随着强制振荡技术(FOT)的使用越来越多地用于表征呼吸力学,因此需要标准化有关新生技术指南和各种制造商建议的方法。提供了详细的协议,包括对两个案例的FOT评估和解释,以促进方法的标准化。
人们越来越关注使用强制振荡技术(FOT)或示波法来表征健康和患病个体的呼吸力学。FOT是传统肺功能测试的补充方法,利用叠加在潮汐呼吸上的一系列振荡频率来测量气道压力和流量之间的功能关系。该被动评估提供了呼吸系统阻力(Rrs)和电抗(Xrs)的估计值,分别反映了气道口径以及能量储存和耗散。尽管最近越来越受欢迎,技术标准也不断更新,但临床采用缓慢,这在一定程度上与FOT数据的获取和报告缺乏标准化有关。本文的目标是通过提供全面的 FOT 书面协议和随附的视频来解决实验室之间缺乏标准化的问题。为了说明无论特定器件都可以使用该协议,在案例示例和视频演示中采用了三个单独的FOT器件。这项工作旨在使FOT的使用和解释标准化,提供实用建议,并突出未来需要解决的问题。
强制振荡技术 (FOT) 或示波法于 60 多年前首次引入1, 通过 潮汐呼吸期间叠加的外部施加的压力振荡来测量呼吸力学。简而言之,压力和气流由传感器在一定频率范围内测量在口中。然后使用光谱分析来确定阻抗(Zrs)或每个频率下压力和气流之间的振幅和相位差2,3。Zrs表示与压力振荡相反的力的总和,通常以电阻(Rrs)和电抗(Xrs)的分量为特征。Rrs反映了呼吸系统的耗散机械特性(能量耗散),而Xrs反映了呼吸系统的动态弹性和惯性(能量储存)。在多个振荡频率下的 Zrs 评估进一步允许评估气流分布的均匀性。有关 FOT 信号处理、生理原理和应用的综述:请参阅欧洲呼吸学会 (ERS) 工作组声明2,4。
FOT不能替代肺活量测定法,而是肺功能的补充评估。然而,与肺活量测试相比,它可能具有几个优点,包括在潮汐呼吸期间进行的测量(与努力无关),以及评估肺活量测定法不可行的远端或小气道的潜力5。因此,FOT在儿科环境中获得了相当大的普及6,7,以及用于评估肺活量测定正常或保留的有症状患者8,9,10,11。FOT 在支气管激发试验期间也显示出临床效用,其中症状与 FOT 的相关性比肺活量测定法更强12。此外,FOT 需要较低剂量的支气管游走剂,以诱导可测量的呼吸功能差异13。
鉴于这些发现,近年来对用于临床实践和研究的FOT的兴趣激增。事实上,根据Scopus在2021年7月对术语”强制振荡技术”或”脉冲示波法”进行的搜索,FOT的出版物数量中位数从每年35篇(2000-2010年)增加到每年94篇(2010-2020年)。尽管人们的兴趣激增,但FOT数据的获取和报告的标准化直到最近才受到越来越多的关注,最近的ERS呼吸示波技术标准4。目前,市面上有几种FOT系统,它们因压力信号类型(例如,伪随机,脉冲序列),记录纪元,频率范围和分辨率而有所不同14。尽管存在这些差异,但技术人员对FOT数据的采集和报告可以遵循通用方法,这是本手稿的重点。本文提供了与ERS技术标准4一致的标准化协议。该协议通过实际示例以及我们实验室获得的研究和临床数据进行了说明。具体而言,重点是FOT在成人呼吸困难临床评估中的应用和解释。
最近关于FOT4的ERS技术标准强调了测量更加严格和标准化的必要性。在测试之前、期间和之后,必须严格遵守几个关键步骤。建议在需要深呼吸(如身体体积描记法和扩散能力)的更多依赖于力的动作之前进行FOT。最终用户需要至少每天或在测试前立即验证具有已知阻抗的测试负载。由训练有素的人员给出的清晰、一致和精确的指令可以最大限度地减少数据收集中的外在可变性。每个研究或临床实验室都应制定自己的方案,实施ERS技术指南推荐的最小指导技术。在每次操作期间,最终用户可以观察,识别和纠正可能遇到的潜在错误,例如口腔泄漏,声门闭合,咳嗽和不稳定的呼吸模式,这一点至关重要。虽然某些错误可能难以实时评估,但最终用户不应仅仅依赖于所用特定设备的自动检测。应彻底审查制造商设定的可接受标准,并应遵守ERS声明的其他标准。虽然每个设备都会生成一个独特的报告,但FOT参数的标准化报告是可能的,并且可以促进实验室和研究之间的比较。最后,必须在研究和临床环境中执行严格的质量控制程序,包括对健康生物控制的常规评估。
严格遵守标准化协议将最大限度地减少性能的可变性。然而,达到CoV≤10%可能仍然很困难,并且对于患有气道疾病的人来说可能并不总是可能的。技术人员有责任努力将可变性降至最低,当无法获得CoV≤10%时,需要考虑几种策略。首先,确保在类似情况下对每个重复进行测量。这包括监控个人的姿势,手的位置以及遵守其他说明。技术人员可以考虑重复最初的指示,提供额外的视觉演示,并为个人提供延长的休息间隔。根据经验,发现过度变异的常见原因包括在重复测量之间采用不同的坐姿,个人可以重新定位自己,以获得更舒适的姿势或压力以到达烟嘴。当使用便携式FOT设备时,这是最常见的,这些设备设计为由技术人员固定,其中吹嘴的位置未固定。为了解决这个问题,可以购买灵活的手臂支架,这些支架设计用于容纳相机等电子设备,可以快速固定在桌子或桌子上,并适应个人定位。在确保重复测量之间的性能适当且一致后,技术人员应获取其他重复。
