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采用强制振荡技术评估成人呼吸力学

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DOI：

10.3791/63165

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2022年2月9日

 ,  ,  ,  ,  , 
1Airborne Hazards and Burn Pits Center of Excellence, War Related Illness and Injury Study Center, VA NJ Health Care System, 2Rutgers New Jersey Medical School, Rutgers Biomedical and Health Sciences, 3Vassar College

本文内容

摘要

随着强迫振荡技术（FOT）在呼吸系统力学表征中的应用日益广泛，有必要依据新兴的技术指南和不同制造商的建议，对相关方法进行标准化。本文提供了一个详细的操作方案，包含两种情况下的FOT评估与解读，以促进方法的标准化。

摘要

近年来，人们对使用强迫振荡技术（FOT）或称振荡测定法来表征健康个体及疾病个体呼吸力学的兴趣日益增加。FOT 作为传统肺功能检测的补充方法，通过在潮气呼吸上叠加一系列振荡频率，测量气道压力与气流之间的函数关系。这种被动评估可提供呼吸系统阻力（Rrs）和电抗（Xrs）的估计值，分别反映气道口径以及能量的储存与耗散。尽管该技术的受欢迎程度近期有所上升，并且已有更新的技术标准发布，但其在临床中的应用进展仍然缓慢，部分原因在于 FOT 数据采集与报告方面缺乏标准化。本文旨在通过提供一份全面的 FOT 书面操作规程及配套视频，解决不同实验室之间缺乏标准化的问题。为了说明该规程可适用于不同设备，在实例和视频演示中使用了三种不同的 FOT 设备。本工作的目标是实现 FOT 使用与解读的标准化，提供实用建议，并突出未来需要进一步研究的问题。

引言

强迫振荡技术（FOT）或称振荡测定法，最早于60多年前被提出1 ，可通过在潮式呼吸期间施加外部压力振荡来测量呼吸系统力学参数。简而言之，通过换能器在一定频率范围内测量口部的压力和气流。随后采用频谱分析方法，确定各频率下压力与气流之间的阻抗（Zrs）以及其振幅和相位差2,3。Zrs代表阻碍压力振荡的所有作用力的总和，通常由阻力（Rrs）和电抗（Xrs）两个组分来表征。Rrs反映呼吸系统的耗散性力学特性（能量耗散），而Xrs则反映呼吸系统的动态弹性与惯性（能量储存）。在多个振荡频率下进行Zrs评估，还可进一步用于评估气流分布的均匀性。有关FOT信号处理、生理学原理及其应用的综述，请参阅欧洲呼吸学会（ERS）工作组声明2,4。

强迫振荡技术（FOT）并非肺量测定法的替代方法，而是一种对肺功能的补充性评估手段。然而，与肺量测定相比，FOT可能具有多项优势，包括可在平静呼吸（无需主动配合）期间进行测量，并具备评估肺量测定无法实现的远端或小气道功能的潜力5。因此，FOT在儿科领域6,7以及对肺量测定结果正常或保留但仍有症状的患者评估中得到了广泛应用8,9,10,11。此外，在支气管激发试验中，FOT已显示出良好的临床应用价值，其检测结果与症状的关联性较肺量测定更强12。而且，FOT在诱发呼吸功能可测变化时，所需支气管激发剂的剂量更低13。

鉴于这些研究发现，近年来临床实践和科研领域对强迫振荡技术（FOT）的兴趣显著增加。事实上，根据2021年7月在Scopus数据库中以“forced oscillation technique”或“impulse oscillometry”为关键词进行的检索，关于FOT的年均发表论文数量从2000年至2010年的每年35篇增加到2010年至2020年的每年94篇。尽管关注度迅速上升，但FOT数据的采集与报告标准化直到最近才受到更多重视，这体现在新发布的欧洲呼吸学会（ERS）呼吸振荡技术操作标准4中。目前，市面上已有多种FOT系统，它们在压力信号类型（如伪随机信号、脉冲序列）、记录时段、频率范围和分辨率等方面各不相同14。尽管存在这些差异，技术人员在FOT数据的采集与报告过程中仍可遵循一种通用的方法，这正是本文的重点。本文提供了一套与ERS技术标准一致的标准化操作流程4，并通过本实验室获取的临床与科研数据实例加以说明。具体而言，本文重点阐述FOT在成人呼吸困难临床评估中的应用与解读。

