, while the 2.5th and 97.5th percentiles were employed for non-normally distributed parameters.

Results

The established reference ranges for the parameters were as follows: ROI 1: 5.52-16.42, ROI 2: 31.20-50.56, ROI 3: 28.40-52.78, ROI 4: 3.45-11.77, ROI_{upper left}: 15.13-36.21, ROI _{upper right}: 18.56-33.34, ROI _{lower left}: 15.56-30.30, ROI_{lower right}: 16.52-34.36, ROI _left: 47.38-49.82, ROI_right: 50.18-52.59, CoV: 43.16-53.24, A/P ratio: 35.66-60.74, GI: 0.27-0.45, RVD_SD: 2.30-8.66, A_P: 0.21-4.93. CoV had low dispersion with coefficient of variation (CV) of 0.05, while ROI 1 (CV =0.25), ROI 4 (CV =0.28), RVD_SD (CV =0.30), A/P ratio (CV=0.28) and A_P (CV=3.68) had high dispersion. GI (R=0.33, P=0.00), RVD_SD (R=0.31, P=0.00), A_P (R=0.44, P=0.00) showed a significant positive correlation with age. ROI 1 (R=0.23, P=0.04), ROI _{upper right} (R=0.23, P=0.04), RVD_SD (R=0.25, P=0.03), A_P (R=0.25, P=0.03) were significantly positively correlated with BMI. CoV (P<0.01) and ROI 3+4 (P<0.05) in female subjects were remarkably higher than those in male subjects, and male A/P ratio was significantly higher than that in female subjects (P<0.05).

Conclusion

While CoV demonstrated relative stability, variations were observed in regional ventilation distribution, GI and AP within the population. Gender and BMI emerged as influential factors in interpreting EIT ventilation parameters, necessitating consideration in clinical applications.

Key words: Electrical impedance tomography, Center of ventilation, Homogeneity of ventilation, Pendelluft, Reference range

图1 EIT分层ROI及象限ROI通气分布图。图a为EIT分层ROI通气分布；图b为EIT象限ROI通气分布注：ROI为感兴趣区；EIT为电阻抗断层显像

表1 75名健康志愿者EIT肺通气相关参数参考值范围

测量内容	具体参数	参考范围（双侧95%CI，）	变异系数/极差	参考区间
通气ROI分层分布	ROI 1（%）	11.0±2.8	0.25	5.52~16.42
	ROI 2（%）	40.9±4.9	0.12	31.20~50.56
	ROI 3（%）	40.6±6.2	0.15	28.40~52.78
	ROI 4（%）	7.6±2.1	0.28	3.45~11.77
通气ROI象限分布	ROI_左上（%）	25.7±5.4	0.21	15.13~36.21
	ROI_右上（%）	26.0±3.8	0.15	18.56~33.34
	ROI_左下（%）	22.9±3.8	0.16	15.56~30.30
	ROI_右下（%）	25.4±4.6	0.18	16.52~34.36
通气ROI左右分布	ROI_左侧（%）	48.6±5.3	0.11	47.38~49.82
通气ROI左右分布	ROI_右侧（%）	51.4±5.2	0.10	50.18~52.59
通气垂直分布中心	CoV（%）	48.2±2.6	0.05	43.16~53.24
				男性：47.09~48.33	女性：48.06~50.76
				BMI<24 kg/m²：47.07~49.29	BMI≥24 kg/m²：46.29~48.40
	A/P ratio	1.1±0.3	0.28	35.66~60.74
通气均一性	GI	0.36±0.05	0.12	0.27~0.45
通气时间分布	RVD_SD	5.48±1.62	0.30	2.30~8.66
通气时间分布	A_P（%）	2.58（2.5，97.5）^a	3.68^b	0.21~4.93

表1 75名健康志愿者EIT肺通气相关参数参考值范围

测量内容	具体参数	参考范围（双侧95%CI，）	变异系数/极差	参考区间
通气ROI分层分布	ROI 1（%）	11.0±2.8	0.25	5.52~16.42
	ROI 2（%）	40.9±4.9	0.12	31.20~50.56
	ROI 3（%）	40.6±6.2	0.15	28.40~52.78
	ROI 4（%）	7.6±2.1	0.28	3.45~11.77
通气ROI象限分布	ROI_左上（%）	25.7±5.4	0.21	15.13~36.21
	ROI_右上（%）	26.0±3.8	0.15	18.56~33.34
	ROI_左下（%）	22.9±3.8	0.16	15.56~30.30
	ROI_右下（%）	25.4±4.6	0.18	16.52~34.36
通气ROI左右分布	ROI_左侧（%）	48.6±5.3	0.11	47.38~49.82
通气ROI左右分布	ROI_右侧（%）	51.4±5.2	0.10	50.18~52.59
通气垂直分布中心	CoV（%）	48.2±2.6	0.05	43.16~53.24
				男性：47.09~48.33	女性：48.06~50.76
				BMI<24 kg/m²：47.07~49.29	BMI≥24 kg/m²：46.29~48.40
	A/P ratio	1.1±0.3	0.28	35.66~60.74
通气均一性	GI	0.36±0.05	0.12	0.27~0.45
通气时间分布	RVD_SD	5.48±1.62	0.30	2.30~8.66
通气时间分布	A_P（%）	2.58（2.5，97.5）^a	3.68^b	0.21~4.93

