脈沖振蕩技術(shù)在呼吸系統(tǒng)疾病中的臨床應(yīng)用

姚智聰　榮福

【摘要】 脈沖振蕩技術(shù)（impulse oscillometry system，IOS）是一項(xiàng)非侵入性的技術(shù)，可以測(cè)量被檢查者在平靜呼吸時(shí)的呼吸系統(tǒng)的阻抗（resistance，R）和電抗（reactance，X）?，F(xiàn)在，該項(xiàng)技術(shù)在臨床上越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用，尤其在支氣管哮喘和慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）方面的應(yīng)用。該檢查技術(shù)具有無(wú)創(chuàng)、無(wú)痛及無(wú)明顯禁忌證等優(yōu)勢(shì)，幾乎可以應(yīng)用在所用患者中，尤其是在兒童、老人和重癥患者。

【關(guān)鍵詞】 脈沖振蕩技術(shù); 呼吸系統(tǒng)疾病; 臨床應(yīng)用

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2019.04.087 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6805（2019）04-0-03

The Clinical Application of Impulse Oscillometry System on Respiratory System Disease/YAO Zhicong，RONG Fu.//Chinese and Foreign Medical Research，2019，17（4）：-183

【Abstract】 Impulse oscillometry system（IOS） is a noninvasive method，which can measure respiratory system resistance and reactance during tidal breathing.Nowadays，impulse oscillometry system is more and more widely used in clinical practice，especially on asthma and chronic obstructive pulmonary disease（COPD）.Patients will get unharmed and painless in the process of checking process and IOS applies to most people，particularly children，old people and critical patients.

【Key words】 Impulse oscillometry system; Respiratory system disease; Clinical application

First-authors address：Postgraduate Academy of Guangdong Medical University，Zhanjiang 524000，China

脈沖振蕩技術(shù)（impulse oscillometry system，IOS）用于測(cè)定患者的肺功能已經(jīng)有較長(zhǎng)的歷史，因?yàn)楦鞣N因素的限制，該項(xiàng)技術(shù)在臨床上發(fā)展的時(shí)間并不長(zhǎng)，并且與其他測(cè)量方法（如體容積描記法是測(cè)定氣道阻力的金標(biāo)準(zhǔn)）對(duì)比，IOS在臨床上幾乎是輔助評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)測(cè)量呼吸器官阻力是把患者作為被測(cè)試對(duì)象和測(cè)定過(guò)程中必不可少的信號(hào)源，這要求患者要很好地配合檢查，才能產(chǎn)生較好的檢查結(jié)果，不然就有可能得到較大的誤差。這個(gè)時(shí)候IOS的優(yōu)點(diǎn)就突現(xiàn)出來(lái)，該項(xiàng)技術(shù)把被測(cè)試對(duì)象和信號(hào)源分開，使信號(hào)源外置，通過(guò)將外部發(fā)生器產(chǎn)生的矩形電磁脈沖疊加在被檢查者的靜息呼吸上，并連續(xù)記錄在外加振蕩頻率下被檢查者的自主呼吸時(shí)的氣道壓力和流速，進(jìn)而計(jì)算黏性阻力、彈性阻力和慣性阻力等數(shù)據(jù)，在這個(gè)過(guò)程中，因?yàn)樾盘?hào)源不是患者，所以患者只需要正常的自然呼吸就獲得結(jié)果。整個(gè)過(guò)程無(wú)須特殊配合，只要平靜呼吸即可測(cè)量出結(jié)果。隨著現(xiàn)在醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，脈沖振蕩技術(shù)作為一個(gè)測(cè)量肺功能在臨床上得應(yīng)用越來(lái)越受到重視，同時(shí)關(guān)于阻塞性肺疾病應(yīng)用脈沖振蕩肺功能的相關(guān)文獻(xiàn)研究報(bào)道也越來(lái)越多。以下將對(duì)目前IOS的肺功能內(nèi)容和臨床應(yīng)用相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)闡述。

