Summary
Eftersom användningen av forcerad svängningsteknik (FOT) i allt högre grad används för att karakterisera andningsmekanik, finns det ett behov av att standardisera metoder med avseende på gryende tekniska riktlinjer och olika tillverkares rekommendationer. Ett detaljerat protokoll tillhandahålls inklusive FOT-bedömning och tolkning för två fall för att underlätta standardiseringen av metoder.
Abstract
Det finns ett ökande intresse för användningen av den påtvingade svängningstekniken (FOT) eller oscilmetri för att karakterisera andningsmekanik hos friska och sjuka individer. FOT, en kompletterande metod för traditionell lungfunktionstestning, använder en rad oscillatoriska frekvenser som läggs ovanpå tidvattenandning för att mäta det funktionella förhållandet mellan luftvägstryck och flöde. Denna passiva bedömning ger en uppskattning av andningsorganens resistens (Rrs) och reaktans (Xrs) som återspeglar luftvägarnas kaliber respektive energilagring och avledning. Trots den senaste tidens ökade popularitet och uppdaterade tekniska standarder har den kliniska implementeringen varit långsam, vilket delvis hänför sig till bristen på standardisering avseende förvärv och rapportering av FOT-data. Målet med denna artikel är att ta itu med bristen på standardisering mellan laboratorier genom att tillhandahålla ett omfattande skriftligt protokoll för FOT och en medföljande video. För att illustrera att detta protokoll kan användas oavsett en viss enhet har tre separata FOT-enheter använts i fallexempel och videodemonstration. Denna insats är avsedd att standardisera användningen och tolkningen av FOT, ge praktiska förslag samt belysa framtida frågor som behöver tas upp.
Introduction
Den påtvingade svängningstekniken (FOT) eller oscilmetri introducerades först för över 60 år sedan1 och ger mätning av andningsmekanik via externt applicerade trycksvängningar ovanpå tidvattenandning. Kort sagt mäts tryck och luftflöde vid munnen av givare över en rad frekvenser. Spektralanalys används sedan för att bestämma impedans (Zrs) eller amplitud- och fasskillnaderna mellan tryck och luftflöde vid varje frekvens2,3. Zrs representerar summan av krafter som motsätter sig trycksvängningar och kännetecknas vanligtvis av komponenter av motstånd (Rrs) och reaktans (Xrs). Rrs återspeglar andningsorganens avledande mekaniska egenskaper (energiavledning), medan Xrs återspeglar andningsorganens dynamiska elastans och tröghet (energilagring). Zrs bedömning vid flera svängningsfrekvenser gör det ytterligare möjligt att bedöma enhetligheten i luftflödesfördelningen. För en översyn av FOT-signalbehandling, fysiologiska principer och tillämpningar: se European Respiratory Societys (ERS) task force-uttalanden2,4.
FOT ersätter inte spirometri, utan en kompletterande bedömning av lungfunktionen. Det kan dock ge flera fördelar jämfört med spirometrisk testning, inklusive mätningar som utförs under tidvattenandning (ansträngningsoberoende) och potential att bedöma de distala eller små luftvägarna som inte är genomförbara med spirometry5. Som ett resultat har FOT fått betydande popularitet i pediatrisk inställning6,7, liksom för utvärdering av symptomatisk patient med normala eller bevarade spirometry8,9,10,11. FOT har också visat klinisk nytta under bronchoprovocation testning där symtom är starkare associerade med FOT än spirometry12. Dessutom kräver FOT lägre doser av bronkoprovocativa medel för att inducera mätbara skillnader i andningsfunktionen13.
Mot bakgrund av dessa resultat har intresset för FOT för klinisk praxis och forskning ökat kraftigt under de senaste åren. Enligt en Scopus-sökning som genomfördes i juli 2021 med avseende på termerna "forcerad svängningsteknik" eller "impulsoscillometri" ökade medianantalet publikationer på FOT från 35 per år (2000–2010) till 94 per år (2010–2020). Trots detta intresse har standardiseringen i förvärv och rapportering av FOT-data först nyligen fått större uppmärksamhet med de senaste tekniska standarderna för andningsscillometry4. För närvarande är flera FOT-system kommersiellt tillgängliga som varierar beroende på trycksignaltyp (t.ex. pseudorandom, impulståg), inspelningsepoken, frekvensområdet och upplösning14. Trots dessa skillnader kan förvärv och rapportering av FOT-data som utförs av teknikern följa ett universellt tillvägagångssätt som är i fokus för det nuvarande manuskriptet. Häri tillhandahålls ett standardiserat protokoll som överensstämmer med ERS Tekniska Standarder4. Detta protokoll illustreras genom praktiska exempel med forskning och kliniska data som förvärvats i vårt laboratorium. Specifikt ligger fokus på tillämpning och tolkning av FOT i klinisk utvärdering av vuxendyspné.
Protocol
Följande protokoll godkändes av Rutgers University Institutional Review Board. Alla frivilliga som deltog i denna studie gav skriftligt informerat samtycke före alla tester.
1. Förberedelse före provning
- Bedöm individen för allergier eller känslighet för munstycke eller näsklämma material, för oral smärta eller ansiktssmärta som förhindrar korrekt tätning på munstycket, för förmåga att följa anvisningarna och för känd känslighet för det bronkdilerande medel som kommer att användas.
- Se till att individen klär sig bekvämt och avstår från att träna eller inta en tung måltid innan du testar. Se lokala laboratoriepolicyer för användning av koffein, tobaksprodukter eller inhalator före testning.
- Utför FOT först i situationer med flera lungfunktionstester som kräver djupa andetag.