图2 75名健康志愿者象限兴趣区、左右侧通气分布差异。图a为象限兴趣区的通气分布差异；图b为左右侧的通气分布差异。^*P<0.05，^**P<0.01，^***P<0.001；^nsP>0.05

表2 75名健康志愿者EIT参数与年龄、BMI的相关性（75例）

EIT参数	年龄相关性相关系数R	P值	BMI相关性相关系数R	P值
ROI 1（%）	0.14	0.23	0.23	0.04
ROI 2（%）	-0.07	0.55	0.07	0.53
ROI 3（%）	-0.03	0.80	-0.14	0.22
ROI 4（%）	0.04	0.73	-0.06	0.61
ROI 3+4（%）	-0.02	0.89	-0.16	0.18
ROI_左上（%）	-0.10	0.37	-0.04	0.75
ROI_右上（%）	0.15	0.20	0.23	0.05
ROI_左下（%）	0.05	0.69	-0.15	0.20
ROI_右下（%）	-0.05	0.68	-0.01	0.94
ROI_左侧（%）	-0.07	0.53	-0.16	0.18
ROI_右侧（%）	0.06	0.58	0.17	0.15
CoV（%）	0.11	0.35	-0.18	0.13
A/P ratio	0.01	0.93	0.17	0.15
GI	0.33	0.00	0.15	0.22
RVD_SD	0.31	0.01	0.25	0.03
A_P（%）	0.44	0.00	0.25	0.03

表2 75名健康志愿者EIT参数与年龄、BMI的相关性（75例）

EIT参数	年龄相关性相关系数R	P值	BMI相关性相关系数R	P值
ROI 1（%）	0.14	0.23	0.23	0.04
ROI 2（%）	-0.07	0.55	0.07	0.53
ROI 3（%）	-0.03	0.80	-0.14	0.22
ROI 4（%）	0.04	0.73	-0.06	0.61
ROI 3+4（%）	-0.02	0.89	-0.16	0.18
ROI_左上（%）	-0.10	0.37	-0.04	0.75
ROI_右上（%）	0.15	0.20	0.23	0.05
ROI_左下（%）	0.05	0.69	-0.15	0.20
ROI_右下（%）	-0.05	0.68	-0.01	0.94
ROI_左侧（%）	-0.07	0.53	-0.16	0.18
ROI_右侧（%）	0.06	0.58	0.17	0.15
CoV（%）	0.11	0.35	-0.18	0.13
A/P ratio	0.01	0.93	0.17	0.15
GI	0.33	0.00	0.15	0.22
RVD_SD	0.31	0.01	0.25	0.03
A_P（%）	0.44	0.00	0.25	0.03

图3 75名健康志愿者EIT参数随BMI分布的散点图。图a为ROI 1 (%)；图b为ROI_右上（%）；图c为RV D_SD；图d为A_P(%) 注：EIT为电阻抗断层显像；BMI为体质指数；ROI为感兴趣区

图4 75名健康志愿者不同性别间EIT参数分布的小提琴图。图a为ROI 4 (%)；图b为ROI3+4（%）；图c为CoV（%）；图d为A/P ratio；图e为GI；图f为RVD_SD；^*P<0.05，^**P<0.01，^nsP>0.05 注：EIT为电阻抗断层显像；ROI为感兴趣区；CoV为通气中心；A/P ratio为前-后通气比值；GI为总体不均一指数；RVD_SD为区域通气延迟指数