1 IOS測(cè)量的肺功能內(nèi)容

1.1 肺功能內(nèi)容

IOS測(cè)量的肺功能內(nèi)容包括參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)圖、阻抗容積圖、阻抗的潮氣呼吸圖、頻譜分析圖及頻譜微分均值圖。以下重點(diǎn)介紹IOS參數(shù)。

1.2 IOS參數(shù)

呼吸總阻抗（impedance，Zrs）：IOS特有的概念，實(shí)質(zhì)上是阻抗和電抗之和，習(xí)慣定義為黏性阻力、彈性阻力和慣性阻力的總和，一般小于0.5 kPa/（L·S），因?yàn)閼T性阻力方向和彈性阻力方向相反，兩者可相互抵消，所以呼吸總阻抗主要反映黏性阻力的大小，呼吸總阻抗的大小和阻抗5大小接近。共振頻率（resonance frequency，F(xiàn)res）：彈性阻力與慣性阻力相等時(shí)候的頻率，是IOS檢測(cè)中反映氣道阻力增加最為敏感的指標(biāo)。阻抗（resistance，R）：呼吸總阻抗中同相位的成分，其實(shí)質(zhì)是呼吸系統(tǒng)的黏性阻力。電抗（reactance，X）：是呼吸總阻抗中不同相位的成分，為彈性和慣性阻力的總和。阻抗5（resistance 5，R5）：當(dāng)振蕩頻率是5 Hz時(shí)候的阻抗，反映總呼吸阻力，主要是氣道的黏性阻力，在預(yù)計(jì)值的150%以內(nèi)為正常，與Zrs類似。阻抗20（resistance 20，R20）：當(dāng)振蕩頻率是20 Hz時(shí)候的阻抗，主要反映中心呼吸阻力，在預(yù)計(jì)值的150%以內(nèi)為正常。阻抗5與阻抗20的差值（resistance 5-resistance，R5-R20）：是R5與R20的差值，反映的是周邊黏性阻力，在預(yù)計(jì)值的150%以內(nèi)為正常。電抗5（reactance 5，X5）：當(dāng)振蕩頻率是5 Hz時(shí)候的電抗，反映胸肺周邊的彈性阻力。電抗20（reactance 20，X20）：振蕩頻率是20 Hz是的電抗，反映呼吸系統(tǒng)的慣性阻力。中心阻力（central resistance，Rc）：中心部位不容易擴(kuò)張的大氣道、胸廓、橫膈的黏性阻力，在結(jié)構(gòu)參數(shù)圖中常用到。外周阻力（peripheral resistance，Rp）：是周邊部位較容易擴(kuò)張的小氣道的黏性阻力，在結(jié)構(gòu)參數(shù)圖中常用到。

1.3 其他

結(jié)構(gòu)參數(shù)圖是以圖解的方法形象直觀地顯示出中心阻力、外周阻力和傳統(tǒng)力學(xué)意義上的彈性阻力、慣性阻力的分布。阻抗容積圖是以橫坐標(biāo)為肺容積、縱坐標(biāo)為呼吸阻抗來(lái)分析阻抗和容積依賴性的關(guān)系曲線。阻抗的潮氣呼吸圖用于IOS測(cè)量時(shí)的質(zhì)量控制，臨床意義不大。頻譜分析圖是將外加脈沖振蕩信號(hào)的呼吸波進(jìn)行頻譜分析后得到的曲線圖。頻譜微分均值圖是分析阻抗和電抗的容積依賴性和流量依賴性關(guān)系的圖形。