- Utför tester i en lugn och bekväm miljö. Förbered förnödenheter och material före individens ankomst.
- Ge en justerbar stol utan hjul för att säkerställa att individens fötter är plana mot golvet.
- Förse individen med ett engångs antibakteriellt filter och näsklämma som ska användas för testning.
- Följ lokala laboratorieprocedurer för att donera personlig skyddsutrustning vid testning.
2. Verifiering med impedanstestbelastning
- Leta reda på testbelastningsobjektet innan du testar individen.
OBS: Statiska testbelastningar är föremål som levereras av tillverkaren med känd impedans (helst med resistiva, elastiska och inertiella komponenter) som är specifika för varje enhet. Använd en testbelastning med en impedans på cirka 15 hPa·s· L-1, som överstiger de förväntade Zrs för vuxna. - Se till att provningsbelastningen är fabrikskalibrerad (om tillämpligt).
OBS: Vissa testbelastningar kräver årlig omkalibrering av fabriken, så följ protokollet som beskrivs i enhetshandboken.- Läs bruksanvisningen eller kontakta tillverkaren om testbelastningen för verifiering av misstag tappas eller verkar vara skadad visuellt.
- Öppna kalibrerings- eller verifieringsmenyn i programvaran.
- Sätt fast testbelastningsanordningen i FOT-enheten och slutför verifieringsproceduren enligt tillverkarens rekommendationer.
- Granska och spara verifieringsresultaten.
OBS: En lyckad verifiering säkerställer att de uppmätta värdena matchar testbelastningen inom en tolerans på ≤+10% eller ±0,1 hPa·s· L-1. Om verifieringen misslyckas eller ger fel, se till att testbelastningen satts ordentligt i FOT-enheten och att det inte finns något hinder i flödet. Läs handboken för felsökningstips. - Kontrollera enheten med testbelastningen dagligen eller omedelbart före testning.
3. Provningsförfarande
- Ge standardiserade instruktioner och demonstration för individen.
- Informera individen om den ungefärliga varaktigheten för ett enda förvärv och antalet replikat som kommer att tas (se steg 3.2).
- Låt individen veta om de känslor som de kommer att uppleva från svängningarna, t.ex. fladdrande eller vibrationer i bröstet och munnen.
- Låt individen veta att enheten kommer att starta svängningar efter en kort observationsperiod för att reglera andningen.
- Instruera individen att undvika att svälja under testperioden.
- Instruera individen att sitta upprätt med fötterna platta på golvet och hakan vänd uppåt under hela testperioden.
- Instruera individen att skapa en tätning med läpparna och tänderna på munstycket via en demonstration.
- Instruera individen att hålla tungan avslappnad.
- Instruera individen att placera öppna handflator mot kinderna med fingertopparna nära templet och tummarna efter mandibularlinjen. Instruera individen att hålla armbågarna något utsvängda i ett bekvämt läge för att säkerställa bröstexpansion.
- Instruera individen att hålla regelbunden tyst andning på munstycket tills teknikern uppmanas att sluta.
- Utföra mätsession
- Följ hygien- och infektionskontrollstandarder som beskrivs för spirometri15.
- Fäst antibakteriella filter på enheten.
OBS: Använd filter som uppfyller ATS/ERS riktlinjer med ett motstånd <1.5 hPa·s· L-1 med en flödeshastighet som är mindre än 14 L/s enligt tillverkarens kontroll. - Ge instruktioner enligt beskrivningen i steg 3.1 och se till att individen är korrekt placerad med näsklämman på plats och munnen tätt förseglad runt enhetens munstycke.
- När individen har slutfört flera andningscykler av stabil, passiv och bekväm tidvattenandning, se till att enheten automatiskt börjar förvärva data. Alternativt kan teknikern utlösa datainsamling med hjälp av programvaran.
- Instruera individen att lossna från munstycket efter att minst tre artefaktfria andetag har förvärvats under ett enda förvärv.
OBS: För att uppnå tre artefaktfria andetag rekommenderas en minsta inspelningstid på 30 s. Vissa FOT-enheters inställningar stannar automatiskt vid en fördefinierad inspelningstid och/eller uppnående av ett visst antal andetag (se avsnitt 4 för information om hur du identifierar artefakter). - Justera vilointervallen mellan replikatmätningar (cirka 60-90 s) efter behov för att undvika fysiskt obehag.
- Om du vill bedöma bronkdilatorsvaret.
- Administrera salbutamol till individen i enlighet med standardlaboratoriet för aerosolläkemedel (t.ex. dosinhalator med taxameter, nebulisator) och vänta i 15 min16.
OBS: Om du använder en doserad dosinhalator med en distans, administrera fyra separata doser på 100 μg. - Upprepa samma procedurer som tidigare (se steg 3.2) för att erhålla replikat efter bronkdilatorn.
- Administrera salbutamol till individen i enlighet med standardlaboratoriet för aerosolläkemedel (t.ex. dosinhalator med taxameter, nebulisator) och vänta i 15 min16.
4. Fastställande av godtagbara mätningar
- Identifiera artefakter genom visuell inspektion. För att göra det, övervaka djupet (tidvattenvolym; Vt) och andningsfrekvens (andningsfrekvens; fR) i realtid under förvärvet för att visuellt säkerställa stabila och tysta andningsmönster från replikat till replikat.
OBS: För varje replikat visas den genomsnittliga Vt, fR eller deras produkt (minutventilation, VE) i programvaran. Jämför detta värde mellan replikat för att ge individuell feedback om djupet och andningshastigheten, om det behövs. - Inspektera replikat manuellt för att utesluta artefakter som hosta, sväljning, läckage eller andra avbrott i flödes- och tryckspår som kan ses i realtid.