方案

本方案已获得罗格斯大学机构审查委员会批准。所有参与本研究的志愿者均在进行各项检测前签署了书面知情同意书。

1. 测试前准备

  1. 评估受试者是否对咬嘴或鼻夹材料存在过敏或敏感情况，是否存在影响咬嘴密封性的口腔或面部疼痛，是否具备遵从指令的能力，以及是否已知对将要使用的支气管扩张剂敏感。
  2. 确保受试者穿着舒适，并在测试前避免运动或进食大量餐食。关于测试前摄入咖啡因、烟草制品或使用吸入器的情况，请参照当地实验室的相关规定。
  3. 在需要进行多次肺功能测试且涉及深呼吸操作的情况下，应优先进行强迫振荡技术（FOT）测试。
  4. 在安静且舒适的环境中进行测试。在受试者到达前，准备好所需的器材和材料。
    1. 提供无轮可调节座椅，确保受试者双脚平放于地面。
    2. 为受试者提供一次性抗菌过滤器和鼻夹，用于测试过程中使用。
    3. 测试时应遵守当地实验室关于穿戴个人防护装备的操作规程。

2. 使用阻抗测试负载进行验证

  1. 在对受试者进行测试前，先找到测试负载装置。
    注意：静态测试负载是制造商提供的具有已知阻抗（最好包含电阻性、弹性及惯性成分）的装置，且针对每种设备特制。应使用阻抗约为 15 hPa·s·L-1 的测试负载，该值应高于成年人预期的 Zrs 值。
  2. 确保测试负载已由厂家校准（如适用）。
    注意： 某些测试负载需每年送回厂家重新校准，请遵循设备说明书中的相关流程。
    1. 若用于验证的测试负载意外跌落或外观出现损坏，请查阅说明书或联系制造商。
  3. 在软件中打开校准或验证菜单。
  4. 将测试负载装置牢固插入强迫振荡技术（FOT）设备，并按照制造商的建议完成验证程序。
  5. 查看并保存验证结果。
    注意：成功的验证意味着测量值在 ≤+10% 或 ±0.1 hPa·s·L-1 的容差范围内与测试负载的标称值一致。若验证失败或出现错误，应确认测试负载已正确安装至 FOT 设备，且气流通道无阻塞。请参考说明书获取故障排查建议。
  6. 每日或在每次测试前立即使用测试负载对设备进行验证。

3. 测试步骤

  1. 为个人提供标准化的指导与示范。
    1. 告知受试者单次采集的大致持续时间以及将进行的重复次数（参见步骤 3.2）。
    2. 告知受试者他们将从振荡中感受到的 sensations，例如胸部和口腔内的扑动感或振动感。
    3. 告知个体，设备将在短暂观察后开始振荡，以调节呼吸。
    4. 指导受试者在测试期间避免吞咽。
    5. 指导受试者在测试期间保持坐姿端正，双脚平放在地面上，下巴向上抬起。
    6. 指导受试者用嘴唇和牙齿在咬口上形成密封 通过 演示
    7. 指导受试者保持舌头放松。
    8. 指导受试者将手掌张开，用力贴住脸颊，手指尖靠近太阳穴位置，拇指沿下颌线放置。指导受试者保持肘部略微外展，处于舒适位置，以确保胸廓充分扩张。
    9. 指导受试者在咬嘴上保持正常的平静呼吸，直至技术人员要求其停止。
  2. 执行测量实验
    1. 遵循肺量计检查所述的卫生与感染控制标准15.
    2. 将抗菌滤膜连接至设备。
      注意：使用符合美国胸科学会/欧洲呼吸学会（ATS/ERS）指南规定的阻力标准的滤芯 <1.5 hPa·s·L-1 流速小于14 L/s，由制造商验证。
    3. 按照步骤3.1所述提供指导，并确保受试者正确就位，鼻夹已佩戴妥当，且嘴唇紧闭包住仪器的口嘴部分。
    4. 在受试者完成数个稳定、被动且舒适的潮式呼吸周期后，确保设备自动开始采集数据。或者，技术人员也可通过软件手动触发数据采集。
    5. 指导受试者在单次采集过程中获得至少三次无伪影的呼吸后，移开嘴部接口。
      注意：为获得三次无伪影的呼吸，建议最少记录时长为30秒。某些FOT设备的设置会在达到预设的记录时长和/或达到特定呼吸次数时自动停止（有关伪影识别的详细信息，请参见第4节）。
    6. 根据需要调整重复测量之间的休息间隔（约60-90秒），以避免任何身体不适。
  3. 可选地，评估支气管扩张剂反应。
    1. 根据气雾剂药物的标准实验室操作规程（如定量吸入器、雾化器）向个体给予沙丁胺醇，并等待15分钟16.
      注意: 若使用配有储雾罐的定量吸入器，应给予四次独立的剂量 100 µg.
    2. 重复之前相同的步骤（参见步骤 3.2）以获得支气管扩张剂使用后的重复测量数据。