2 慢性阻塞性肺疾病中的應(yīng)用

根據(jù)美國(guó)調(diào)查報(bào)告顯示，慢性阻塞性肺疾病（COPD）成為2010年全球患者死亡的主要原因之一[1]。COPD是一種不完全可逆的持續(xù)性、進(jìn)行性氣流受限性疾病[2]。在COPD的診治中，常規(guī)肺功能檢查對(duì)于診斷COPD、評(píng)估氣流受限嚴(yán)重程度及隨訪評(píng)估具有重要意義，需注意該項(xiàng)檢查的缺點(diǎn)在于需要被檢查者一定的配合，并不是每個(gè)患者都能配合完成，作為另外一種檢測(cè)氣道阻抗的技術(shù)，IOS能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)肺功能檢測(cè)的不足，并且能得到客觀數(shù)據(jù)反映氣道阻力，更早更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)肺部病變。何光輝等[3]通過(guò)選取慢阻肺患者120例為觀察組，其中Ⅱ級(jí)64例，Ⅲ級(jí)56例，與同期60例肺功能正常的志愿者作為對(duì)照組，通過(guò)比較不同分級(jí)的慢阻肺患者與對(duì)照組的脈沖振蕩肺功能、常規(guī)肺功能參數(shù)等，發(fā)現(xiàn)對(duì)照組X5高于觀察組，除X5外，脈沖振蕩肺功能的其余指標(biāo)明顯低于觀察組，同時(shí)慢阻肺Ⅲ級(jí)患者的R5-R20、Frex均高于慢阻肺Ⅱ級(jí)患者，X5低于慢阻肺Ⅱ級(jí)患者，對(duì)照組常規(guī)肺功能各項(xiàng)指標(biāo)高于觀察組，并且隨病情程度加重，常規(guī)肺功能各指標(biāo)水平隨之下降，其中脈沖振蕩肺功能中X5與常規(guī)肺功能指標(biāo)呈現(xiàn)正相關(guān)，其余指標(biāo)與常規(guī)肺功能指標(biāo)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，可以看出IOS與COPD的嚴(yán)重程度有很好的相關(guān)性，并且能夠?qū)膊〉牟∏檫M(jìn)行較為準(zhǔn)確的評(píng)估。孟丹等[4]則是著重觀察穩(wěn)定期COPD患者，以100例穩(wěn)定期COPD為實(shí)驗(yàn)組，也得到了IOS檢查提供的數(shù)據(jù)能夠客觀地反映氣道阻力，同時(shí)與傳統(tǒng)肺功能指標(biāo)有良好的相關(guān)性，在臨床上值得作為一種新的COPD診斷手段。另外，有國(guó)內(nèi)學(xué)者補(bǔ)充，在COPD患者的IOS檢測(cè)中，F(xiàn)res是診斷COPD氣流受限最敏感的指標(biāo)，而X5是判斷COPD嚴(yán)重程度的最好指標(biāo)[5]。也有學(xué)者更進(jìn)一步地通過(guò)對(duì)215例COPD患者進(jìn)行傳統(tǒng)的常規(guī)肺功能和IOS檢測(cè)，得到FEV1%預(yù)計(jì)值、MMEF 75%～25%、RV/TLC、Z5、R5、R20、R5，F(xiàn)res、Ax、X5等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)IOS和常規(guī)肺功能有很好的相關(guān)性，同時(shí)從分析中顯示電抗比阻抗更能體現(xiàn)出相關(guān)性。對(duì)于COPD患者而言，除了常規(guī)肺功能，IOS也可以作為另外一種評(píng)估肺功能的可靠檢測(cè)方法[6]，同時(shí)，IOS配合常規(guī)肺功能檢查，能更好地判斷患者的氣道堵塞及病情程度[7]。IOS除了能夠協(xié)助明確診斷以外，在鑒別診斷上也起到了一定作用，有研究通過(guò)應(yīng)用IOS鑒別COPD急性加重期（A組72例）與慢性心力衰竭（B組72例），分別得到兩組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)A組的IOS檢測(cè)中的R5、R20、fres等均高于B組，而A組周邊彈性阻力小于B組，對(duì)于鑒別COPD急性加重期與慢性心力衰竭起到了一定的作用[8]。綜上所述，IOS的應(yīng)用價(jià)值正在不斷地被發(fā)掘，隨著IOS發(fā)展和完善，在傳統(tǒng)肺功能的應(yīng)用基礎(chǔ)上，對(duì)慢性阻塞性肺疾病的診斷和病情評(píng)估也起到了越來(lái)越大的作用。