- Ignorera alla replikat som innehåller negativa motstånd.
- Granska automatisk programvaruidentifiering av artefakter.
OBS: Tillverkare använder programvarualgoritmer för att upptäcka artefakter och utesluta hela eller partiella andetag (dvs. inspiration och utgångsdatum). Bekanta dig med de algoritmer som tillämpas och rapportera detta när du sammanfattar data från en mätsession. Ofta innebär dessa algoritmer att identifiera Rrs, Xrs och andningsmönster utanför normala fysiologiska intervall samt avvikande värden när man jämför andning för andetag. - Utvärdera variabilitet
- Skaffa minst tre acceptabla replikat (dvs. de som innehåller ≥3 artefaktfria andetag). Beräkna variationskoefficienten inom sessionen (CoV) för totala Rrs med den lägsta frekvensen (t.ex. Rrs vid 5 Hz).
Cov beräknas med hjälp av följande formel:
- Eftersom acceptabel cov inom sessionen för vuxna är ≤10%, få ytterligare replikat om CoV är >10% eller fortsätt till steg 5 om CoV är ≤10%.
OBS: Att uppnå CoV ≤10% kan vara svårt hos individer med luftvägssjukdom.
- Skaffa minst tre acceptabla replikat (dvs. de som innehåller ≥3 artefaktfria andetag). Beräkna variationskoefficienten inom sessionen (CoV) för totala Rrs med den lägsta frekvensen (t.ex. Rrs vid 5 Hz).
5. Rapportering av uppgifter
- Inkludera följande information när du rapporterar FOT-resultat.
- Inkludera enhetens namn, modell, programvaruversion och tillverkare.
- Inkludera inmatningsstimulansfrekvensvågform (t.ex. pseudo-slumpmässigt brus, multifrekvens) och tillhörande frekvensområde.
- Inkludera information om subjektiva och automatiska kvalitets kontroll procedurer som används för att fastställa acceptabla replikat och antalet artefaktfria replikat som ingår.
- Inkludera repeterbarhet eller precision för mätning (CoV) och cut-off.
- Rapportera medelvärdet av replikatmätningarna som var fria från artefakt och gav en CoV ≤10% för FOT-parametrar.
- Följ laboratoriestandarder för vilka FOT-parametrar som ska rapporteras.
OBS: Även om det för närvarande inte finns någon konsensus om vilka FOT-variabler som ska inkluderas, ger ERS tekniska standard ett exempel på vilka parametrar som kan rapporteras enligt tabell 1 för de fallexempelresultat som presenteras nedan.
- Följ laboratoriestandarder för vilka FOT-parametrar som ska rapporteras.
- Använd referensekvationer från den population som studeras med samma FOT-enhet (om tillgängligt).
OBS: Många referensekvationer förutsätter korrekt registrering av ålder, kön, längd och vikt14. - Om du också kan rapportera både den absoluta och relativa skillnaden om FOT utfördes före och efter en bronkdilator. Inkludera också dosen av salbutamol.
6. Kvalitetskontroll och underhåll
- Använd ett kvalitetskontrollprogram med biologiska kontroller (dvs. ≥2 friska icke-rökare) som innebär rutinmässig testning regelbundet.
- Upprätta en baslinje (medelvärde ± SD) genom förvärv av 10-20 artefaktfria replikatmätningar på olika dagar (förvärvade inom 2 veckor) från varje biologisk bekämpning.
- Välj en parameter med låg frekvens (5 Hz) och medelfrekvens (20 Hz) som motstånd och reaktans ska följa för kvalitetskontroll. Vid efterföljande rutinmässiga periodiska tester jämför du resultaten med baslinjemåtten.
OBS: Se rekommenderad vägledning för lungfunktionslaboratorier17 för ytterligare information om hur man bedömer och antar kvalitetssäkringsstandarder. Frekvensen av testning av biologisk bekämpning (t.ex. veckovis, månadsvis) bör återspegla testvolymen i laboratoriet.
- Följ tillverkarnas rekommendationer om regelbundet underhåll som rengöring, luftfilterbyte, programuppdateringar och fabrikskalibrering.
Representative Results
För det första presenteras ett fall av en frisk vuxen som ett praktiskt exempel på datainsamling och hur teknikern väljer enskilda mätningar för rapportering (fallexempel 1). För det andra ges ett kliniskt exempel på en patient som remitteras för oförklarlig dyspné för FOT förvärv före och efter en bronkdilator med tonvikt på tolkning (fall exempel 2). Observera att FOT-enheter från två olika tillverkare har använts målmedvetet i dessa exempel för att illustrera en universell metod. Ytterligare information finns i materialförteckningen.
Exempel på ärende 1
FOT utfördes i en hälsosam 25-årig latinamerikanska kvinna (Höjd: 164 cm, Vikt: 84,9 kg). Deltagaren var en aldrig-rökare, förnekas luftvägarna symtom och hade ingen historia av lungsjukdom eller annan betydande tidigare medicinsk historia. Hon hade avstått från koffein (≥8 h) och kraftfull motion (≥24 h). Hon hade en nyligen spirometric undersökning som lästes som normalt utan tecken på obstruktion eller begränsning: FEV1/FVC: 0,88, FEV1: 3,30 L (98% förutspådd) och FVC: 3,70 L (97% förutspådd).