4. 确定可接受的测量值

  1. 通过目视检查识别伪影。为此，在数据采集过程中实时监测呼吸深度（潮气量；Vt）和呼吸频率（呼吸频率；fR），以确保各次重复之间的呼吸模式稳定且安静。
    注意： 对于每次重复，软件内将显示平均 Vt、fR 或其乘积（每分钟通气量，V̇E）。必要时，可通过比较各次重复间的该数值，对呼吸深度和频率提供个体化反馈。
  2. 手动检查每次重复的数据，排除咳嗽、吞咽、泄漏或其他可在实时观察到的气流和压力信号中的干扰所导致的伪影。
  3. 舍弃包含负阻力的任何重复数据。
  4. 审查软件自动检测的伪影。
    注意：制造商采用软件算法来检测伪影，并排除整个或部分呼吸周期（即吸气和呼气）。应熟悉所使用的算法，并在总结测量会话数据时予以说明。这些算法通常包括识别超出正常生理范围的 Rrs、Xrs 和呼吸模式，以及逐次呼吸比较中的异常值。
  5. 评估变异性
    1. 至少获取三次可接受的重复数据（即包含 ≥3 次无伪影呼吸的数据）。计算最低频率下总呼吸系统阻力（Rrs）的单次会话内变异系数（CoV）（例如，5 Hz 时的 Rrs）。
      注意：CoV 使用以下公式计算：
      变异系数公式，CoV计算方法，统计学，数据变异性
    2. 由于成人单次会话内可接受的 CoV 应 ≤10%，若 CoV >10%，则需获取更多重复数据；若 CoV ≤10%，则继续进行第 5 步。
      注意：对于患有气道疾病的个体，达到 CoV ≤10% 可能较为困难。

5. 数据报告

  1. 报告 FOT 结果时应包含以下细节。
    1. 包括设备名称、型号、软件版本和制造商。
    2. 包括输入刺激频率波形（例如伪随机噪声、多频信号）及相应的频率范围。
    3. 包括用于确定可接受重复测量的主观和自动质量控制程序的详细信息，以及纳入的无伪迹重复测量次数。
    4. 包括测量的重复性或精确度（变异系数，CoV）及其临界值。
  2. 报告无伪迹且 FOT 参数变异系数（CoV）≤10% 的重复测量的平均值。
    1. 遵循实验室关于应报告哪些 FOT 参数的标准。
      注：尽管目前对于应包含哪些 FOT 变量尚无共识，但 ERS 技术标准提供了一个可能报告参数的示例，如下文病例结果所示的表 1。
  3. 若条件允许，应使用相同 FOT 设备在所研究人群中获得的参考方程。
    注：许多参考方程需要准确记录年龄、性别、身高和体重14。
  4. 如进行了支气管扩张剂使用前后的 FOT 检测，可选择性地同时报告绝对差异和相对差异，并应包括沙丁胺醇的剂量。