1	Frerichs I, Amato MB, van Kaam AH, et al; TREND study group. Chest electrical impedance tomography examination, data analysis, terminology, clinical use and recommendations: consensus statement of the Translational Eit Development Study Group [J]. Thorax, 2017, 72(1): 83-93.
2	Bellani G, Laffey JG, Pham T, et al. Epidemiology, patterns of care, and mortality for patients with acute respiratory distress syndrome in intensive care units in 50 countries [J]. JAMA, 2016, 315(8): 788-800.
3	Sang L, Zhao Z, Lin Z, et al. A narrative review of electrical impedance tomography in lung diseases with flow limitation and hyperinflation: methodologies and applications [J]. Ann Transl Med, 2020, 8(24): 1688.
4	国家卫生健康委员会.新型冠状病毒肺炎重型、危重型病例诊疗方案（试行第二版）[EB/OL].（2020-02-14）[2022-10-14].
5	Karsten J, Stueber T, Voigt N, et al. Influence of different electrode belt positions on electrical impedance tomography imaging of regional ventilation: a prospective observational study [J]. Crit Care, 2016, 20: 3.
6	Frerichs I, Hahn G, Golisch W, et al. Monitoring perioperative changes in distribution of pulmonary ventilation by functional electrical impedance tomography [J]. Acta Anaesthesiologica Scandinavica, 1998, 42(6): 721-726.
7	Kunst PW, Vazquez de Anda G, Böhm SH, et al. Monitoring of recruitment and derecruitment by electrical impedance tomography in a model of acute lung injury [J]. Crit Care Med, 2000, 28(12): 3891-3895.
8	Zhao Z, Möller K, Steinmann D, et al. Evaluation of an electrical impedance tomography-based Global Inhomogeneity Index for pulmonary ventilation distribution [J]. Intensive Care Med, 2009, 35(11): 1900-1906.
9	Muders T, Luepschen H, Putensen C. regional ventilation delay index: detection of tidal recruitment using electrical impedance tomography [A]//Yearbook of Intensive Care and Emergency Care [M]. Germany: Verlag Berlin Heidelberg, 2009: 405-412.
10	Sang L, Zhao Z, Yun PJ, et al. Qualitative and quantitative assessment of pendelluft: a simple method based on electrical impedance tomography [J]. Ann Transl Med, 2020, 8(19): 1216.
11	Cressoni M, Cadringher P, Chiurazzi C, et al. Lung inhomogeneity in patients with acute respiratory distress syndrome [J]. Am J Respir Crit Care Med, 2014, 189(2): 149-158.
12	He H, Chi Y, Long Y, et al. Three broad classifications of acute respiratory failure etiologies based on regional ventilation and perfusion by electrical impedance tomography: a hypothesis-generating study [J]. Ann Intensive Care, 2021, 11(1): 134.
13	Spadaro S, Mauri T, Böhm SH, et al. Variation of poorly ventilated lung units (silent spaces) measured by electrical impedance tomography to dynamically assess recruitment [J]. Crit Care, 2018, 22(1): 26.
14	Frerichs I, Zhao Z, Becher T. Becher, simple electrical impedance tomography measures for the assessment of ventilation distribution [J]. Am J Respir Crit Care Med, 2020, 201(3): 386-388.
15	Zhao Z, Steinmann D, Frerichs I, et al. PEEP titration guided by ventilation homogeneity: a feasibility study using electrical impedance tomography [J]. Crit Care, 2010, 14(1): R8.
16	Becher T, Kott M, Schädler D, et al. Influence of tidal volume on ventilation inhomogeneity assessed by electrical impedance tomography during controlled mechanical ventilation [J]. Physiol Meas, 2015, 36(6): 1137-1146.
17	Muders T, Luepschen H, Zinserling J, et al. Tidal recruitment assessed by electrical impedance tomography and computed tomography in a porcine model of lung injury [J]. Crit Care Med, 2012, 40(3): 903-911.
18	Yoshida T, Uchiyama A, Matsuura N, et al. The comparison of spontaneous breathing and muscle paralysis in two different severities of experimental lung injury [J]. Crit Care Med, 2013, 41(2): 536-545.
19	Chi Y, Zhao Z, Frerichs I, et al. Prevalence and prognosis of respiratory pendelluft phenomenon in mechanically ventilated ICU patients with acute respiratory failure: a retrospective cohort study [J]. Ann Intensive Care, 2022, 12(1): 22.
20	Salome CM, King GG, Berend N. Physiology of obesity and effects on lung function [J]. J Appl Physiol (1985), 2010, 108(1): 206-211.

[1]	林晶, 陈佳龙, 吴淡森, 李秀华, 郭潇岚, 石松菁. 电阻抗断层显像导向呼气末正压滴定对急性呼吸窘迫综合征/急性呼吸衰竭患者影响的Meta分析[J]. 中华危重症医学杂志(电子版), 2021, 14(03): 226-231.

阅读次数

全文

摘要

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

Study of reference range for lung ventilation parameters measured by electrical impedance tomography in Chinese health adults

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

Study of reference range for lung ventilation parameters measured by electrical impedance tomography in Chinese health adults