Efter att ha förklarat och demonstrerat testförfaranden erhölls tre FOT mätningar med cirka 1-2 min mellan inspelningarna. Visuell inspektion och programvarans kvalitetskontrollalgoritm identifierade inga artefakter. Rrs vid 5 Hz för de tre första mätningarna undersöktes sedan för att bekräfta cov under sessionen (individuella mätningar: 3,06, 3,79, 3,46 hPa·s · L-1; genomsnitt: 3.44 hPa·s· L-1, standardavvikelse: 0,36 hPa·s L-1, CoV = standardavvikelse / genomsnitt = 0,36 / 3,44 = 0,105 * 100 = 10,5%).
Eftersom coV av de tre första mätningarna var >10%, var ytterligare mätningar nödvändiga. En fjärde mätning erhölls (Rrs vid 5 Hz = 3,40 hPa·s· L-1) och cov under sessionen räknades om med hjälp av alla mätningar (individuella mätningar: 3,06, 3,79, 3,46, 3,40 hPa·s· L-1; genomsnitt: 3.43 hPa·s· L-1; standardavvikelse: 0,30 hPa·s· L-1; CoV = standardavvikelse / genomsnitt = 0,30 / 3,43 = 0,087 * 100 = 8,7%)
Eftersom CoV-kriterierna inom sessionen uppfylldes beräknades genomsnittliga FOT-index som medelvärdet av mätningarna. Dessa mätningar illustreras i figur 1 och rapporteras i tabell 1. För att underlätta jämförelsen med förväntade värden presenterar tabell 2 dessutom förutsedda värden i alla FOT-index (där förutsagda värden är tillgängliga), lägre gränser för normal (LLN), övre gränser för normal (ULN), % av förväntade och Z-poäng med hjälp av standardreferensekvationer som beaktar ålder, kön och vikt14.
Exempel på ärende 2
En 48-årig kaukasisk hane (Höjd: 185 cm, Vikt: 89 kg) remitterades till vårt centrum för utvärdering av kronisk hosta och ansträngningsrelaterad dyspné utan uppenbar orsak (t.ex. medicinering, andningsorganen eller hjärt-kärlsjukdom eller mental hälsa komorbiditet). Han var en livstids aldrig-rökare men godkände exponering för ångor, gaser, damm och ångor under en 7 månaders militär utplacering till Irak. Fullständig lungfunktion testning utfördes (dvs. kroppen plethysmography, bronchodilator spirometry och lung diffusing kapacitet för kolmonoxid) och alla resultat var inom normala gränser. FOT utfördes före och 15 min efter administrering av bronkdilator (4 puffar av 100 μg salbutamol via uppmätt dosinhalator med distans) (figur 2). De enskilda försöksdata och medelvärden presenteras i tabell 3 för- och post-bronkdilatoradministration. Eftersom varje försök var tekniskt godtagbart rapporteras mätningarna före och efter bronkdilatorn, liksom deras absoluta och relativa skillnad, i tabell 4. Dessutom rapporteras förutsagda värden, % av förväntade, LLN och ULN också med hjälp av standardreferensekvationer som beaktar ålder, kön och vikt14.
Vi avgränsade variabler som rapporteras i tabell 3 och tabell 4 för att förenkla illustrationen av två begrepp: 1) bestämma onormala kontra normala svar och 2) bronkdilator reversibilitet. För Rrs-mätningar anses värden som överskrider ULN (dvs. förhöjt motstånd) vara onormala. Här, pre-bronchodilator Rrs på 4 Hz (3.32 hPa·s· L-1) överskrider ULN (2.59 hPa·s· L-1) och är 155% av det förväntade värdet ([3,32 / 2,14] * 100 = 155,14). Efter bronkdilator administration minskade Rrs vid 4 Hz med 45,78% överstiger den 95: e percentilen som rapporterats av Oostveen et al.14 (dvs. -32% för Rrs vid 4 Hz). Detta svar skulle indikera en positiv bronkdilator svar i motstånd. Dessutom normaliseras det observerade värdet efter bronkdilatorn (dvs. blev representativt för vad som anses vara ett normalvärde) och är 84,1% av det förväntade värdet ([1,80 / 2,14] * 100 = 84,11).
Xrs vid 4 Hz tolkas annorlunda eftersom observerade värden är negativa. Därför är onormala värden de som överskrider LLN (dvs. mer negativ reaktans). Här hade individen en pre-bronkdilator (-0.98 hPa·s· L-1) och post-bronkdilator (-0.83 hPa·s· L-1) värden som ligger över LLN (-1.11 hPa·s· L-1). Skillnaden i pre- kontra post-bronkdilaterare var cirka 15%, vilket är under den 95: e percentilen som rapporterats av Oostveen et al.14 (dvs. +33,8% i Xrs vid 4 Hz). Därför anses alla Xrs-värden vara normala.
Reaktansområdet (eller AX) är det integrerade området för lågfrekvent reaktans och är därför ett positivt värde. Onormala AX-värden är de som överskrider ULN, vilket återspeglar mer negativ reaktans. Gilla Xrs på 4 Hz, pre-bronchodilator AX (2.77 hPa·s· L-1) och post-bronchodilator AX (1.23 hPa·s· L-1) är båda under ULN. Även om det fanns en minskning med -55% från pre- till post-bronchodilator värde, detta faller under den 95: e percentilen som rapporterats av Oostveen et al.14 (dvs. -56,0% för AX vid 4 Hz). Sammantaget anses AX också vara normalt.