6. 质量控制与维护

  1. 采用包含生物对照（即 ≥2 名健康的非吸烟个体）的质量控制程序，并定期进行常规检测。
    1. 通过对每名生物对照在不同日期（在两周内完成）获取 10–20 次无干扰的重复测量值，建立基线（均值 ± 标准差）。
    2. 选择低频（5 Hz）和中频（20 Hz）下的阻力和电抗参数用于质量控制。在后续的常规定期检测中，将结果与基线测量值进行比较。
      注意：有关如何评估和实施质量保证标准的更多细节，请参阅肺功能实验室的推荐指南17。生物对照检测的频率（例如每周、每月）应根据实验室的检测工作量来确定。
  2. 遵循制造商关于定期维护的建议，包括清洁、更换空气过滤器、软件更新和工厂校准。

结果

首先，以一名健康成年人为例，展示数据采集的实际操作过程，以及技术人员如何选择单项测量指标进行报告（病例示例1）。其次，提供一个临床病例，该患者因不明原因的呼吸困难接受检查，分别在使用支气管扩张剂前后进行强迫振荡技术（FOT）检测，并重点说明结果解读（病例示例2）。需要注意的是，这两个病例示例中特意采用了来自两家不同制造商的FOT设备，以体现该技术应用的通用性。更多细节见下文 材料表.

病例示例1
对一名健康的25岁西班牙裔女性（身高：164 cm，体重：84.9 kg）进行了强迫振荡技术（FOT）检测。该受试者从未吸烟，否认存在呼吸系统症状，且无肺部疾病或其他重大既往病史。检测前她已避免摄入咖啡因（≥8小时）和剧烈运动（≥24小时）。近期的肺量计检查结果正常，无阻塞或限制性通气功能障碍的迹象：FEV1/FVC：0.88，FEV1：3.30 L（预计值的98%），FVC：3.70 L（预计值的97%）。

在解释并演示测试步骤后，共获取了三次 FOT 测量值，每次记录之间间隔约 1-2 分钟。通过视觉检查及软件自带的质量控制算法，未发现任何伪影。随后检查了前三次测量在 5 Hz 时的 Rrs 值，以确认单次测量内的变异系数（个体内测量值：3.06、3.79、3.46 hPa·s·L-1；平均值：3.44 hPa·s·L-1，标准差：0.36 hPa·s·L-1，变异系数 CoV = 标准差 / 平均值 = 0.36 / 3.44 = 0.105 × 100 = 10.5%）。

由于前三次测量的变异系数（CoV） >10%时，需要进行额外测量。进行了第四次测量（5 Hz时的Rrs = 3.40 hPa·s·L）-1）并使用所有测量值（单次测量值：3.06、3.79、3.46、3.40 hPa·s·L）重新计算单次会话内的变异系数（CoV）-1；平均：3.43 hPa·s·L-1；标准差：0.30 hPa·s·L-1；变异系数（CoV）= 标准差 / 平均值 = 0.30 / 3.43 = 0.087 × 100 = 8.7%

由于符合会话内变异系数（CoV）标准，FOT 指标平均值计算为各测量值的均值。这些测量结果如图 1所示，并在表 1中报告。此外，为便于与预期值进行比较，表 2列出了所有 FOT 指标（在有预测值的情况下）的预测值、正常值下限（LLN）、正常值上限（ULN）、预测百分比（% of predicted）以及 Z 分数，所用标准参考方程考虑了年龄、性别和体重14。

病例示例2
一名48岁白人男性（身高：185 cm，体重：89 kg）因慢性咳嗽和劳力性呼吸困难但无明显病因（例如药物、呼吸系统或心血管疾病，或精神健康共病）被转诊至我中心。该患者终身从未吸烟，但曾于伊拉克为期7个月的军事部署期间接触过蒸气、气体、粉尘和烟雾。患者接受了完整的肺功能检测（即体描法、支气管扩张剂吸入前后肺量计检查以及一氧化碳肺弥散能力测定），所有结果均在正常范围内。在吸入支气管扩张剂前及吸入后15分钟进行强迫振荡技术（FOT）检测（通过带储雾罐的定量吸入器给予4喷、每喷100 µg沙丁胺醇，via 吸入给药）（图2）。个体试验数据及平均值见表3，分别列出了使用支气管扩张剂前后的结果；由于每次试验均符合技术可接受标准，因此在表4中报告了支气管扩张剂使用前后的测量值及其绝对差值和相对差值。此外，还采用考虑年龄、性别和体重的标准参考方程，计算并报告了预测值、预测百分比（% of predicted）、正常值下限（LLN）和正常值上限（ULN）14。