3 支氣管哮喘中的應(yīng)用

支氣管哮喘是世界上最常見的慢性疾病之一，是由多種細(xì)胞（嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等）和細(xì)胞組分參與的氣道慢性炎癥性疾病，有氣道高反應(yīng)性、氣道重構(gòu)及可逆性氣流受限等特點(diǎn)。臨床表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的喘息、氣急、胸悶或咳嗽等癥狀。有研究表明，我國(guó)的支氣管哮喘患者總體患病率為1.24%，并且患病率呈明顯上升趨勢(shì)[9]。而在支氣管哮喘的診斷中，肺功能檢查起到了重要的作用，其中IOS在臨床上可提供支氣管哮喘的診斷依據(jù)[10]。國(guó)外有學(xué)者認(rèn)為IOS可以提高對(duì)于兒童哮喘或成人哮喘的管理質(zhì)量，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)早期外周氣道功能障礙[11]。高艷等[12]以100例兒童支氣管哮喘患者作為研究對(duì)象，以其中臨床緩解期患者50例為臨床緩解組，以急性發(fā)作期患者50例為急性發(fā)作組，另外隨機(jī)選取50例健康兒童作為正常對(duì)照組。使用IOS對(duì)3組被檢查者進(jìn)行檢測(cè)，比較R5、R20、R5-R20、X5、Zrs、Fres等各項(xiàng)指標(biāo)。發(fā)現(xiàn)急性發(fā)作組各項(xiàng)指標(biāo)值均高于臨床緩解組和正常對(duì)照組，臨床緩解組的R5、Zrs和Fres較正常對(duì)照組高，R20、R5-R20、X5與正常對(duì)照組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。說(shuō)明IOS能夠在臨床上為急性發(fā)作患者和臨床緩解期患者提供各項(xiàng)肺功能數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)也有學(xué)者進(jìn)行類似的研究，通過(guò)IOS檢查能夠得到診斷哮喘、判斷疾病嚴(yán)重程度及指導(dǎo)治療較為客觀的指標(biāo)，同時(shí)指出當(dāng)哮喘患者病情發(fā)生變化時(shí)，IOS能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，醫(yī)護(hù)人員可以根據(jù)肺功能的改變調(diào)整用藥，說(shuō)明通過(guò)IOS檢測(cè)值得推廣[13]。相關(guān)文章指出，IOS能反映COPD與哮喘之間氣流阻塞部位的差異，從而在兩者的診斷以及鑒別診斷上起到一定的作用[14-16]。簡(jiǎn)而言之，IOS在支氣管哮喘的診斷和治療起到了一定的作用，尤其在兒科中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[17]。

4 間質(zhì)性肺疾病中的應(yīng)用

間質(zhì)性肺疾病（interstitial lung disease，ILD）是一種以肺泡壁為主要病變所引起的異質(zhì)性疾病[18]，主要累計(jì)肺間質(zhì)和肺泡腔，導(dǎo)致肺泡-毛細(xì)血管功能單位喪失的彌散性肺疾病。根據(jù)病因、臨床表現(xiàn)及病理，可將ILD分為已知原因的ILD（過(guò)敏性肺炎、石棉沉著病等）、特發(fā)性間質(zhì)性肺炎（特發(fā)性肺纖維化、非特異性間質(zhì)性肺炎等）、肉芽腫性ILD（結(jié)節(jié)?。┖秃币奍LD（肺泡蛋白沉積癥、肺淀粉樣變等）[19]。國(guó)內(nèi)學(xué)者過(guò)程試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，ILD患者肺功能改變與肺部受累的程度有關(guān)，與導(dǎo)致纖維化的病因無(wú)關(guān)，另外指出常規(guī)肺功能的用力肺活量（FVC）和肺一氧化碳彌散（DLCO）、IOS的X5和Fres對(duì)肺間質(zhì)纖維化的診斷有一定的意義，并且兩者對(duì)診斷ILD的敏感性并無(wú)明顯差異[20]。劉月英[21]以診斷特發(fā)性肺纖維化（IPF）明確的45例患者為IPF組，另外選取27例健康人為對(duì)照組，兩組均進(jìn)行常規(guī)肺功能及脈沖振蕩肺功能檢查，得到R5、R20、X5等各項(xiàng)指標(biāo)，通過(guò)分析IPF組與對(duì)照組肺功能數(shù)據(jù)，顯示出IOS能夠早期為特發(fā)性肺纖維化患者提供診斷依據(jù)。王玉等[22]對(duì)187例矽肺患者進(jìn)行IOS，同時(shí)進(jìn)行常規(guī)肺功能檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)矽肺患者IOS三項(xiàng)指標(biāo)（Fres、R5-R20、X5）的陽(yáng)性率顯著高于常規(guī)肺功能指標(biāo)VC%，IOS總陽(yáng)性率為89.3%，顯著高于常規(guī)通氣檢測(cè)陽(yáng)性率78.1%，明顯可以看出IOS能夠增加矽肺早期檢出率。國(guó)外學(xué)者通過(guò)對(duì)ILD組、哮喘組和COPD組分別進(jìn)行IOS檢查，發(fā)現(xiàn)ΔX5在ILD組中具有典型的特征，可能與疾病的嚴(yán)重程度和生理變化有一定的關(guān)系[23]。