Figur 1: Andningsresistens (Rrs) och reaktans (Xrs) som en funktion av svängningsfrekvens (Hz) hos en frisk vuxen. Medelvärde ± SD för alla replikat ritas för Rrs (blå cirklar) och Xrs (röda rutor) vid varje uppmätt frekvens. Varje datapunkt representerar totala eller hela andetagsmätningar. Data samlades in med hjälp av en enhet som använder en pseudorandom, relativa primes signaltyp i intervallet 5-37 Hz. Se tabellen över material för ytterligare information om den här enheten. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 2: Bedömning före och efter bronkdilatorn. Andningsresistens (Rrs; blå) och reaktans (Xrs; röd) före (öppna cirklar) och efter (öppna trianglar) bronkdilatoradministration. Streckade röda linjer representerar de övre och nedre gränserna för det normala för Rrs respektive Xrs14. Data samlades in med hjälp av en enhet som använder en pseudorandom signaltyp i intervallet 4-48 Hz. Se tabellen över material för ytterligare information om den här enheten. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
| Variabel | T1 | T2 | T3 | T4 | Avg | SD |
| Rrs5 | 3.06 | 3.79 | 3.46 | 3.40 | 3.43 | 0.30 |
| Rrs5 (isp) | 3.30 | 3.45 | 3.34 | 3.64 | 3.43 | 0.15 |
| Rrs11 | 2.77 | 4.02 | 3.08 | 2.89 | 3.19 | 0.57 |
| Rrs19 | 2.92 | 3.71 | 3.30 | 3.13 | 3.27 | 0.33 |
| Rrs5-19 | 0.14 | 0.08 | 0.15 | 0.26 | 0.16 | 0.08 |
| Xrs5 | -0.90 | -0.76 | -0.69 | -0.90 | -0.81 | 0.11 |
| Xrs5 (isp) | -1.44 | -0.91 | -0.86 | -1.08 | -1.07 | 0.26 |
| Xrs5 (exp) | -0.63 | -0.46 | -0.55 | -0.77 | -0.60 | 0.13 |
| Delta Xrs5 | -0.81 | -0.45 | -0.31 | -0.31 | -0.47 | 0.24 |
| Xrs11 | -0.04 | -0.09 | 0.00 | -0.09 | -0.06 | 0.04 |
| Xrs19 | 0.92 | 0.86 | 1.12 | 0.94 | 0.96 | 0.11 |
| YXA | 2.83 | 2.57 | 2.05 | 2.98 | 2.61 | 0.41 |
| Fres | 11.27 | 11.62 | 10.99 | 11.57 | 11.36 | 0.29 |
| Vt | 0.90 | 0.98 | 0.95 | 0.61 | 0.86 | 0.17 |
Tabell 1: Standardrapportering av utvalda FOT-parametrar: Sammanfattning av försök. Den här tabellen illustrerar alla mätrepliter över försök (T1-T4) och deras sammanfattande statistik (medelvärden och standardavvikelser (SD)). Medelvärdena för alla försök används för att representera testsessionen. Vanliga parametrar listas under Variabel. Resistans (Rrs) och reaktans (Xrs) tillhandahålls för hela andetag vid 5, 11 och 19 Hz, samt under inspiration vid 5 Hz (Rrs5 (insp) och Xrs5 (insp)). Ytterligare parametrar som rapporteras inkluderar reaktansområdet (AX) vid 5 Hz, resonansfrekvens (Fres) och tidvattenvolym (Vt).
| Variabel | Förutspått | LLN | ULN | Baslinje avg | % av förutsagd | Z-poäng |
| Rrs5 | 3.76 | - | 4.11 | 3.43 | 91% | -0.34 |
| Rrs5 (isp) | - | - | - | 3.43 | - | - |
| Rrs11 | 2.74 | - | 3.18 | 3.19 | 116% | -0.33 |
| Rrs19 | 3.52 | - | 3.92 | 3.27 | 93% | -0.3 |
| Rrs5-19 | 0.14 | - | - | 0.16 | 118% | 0.05 |
| Xrs5 | -1.37 | -1.50 | - | -0.81 | 59% | 1.32 |
| Xrs5 (isp) | - | - | - | -1.07 | - | - |
| Xrs5 (exp) | - | - | - | -0.60 | - | - |
| Delta Xrs5 | - | - | - | -0.47 | - | - |
| Xrs11 | -0.14 | -0.26 | - | -0.05 | 36% | 0.22 |
| Xrs19 | - | - | - | 0.96 | - | - |
| YXA | 4.08 | 5.11 | 2.61 | 64% | -0.64 | |
| Fres | 12.73 | - | 13.14 | 11.36 | 89% | - |
Tabell 2: Standardrapportering av utvalda FOT-parametrar: Referens och förutsagda värden. Det råder för närvarande ingen konsensus om vilka FOT-parametrar som ska ingå i en grundläggande rapport. Ers tekniska standard ger dock ett exempel på vilka parametrar som kan rapporteras4, vilka ingår i den åtföljande tabellen. Den här tabellen illustrerar de genomsnittliga mätvärden som rapporterats från testsessionen samt de tillhörande referensvärden som för närvarande är tillgängliga. Vanliga parametrar listas under Variabel. Resistans (Rrs) och reaktans (Xrs) tillhandahålls för hela andetag vid 5, 11 och 19 Hz, samt under inspiration vid 5 Hz (Rrs5 (insp) och Xrs5 (insp)). Ytterligare parametrar som rapporteras inkluderar reaktansområdet (AX) vid 5 Hz och resonansfrekvens (Fres). För de parametrar med referensvärden som är tillgängliga14 beräknas också förväntade, förväntade%, lägre och övre gränser för normalvärden (LLN, ULN) och Z-poängvärden.