我们界定了所报告的变量 Table 3 和 Table 4 为简化说明两个概念：1）判断异常与正常反应，以及2）支气管扩张剂可逆性。对于呼吸系统阻力（Rrs）测量，超过正常值上限（ULN）的数值（即阻力升高）被视为异常。此处，支气管扩张剂前在4 Hz时的Rrs（3.32 hPa·s·L⁻¹）-1) 超过 ULN（2.59 hPa·s·L-1）且为预测值的155%（[3.32 / 2.14] × 100 = 155.14）。给予支气管扩张剂后，4 Hz时的Rrs降低了45.78%，超过95th Oostveen 等人报告的百分位数14 （即在4 Hz时Rrs降低32%）。该反应提示气道阻力呈阳性支气管舒张反应。此外，支气管舒张后的实测值已趋于正常化（即达到通常认为的正常范围），为预测值的84.1%（[1.80 / 2.14] × 100 = 84.11）。

在4 Hz时，Xrs的观测值为负值，其解释方式有所不同。因此，异常值是指超出LLN的值（即反应性更负）。该个体的支气管扩张前Xrs为(-0.98 hPa·s·L⁻¹)-1) 和支气管扩张后（-0.83 hPa·s·L-1）高于LLN（-1.11 hPa·s·L）的值-1）。支气管扩张剂使用前与使用后的差异约为15%，低于95th Oostveen 等人报告的百分位数14 （即在4 Hz时Xrs增加33.8%）。因此，所有Xrs值均视为正常。

电抗面积（或 AX）是低频电抗的积分面积，因此为正值。异常的 AX 值超过正常值上限（ULN），反映更负的电抗。与 4 Hz 时的 Xrs 类似，支气管扩张前 AX（2.77 hPa·s·L-1) 和支气管扩张后 AX（1.23 hPa·s·L-1）均低于正常值下限。尽管从支气管扩张前到扩张后的数值降低了-55%，但该降幅低于95th Oostveen 等人报告的百分位数14 （即在4 Hz时AX为-56.0%）。综上所述，AX也被视为正常。

呼吸阻抗图，Zrs 与频率的关系。显示 Rrs（蓝色）和 Xrs（红色）曲线分析。
图 1：健康成人呼吸阻力（Rrs）和呼吸电抗（Xrs）随振荡频率（Hz）的变化。 每个测量频率下的 Rrs（蓝色圆圈）和 Xrs（红色方块）均显示所有重复实验的均值 ± 标准差。每个数据点代表总呼吸或全呼吸周期的测量值。数据通过使用伪随机相对质数信号类型（频率范围为 5–37 Hz）的设备采集。有关该设备的更多细节，请参见材料表。请点击此处查看该图的放大版本。

呼吸阻抗的频率响应图；Zrs（hPa·s·L⁻¹）与频率（Hz）数据分析。
图2：支气管扩张剂使用前后的评估。 使用支气管扩张剂前（空心圆）和使用后（空心三角）的呼吸阻力（Rrs；蓝色）和呼吸电抗（Xrs；红色）。虚线红线分别表示Rrs和Xrs的正常值上下限14。数据通过使用4–48 Hz范围内伪随机信号类型的设备采集。有关该设备的更多细节，请参见材料表。请点击此处查看该图的放大版本。