目前，IOS在間質(zhì)性肺疾病的應(yīng)用不多，隨著人們對(duì)IOS的重視程度逐步提高，將來(lái)關(guān)于間質(zhì)性肺疾病相應(yīng)的研究會(huì)越來(lái)越多。

5 其他應(yīng)用

有學(xué)者通過(guò)對(duì)周圍型組肺癌26例、中央型肺癌組26例、肺癌伴胸腔積液組15例和COPD組30例，進(jìn)行常規(guī)肺功能和脈沖振蕩肺功能，得到殘氣容積肺總量百分比（RV/TLC）、Fres、Fres與預(yù)計(jì)值比值（Fres/pre）、R5、第1秒用力呼氣容積（FEV1）、第1秒用力呼氣容積與預(yù)計(jì)值比值（FEV1/pre）、呼氣峰流量與預(yù)計(jì)值比值（PEF/pre）等參數(shù)，IOS對(duì)于診斷COPD與各種類型肺癌的肺功能區(qū)別上有很大的優(yōu)勢(shì)，其中以Fres、Fres/pre的差異最為突出[24]。有文章指出，對(duì)戒煙后被檢查者進(jìn)行IOS檢查，發(fā)現(xiàn)Zrs、Fres、R5小于戒煙前，R20無(wú)明顯變化，X5則高于戒煙前。指出戒煙可以減輕小氣道功能的損害，同時(shí)進(jìn)行脈沖振蕩肺功能可敏感的反映出吸煙對(duì)小氣道的影響[25]。除了IOS在上述不同疾病中的應(yīng)用，還可在其他疾病的檢查應(yīng)用。

6 脈沖振蕩技術(shù)存在的問(wèn)題

目前，IOS作為獨(dú)特的肺功能檢測(cè)手段，雖然有常規(guī)肺功能不能取代的優(yōu)點(diǎn)，但I(xiàn)OS是一項(xiàng)成熟度仍然欠缺的技術(shù)，和傳統(tǒng)肺功能檢查有較大的差別。在臨床上，IOS應(yīng)該與常規(guī)肺功能互相補(bǔ)充使用[26]。IOS的測(cè)量結(jié)果會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，重復(fù)性不好，同一個(gè)患者可能會(huì)出現(xiàn)兩次不同的數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)缺乏共振頻率、電抗、阻抗和其他參數(shù)的正常值范圍，多采用國(guó)外的數(shù)據(jù)，注意不同廠家的數(shù)據(jù)也不一樣，不同人種的體型存在差異，在一定的程度上，這很有可能影響患者呼吸總阻抗、阻抗、電抗等大小，在臨床操作中，直接使用國(guó)外的數(shù)據(jù)明顯是不合適的。另外，在應(yīng)用IOS的過(guò)程中，除了常規(guī)的檢測(cè)指標(biāo)，還要綜合分析結(jié)構(gòu)參數(shù)圖、頻譜分析圖和頻譜微分均值圖。所以，分析IOS的測(cè)量結(jié)果需要綜合評(píng)估。

總而言之，IOS是一項(xiàng)有前景的測(cè)定肺功能技術(shù)，它既有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)，需要一定時(shí)間逐漸發(fā)展完善的過(guò)程。

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