| Förbrondilator | Post-Bronchodilator | |||||||||
| Variabel | T1 | T2 | T3 | Avg | SD | T1 | T2 | T3 | Avg | SD |
| Rrs | 3.34 | 3.21 | 3.42 | 3.32 | 0.11 | 1.81 | 1.89 | 1.69 | 1.80 | 0.10 |
| Xrs | -1.25 | -0.72 | -0.98 | -0.98 | 0.26 | -0.42 | -1.32 | -0.74 | -0.83 | 0.45 |
| YXA | 2.50 | 2.02 | 2.79 | 2.44 | 0.39 | 0.73 | 1.95 | 1.01 | 1.23 | 0.64 |
Tabell 3: Tolkning av lågfrekvent resistens (Rrs), reaktans (Xrs) och reaktansområde (AX): Sammanfattning av försök. Den här tabellen illustrerar alla mätrepliter över försök (pre- och post-bronkdilator) och deras sammanfattande statistik (medelvärden och standardavvikelser (SD)). Medelvärdena för alla försök används för att representera testsessionens värden för baslinjegenomsnitt (pre-bronkdilator) och medelvärden efter bronkdilatorn.
| Variabel | Förutspått | LLN | ULN | Baslinje avg | % av förutsagd | Inlägg BD Avg | % av förutsagd | Absolut förändring | % ändring |
| Rrs | 2.14 | NA | 2.59 | 3.32 | 155% | 1.80 | 84% | 1.52 | -45.78% |
| Xrs | -0.97 | -1.11 | NA | -0.98 | 101% | -0.83 | 86% | -0.15 | 15.31% |
| YXA | 2.15 | NA | 3.08 | 2.44 | 113% | 1.23 | 57% | 1.21 | -49.59% |
Tabell 4: Tolkning av lågfrekvent resistens (Rrs), reaktans (Xrs) och reaktansområde (AX): Referensvärden och förutsagda värden. Lågfrekventa (4 Hz) Rrs, Xrs och AX rapporteras tillsammans med motsvarande förutsagda värden, % av förväntade och de nedre (LLN) och övre (ULN) gränserna för normal14. Mätningar före (Baseline Avg) och efter (Post BD Avg) bronkdilator presenteras tillsammans med motsvarande absoluta och relativa förändring (% Förändring).
Discussion
Den senaste tekniska standarden för ERS på FOT4 betonar behovet av större noggrannhet och standardisering av mätningen. Stäng efterlevnaden av flera kritiska steg före, under och efter testning är nödvändigt. Det rekommenderas att FOT utförs före mer ansträngningsberoende manövrar som kräver djupa andetag som kropps plethysmografi och diffuseringskapacitet. Slutanvändarverifiering av testbelastning med känd impedans krävs minst dagligen eller omedelbart före provning. Tydliga, konsekventa och exakta instruktioner från utbildad personal kan minimera extrinsiska variationer i datainsamlingen. Varje forskning eller kliniskt laboratorium bör utveckla sitt eget protokoll som implementerar de minimala coachingtekniker som rekommenderas i ERS tekniska riktlinjer. Det är viktigt att slutanvändarna under varje manöver kan observera, identifiera och korrigera potentiella fel som kan uppstå, såsom munläckor, glottisk stängning, hosta och instabila andningsmönster. Även om vissa fel kan vara svåra att utvärdera i realtid bör slutanvändarna inte enbart vara beroende av automatisk identifiering från den specifika enhet som används. Godtagbara kriterier som fastställts av tillverkaren bör ses över grundligt, och ytterligare kriterier bör följa ERS-uttalandena. Även om varje enhet kommer att generera en unik rapport är standardiserad rapportering av FOT-parametrar möjlig och kan underlätta jämförelse mellan laboratorier och studier. Slutligen måste rigorösa förfaranden för kvalitetskontroll, inklusive rutinmässig bedömning av friska biologiska bekämpningar, utföras i både forskning och kliniska miljöer.
Strikt efterlevnad av ett standardiserat protokoll minimerar variationen i prestanda. Men att uppnå en CoV ≤10% kan fortfarande vara svårt, och kanske inte alltid möjligt hos dem med luftvägssjukdom. Det åligger teknikern att sträva efter att minimera variabiliteten och det finns flera strategier att tänka på när en CoV ≤10% inte kan erhållas. För det första, se till att mätningen förvärvas under liknande omständigheter för varje replikat. Detta inkluderar övervakning av individens hållning, handplacering och efterlevnad av andra instruktioner. Teknikern kan överväga att upprepa de första instruktionerna, tillhandahålla ytterligare visuell demonstration och erbjuda individen ett långvarigt vilointervall. Baserat på erfarenhet, det konstateras att en gemensam orsak till överdriven variabilitet inkluderar att anta en annan sittposition mellan replikera mätningar där individer kan ompositionera sig för att uppnå en bekvämare position eller stam för att nå munstycket. Detta är vanligast när du använder bärbara FOT-enheter som är utformade för att hållas av teknikern där munstyckets position inte är fast. För att lösa problemet kan flexibla armfästen köpas, som är utformade för att hålla elektroniska enheter som kameror, som snabbt kan fästas på ett skrivbord eller bord och rymma individuell positionering. När du har säkerställt att prestanda är lämplig och konsekvent mellan replika mätningar bör teknikern skaffa ytterligare replikat.
