机械通风是重症监护中辅助呼吸的重要手段,但是不合理的呼吸机参数设置可能会导致严重的肺部损伤。电阻抗成像作为一种非侵入性的快速成像技术,已经被多个研究者用于指导保护性通气中的呼吸机参数设置。然而,当呼吸机本身不能满足最佳的通气方式时,电阻抗成像仪的指导意义将会受到很大的限制。基于此,本文在全面而深入地调研了电阻抗成像的研究现状之后,设计了一套高性能的电阻抗成像仪CarPulMon1,并在电极系统、通道切换时间、校正、坏电极检测等方面进行了改进;接着对5个成年男性的肺部通气特性和心脏活动/灌流阻抗特性做了初步研究,为进一步的保护性通气研究奠定了技术基础。在系统设计方面,CarPulMon1以FPGA为主控制器,采用16电极系统、相邻激励模式,激励频率范围为50~250kHZ,激励电流为0.96mAp-p,重建算法采用GREIT,图像帧频为6~78fps,有效的重建图像大小为128×128;校正后的系统,在高达1MHZ的激励频率下仍能保持80dB的高信噪比;在50kHZ~250kHZ的所有测试频率,图像的相对标准偏差小于0.03%。其中,为了各个电极受力更加均匀,本研究设计了一套双松紧带电极系统,并在超过4小时的长时间监护中证明设计的电极系统可以保证电极稳定接触;对可能影响通道时间的各个因素进行了单因素分析,表明高通滤波器是影响通道切换时间的主要因素,综合考虑系统的帧频和噪声要求,通过调整高通滤波器最终实现23us左右的信号恢复时间,此时高通滤波器的3db衰减频带为100Hz,此时要保证系统的采样帧频不小于20fps(numavg=8),激励频率应不小于50KHZ。在人体实验中,本研究招募了5位健康的成年男性作为实验对象,通过主成分分析的方法对肺部和心脏相关的信号进行分离,并深入研究了电极层、体位、自主呼吸频率对通气特性的影响,初步研究了不同激励频率下的心脏活动/灌流阻抗特性。结果表明在Layer2电极层(距离剑突骨上方约6cm或剑突骨上方第二根肋骨和第三根肋骨之间)的肺部具有最差的通气均匀性,在该电极层能最大限度地反映肺部的损伤程度;在坐姿、仰卧、俯卧三个体位中,仰卧姿态具有最好的通气均匀性;人体的肺部通气曲线可以粗略地分为五个阶段,吸气包含慢-快-慢三个阶段,呼气包含快-慢两个阶段;在自主呼吸下,当呼吸周期超过4S以后,呼吸周期的增加并不会引起更加明显的通气量增加;通过主成分分析的方法既可以从测量的信号中提取出微弱的心脏活动/灌流引起的阻抗变化信号,也可以作为肺部通气的滤波方法,同时在50~250kHZ的激励频率范围内,激励频率为50kHZ时心脏活动/灌流具有最大的阻抗响应幅度。