与肺活量测定法不同,肺活量测定法建议最多尝试八次以避免疲劳,而FOT可能没有建议的最大重复次数,可能是因为它与努力无关的方法。在实践中,一些研究人员获得多达八次重复测量18,我们的实验室使用多达10次测量的类似经验法则。建立上限对于定义测试会话的结束实际上很重要。这样做对于患有呼吸道疾病的个体尤其重要,其中大于10%的CoV可能反映潜在的疾病过程,而不是努力不足。Harkness等人最近描述了他们与这些患者群体的经历,并建议更自由的临界值(CoV高达20%)仍然可以报告用于临床解释。每个诊所和研究实验室都应该在实际决策之间取得平衡,例如时间限制,考生的能力和疲劳程度,以及达到CoV截止值的可能性。需要考虑的一种方法是实施评分系统。例如,一旦从最多10次尝试中获得至少三次无伪影的重复测量,应用对应于CoV水平的字母等级 – 即”A”≤10%;”B”>10%和≤15%;”C”>15%和≤20%;和”D”>20%。要考虑的其他策略可能包括修改软件和硬件采集参数,以实现更完整的呼吸。例如,一些制造商的设置可以适应更长的记录持续时间和/或延长的记录时间,以实现超过ERS建议的至少三次完整呼吸。在报告FOT结果时,必须披露所有采集参数,以便于解释和与其他已发表文献的比较。FOT采集参数将继续积极研究,并可能导致未来对FOT性能和测量的修改。
本文旨在重点介绍FOT的最新技术和应用,并为成人测试提供标准化方案。然而,重要的是要认识到FOT的相关局限性。首先,阻抗测量对胸外影响等伪影尤其可疑4。因此,目前的协议侧重于最大限度地减少这种影响,例如确保在采集过程中适当的脸颊支撑。此外,流量中断(例如,舌头覆盖烟嘴、吞咽、误呼吸)妨碍了准确的测量,并导致 Zrs 计算的有效呼吸次数减少19。其次,尽管从患者的角度来看,FOT很容易执行,但对于技术人员和临床医生来说,识别这些伪影以及解释输出是一项挑战20。例如,当前的FOT设备产生大量数据来表征个人的呼吸力学;然而,缺乏参考值和围绕关键变量的共识是减缓其临床采用的因素。同样,虽然建议至少获得三个无伪影试验4,但如果进行了三个以上的试验并发现可接受,则目前对于选择使用哪些试验来代表测试会话的推荐方法没有达成共识。因此,FOT在各种气道疾病中的临床应用仍在继续积极研究。最后,从技术角度来看,FOT制造商在以下方面存在异质性:i)频率波形,ii)错误检测算法,以及iii)呼吸间和呼吸内分析2,21,22,23,24。上述许多限制可以通过遵循标准化协议以及输出和记录参数的透明报告来解决。
肺功能测试传统上包括肺容量和容量的测量,以及气体交换的有效性,这需要检查者和考生的大量指导,合作和努力。此外,在演习过程中经常吸入不同浓度的气体混合物,有些人可能会认为这是侵入性技术。这些与FOT相反,FOT使用侵入性较小的振荡频率检查肺的机械性能,如RR,弹性和惰性。因此,FOT可以作为全面肺功能评估的有用补充。例如,在症状与传统肺功能检查不成比例的情况下,FOT可以提供独特的临床见解,例如职业暴露和/或不明原因的呼吸困难9,11。此外,FOT对于筛查未来肺部疾病风险较高的人群(如无症状吸烟者25和有环境暴露者)也很重要26。最后,最近的数据已经确定,FOT也可能对某些疾病状况的日常监测有独特的帮助,例如运动引起的支气管收缩27和类风湿性关节炎相关的肺部症状28。本文重点介绍FOT在成人群体中的应用,尽管FOT的临床和研究效用在儿科人群中也得到了很好的描述29,30。
未来的研究方向应进一步关注FOT的技术和性能方面,例如标准化数据呈现和报告,以及表征相关的可变性和可重复性。在临床环境中,FOT可广泛用于评估呼吸困难和早期发现所有年龄组的慢性气道疾病或全身性疾病相关的肺部表现。
The authors have nothing to disclose.
这项工作部分得到了电力研究所授予的合同#10010115CN2的支持。内容不代表美国退伍军人事务部或美国政府的观点。
Quark i2M | Cosmed | n/a | https://www.cosmed.com/en/products/pulmonary-function/quark-i2m Software (version): PFTSuite (10.0e) Signal Type: Pseudo-random Frequencies (Hz): 4, 6, 8, …, 48 |
Resmon Pro | MGC Diagnostics | n/a | https://mgcdiagnostics.com/products/resmon-pro-v3-forced-oscillation-technique Software (version): Pro Full (v3) Signal Type: Pseudorandom, relative primes Frequencies (Hz): 5, 11, 19 |
Tremoflo C-100 | Thorasys | n/a | https://www.thorasys.com/ Software (version): tremfolo (1.0.43) Signal Type: Pseudo-random, relative primes Frequencies (Hz): 5, 11, 14, 17, 19, 23, 29, 31, 37 |