Till skillnad från spirometri varigenom högst åtta försök rekommenderas för att undvika trötthet, finns det inget maximalt antal replikat som rekommenderas för FOT sannolikt på grund av dess ansträngningsoberoende tillvägagångssätt. I praktiken förvärvar vissa utredare upp till åtta replikatmätningar18, och en liknande tumregel på upp till 10 mätningar används i vårt laboratorium. Att upprätta en övre gräns är praktiskt taget viktigt för att definiera slutet på en testsession. Detta är särskilt relevant för personer med luftvägssjukdom där CoV mer än 10% kan återspegla underliggande sjukdomsprocesser snarare än dålig ansträngning. Harkness et al.18 beskrev nyligen sin erfarenhet av dessa patientpopulationer och föreslog att en mer liberal cut-off (CoV upp till 20%) fortfarande kan rapporteras för klinisk tolkning. Varje klinik och forskningslaboratorium bör balansera mellan praktiska beslut som tidsbegränsning, examinators förmåga och utmattningsnivå, samt sannolikheten för att uppnå CoV-cutoff. Ett tillvägagångssätt att överväga är införandet av ett betygssystem. När till exempel minst tre artefaktfria replikatmätningar har erhållits från högst 10 försök ska du tillämpa en bokstavsklass som motsvarar CoV-nivåerna , dvs ≤. B > 10 % och ≤15 %. C > 15 % och ≤20 %. och D > 20 %. Ytterligare strategier som ska övervägas kan inkludera modifiering av parametrar för programvaru- och maskinvaruförvärv för att uppnå mer kompletta andetag. Vissa tillverkare har till exempel inställningar för att hantera större inspelnings varaktigheter och/eller utökade inspelnings epoker för att uppnå mer än det ERS-rekommenderade minst tre fullständiga andetag. Vid rapportering av FOT-resultat är det absolut nödvändigt att offentliggöra alla förvärvsparametrar för att underlätta tolkning och jämförelse med annan publicerad litteratur. FOT-förvärvsparametrar fortsätter att undersökas aktivt och kommer sannolikt att resultera i framtida ändringar av FOT-prestanda och mätning.
I detta dokument är syftet att lyfta fram den senaste tekniken och tillämpningen av FOT samt tillhandahålla ett standardiserat protokoll för testning hos vuxna. Det är dock viktigt att känna igen FOT:s tillhörande begränsningar. För det första är impedansmätningar särskilt misstänkta för artefakter som utom-bröst påverkan4. Därför fokuserar det nuvarande protokollet på att minimera detta inflytande, till exempel att säkerställa korrekt kindstöd under förvärvet. Dessutom utesluter avbrott i flödet (t.ex. tunga som täcker munstycket, sväljning, felaktiga andetag) noggrann mätning och resulterar i färre giltiga andetag för Zrs beräkningar19. För det andra, även om FOT är lätt att utföra ur patientens perspektiv, är det utmanande för teknikern och klinikern20 att identifiera dessa artefakter samt tolka produktionen. Till exempel producerar nuvarande FOT-enheter en betydande mängd data för att karakterisera en individs andningsmekanik; Bristen på referensvärden och konsensus kring nyckelvariabler är dock faktorer som bromsar dess kliniska antagande. På samma sätt, även om det rekommenderas att erhålla minst tre artefaktfria försök4, om mer än tre försök utförs och befinns vara acceptabla, finns det ingen aktuell konsensus om de rekommenderade metoderna för att välja vilken av dessa försök som används för att representera testsessionen. Som sådan fortsätter den kliniska nyttan av FOT i en mängd olika luftvägssjukdomar att undersökas aktivt. Slutligen finns det ur ett tekniskt perspektiv heterogenitet mellan FOT-tillverkare med avseende på följande: i) frekvensvågformer, ii) algoritmer för feldetektering och iii) analyser mellan och intra andetag2,21,22,23,24. Många av de ovannämnda begränsningarna kan åtgärdas genom att följa ett standardiserat protokoll samt transparent rapportering av utdata- och registreringsparametrar.
Lungfunktionstester inkluderar traditionellt mätningar av lungvolymer och kapacitet, och effektiviteten av gasutbyte, vilket kräver betydande instruktioner, samarbete och ansträngning från både examinatorer och undersökningar. Dessutom inandas ofta en blandning av gaser i olika koncentrationer under manövrar, vilket vissa kan överväga invasiva tekniker. Dessa kontraster mot FOT, där mekaniska egenskaper hos lungorna som Rrs, elastance och inertance undersöks med mindre invasiva oscillatoriska frekvenser. Således kan FOT fungera som ett användbart tillägg till en omfattande lungfunktionsbedömning. FOT kan till exempel ge unik klinisk insikt i scenarier där symtomen inte står i proportion till traditionella lungfunktionstester, t.ex. de med yrkesmässig exponering och/eller oförklarlig dyspné9,11. Dessutom kan FOT också vara viktigt för screening av personer med högre risk för framtida lungsjukdomar som asymtomatiska rökare25 och de med miljöexponering26. Slutligen har nyare data identifierat att FOT också kan vara unikt användbart för daglig övervakning av vissa sjukdomstillstånd såsom motion-inducerad bronkokonstriktion27 och reumatoid artrit-relaterade lungsymtom28. Denna artikel fokuserar på FOT:s tillämpning i den vuxna befolkningen, även om FOT:s kliniska och forskningsnytta har beskrivits väl även i pediatriska populationer29,30.
Framtida forskningsinriktningar bör ytterligare fokusera på tekniska och prestandaaspekter av FOT, såsom standardisering av datapresentation och rapportering, samt kännetecknande av tillhörande variabilitet och repeterbarhet. I kliniska miljöer kan FOT användas i stor utsträckning för bedömning av dyspné och tidig upptäckt av kroniska luftvägssjukdomar eller systemiska sjukdomsassocierade lungmanifestationer i alla åldersgrupper.
Disclosures
Alla författare förklarade inga ekonomiska konflikter.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes delvis av kontraktstilldelning #10010115CN2 från Electric Power Research Institute. Innehållet representerar inte åsikterna från U.S. Department of Veterans Affairs eller USA:s regering.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Dubois, A. B., Brody, A. W., Lewis, D. H., Burgess, B. F. Oscillation mechanics of lungs and chest in man. Journal of Applied Physiology. 8 (6), 587-594 (1956).
- Oostveen, E., et al. The forced oscillation technique in clinical practice: methodology, recommendations and future developments. European Respiratory Journal. 22 (6), 1026-1041 (2003).
- Goldman, M. D., Saadeh, C., Ross, D. Clinical applications of forced oscillation to assess peripheral airway function. Respiratory Physiology & Neurobiology. 148 (1-2), 179-194 (2005).
- King, G. G., et al. Technical standards for respiratory oscillometry. European Respiratory Journal. 55 (2), 1900753 (2020).
- Mead, J.
- Bickel, S., Popler, J., Lesnick, B., Eid, N. Impulse oscillometry: interpretation and practical applications. Chest. 146 (3), 841-847 (2014).
- Starczewska-Dymek, L., Bozek, A., Dymek, T. Application of the forced oscillation technique in diagnosing and monitoring asthma in preschool children. Advances in Respiratory Medicine. 87 (1), 26-35 (2019).
- Berger, K. I., et al. Oscillometry complements spirometry in evaluation of subjects following toxic inhalation. ERJ Open Research. 1 (2), 00043 (2015).
- Butzko, R. P., et al. Forced oscillation technique in veterans with preserved spirometry and chronic respiratory symptoms. Respiratory Physiology & Neurobiology. 260, 8-16 (2019).
- Jetmalani, K., et al. Peripheral airway dysfunction and relationship with symptoms in smokers with preserved spirometry. Respirology. 23 (5), 512-518 (2018).
- Oppenheimer, B. W., et al. Distal airway function in symptomatic subjects with normal spirometry following world trade center dust exposure. Chest. 132 (4), 1275-1282 (2007).
- Zaidan, M. F., Reddy, A. P., Duarte, A. Impedance oscillometry: emerging role in the management of chronic respiratory disease. Current Allergy and Asthma Reports. 18 (1), 3 (2018).
- Broeders, M. E., Molema, J., Hop, W. C., Folgering, H. T. Bronchial challenge, assessed with forced expiratory manoeuvres and airway impedance. Respiratory Medicine. 99 (8), 1046-1052 (2005).
- Oostveen, E., et al. Respiratory impedance in healthy subjects: baseline values and bronchodilator response. European Respiratory Journal. 42 (6), 1513-1523 (2013).
- Graham, B. L., et al. Standardization of spirometry 2019 update. An official American thoracic society and European respiratory society technical statement. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 200 (8), 70-88 (2019).
- Pellegrino, R., et al. Interpretative strategies for lung function tests. European Respiratory Journal. 26 (5), 948-968 (2005).
- Wanger, J., Crapo, R. O., Irvin, C. G. Pulmonary function laboratory management and procedure manual: A project of the American Thoracic Society. 3rd edn. , American Thoracic Society. (1998).
- Harkness, L. M., et al. Within-session variability as quality control for oscillometry in health and disease. ERJ Open Research. 7 (4), 00074 (2021).
- Robinson, P. D., et al. Procedures to improve the repeatability of forced oscillation measurements in school-aged children. Respiratory Physiology & Neurobiology. 177 (2), 199-206 (2011).
- Pham, T. T., Thamrin, C., Robinson, P. D., McEwan, A. L., Leong, P. H. W. Respiratory artefact removal in forced oscillation measurements: A machine learning approach. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 64 (8), 1679-1687 (2017).
- Mori, K., et al. Colored 3-dimensional analyses of respiratory resistance and reactance in COPD and asthma. COPD. 8 (6), 456-463 (2011).
- Tanimura, K., et al. Comparison of two devices for respiratory impedance measurement using a forced oscillation technique: basic study using phantom models. The Journal of Physiological Sciences. 64 (5), 377-382 (2014).
- Alblooshi, A., Alkalbani, A., Albadi, G., Narchi, H., Hall, G. Is forced oscillation technique the next respiratory function test of choice in childhood asthma. World Journal of Methodology. 7 (4), 129-138 (2017).
- Calverley, P. M. A., Farre, R. Putting noninvasive lung mechanics into context. European Respiratory Journal. 42 (6), 1435-1437 (2013).
- Bhattarai, P., et al. Clinical application of Forced Oscillation Technique (FOT) in early detection of airway changes in smokers. Journal of Clinical Medicine. 9 (9), 2778 (2020).
- Berger, K. I., et al. Oscillometry complements spirometry in evaluation of subjects following toxic inhalation. ERJ Open Research. 1 (2), 00043 (2015).
- Seccombe, L. M., Peters, M. J., Buddle, L., Farah, C. S. Exercise-induced bronchoconstriction identified using the forced oscillation technique. Frontiers in Physiology. 10, 1411 (2019).
- Sokai, R., et al. Respiratory mechanics measured by forced oscillation technique in rheumatoid arthritis-related pulmonary abnormalities: frequency-dependence, heterogeneity and effects of smoking. SpringerPlus. 5 (1), 1-12 (2016).
- Starczewska-Dymek, L., Bozek, A., Jakalski, M. The usefulness of the forced oscillation technique in the diagnosis of bronchial asthma in children. Canadian Respiratory Journal. 2018, 7519592 (2018).
- Lauhkonen, E., Kaltsakas, G., Sivagnanasithiyar, S., Iles, R. Comparison of forced oscillation technique and spirometry in paediatric asthma. ERJ Open Research. 7 (1), 00202 (2021).