变量T1T2T3T4平均值标准差
Rrs53.063.793.463.403.430.30
Rrs5 (insp)3.303.453.343.643.430.15
Rrs112.774.023.082.893.190.57
Rrs192.923.713.303.133.270.33
Rrs5-190.140.080.150.260.160.08
Xrs5-0.90-0.76-0.69-0.90-0.810.11
Xrs5 (insp)-1.44-0.91-0.86-1.08-1.070.26
Xrs5 (exp)-0.63-0.46-0.55-0.77-0.600.13
Delta Xrs5-0.81-0.45-0.31-0.31-0.470.24
Xrs11-0.04-0.090.00-0.09-0.060.04
Xrs190.920.861.120.940.960.11
AX2.832.572.052.982.610.41
Fres11.2711.6210.9911.5711.360.29
Vt0.900.980.950.610.860.17

表1：选定FOT参数的标准报告：试验汇总。 本表展示了各次试验（T1-T4）中的所有测量重复值及其汇总统计量（平均值和标准差（SD））。所有试验的平均值用于代表测试会话。变量列中列出了常用参数。在5、11和19 Hz频率下，提供整个呼吸周期的呼吸系统阻力（Rrs）和呼吸系统电抗（Xrs），以及在5 Hz时吸气相的阻力和电抗（Rrs5(insp) 和 Xrs5(insp)）。其他报告参数包括5 Hz时的电抗面积（AX）、共振频率（Fres）和潮气量（Vt）。

变量预测值下限正常值（LLN）上限正常值（ULN）基线平均值预测值百分比Z 值
Rrs53.76-4.113.4391%-0.34
Rrs5 (insp)---3.43--
Rrs112.74-3.183.19116%-0.33
Rrs193.52-3.923.2793%-0.3
Rrs5-190.14--0.16118%0.05
Xrs5-1.37-1.50--0.8159%1.32
Xrs5 (insp)----1.07--
Xrs5 (exp)----0.60--
Delta Xrs5----0.47--
Xrs11-0.14-0.26--0.0536%0.22
Xrs19---0.96--
AX4.085.112.6164%-0.64
Fres12.73-13.1411.3689%-

表2：选定FOT参数的标准报告：参考值与预测值。 目前尚无关于基本报告中应包含哪些FOT参数的共识；然而，欧洲呼吸学会（ERS）技术标准提供了一个可能报告参数的示例4，这些参数已列入下表。该表展示了测试过程中报告的平均测量值，以及当前可用的相应参考值。变量列中列出了常用参数。呼吸总阻抗的阻力（Rrs）和电抗（Xrs）分别在5、11和19 Hz频率下对整个呼吸周期进行报告，同时在5 Hz吸气相也提供相应数值（Rrs5(insp) 和 Xrs5(insp)）。其他报告参数还包括5 Hz时的电抗面积（AX）和共振频率（Fres）。对于具有可用参考值的参数14，还计算了预测值、预测百分比（% predicted）、正常值下限与上限（LLN，ULN）以及Z评分。

用药前支气管扩张用药后支气管扩张
变量T1T2T3平均值标准差T1T2T3平均值标准差
Rrs3.343.213.423.320.111.811.891.691.800.10
Xrs-1.25-0.72-0.98-0.980.26-0.42-1.32-0.74-0.830.45
AX2.502.022.792.440.390.731.951.011.230.64

表3：低频呼吸系统阻力（Rrs）、电抗（Xrs）和电抗面积（AX）的解读：试验汇总。 本表展示了所有试验中各次测量的重复数据（支气管扩张剂使用前后）及其汇总统计结果（均值和标准差（SD））。所有试验的平均值用于表示测试阶段的基础值（支气管扩张剂使用前）和支气管扩张剂使用后的平均值。

变量预测值下限正常值 (LLN)上限正常值 (ULN)基线平均值预测值百分比支气管扩张剂后平均值预测值百分比绝对变化值变化百分比
Rrs2.14NA2.593.32155%1.8084%1.52-45.78%
Xrs-0.97-1.11NA-0.98101%-0.8386%-0.1515.31%
AX2.15NA3.082.44113%1.2357%1.21-49.59%

表4：低频阻力（Rrs）、电抗（Xrs）和电抗面积（AX）的解读：参考值与预测值。报告了低频（4 Hz）Rrs、Xrs 和 AX 及其相应的预测值、预测百分比（% of predicted）以及正常范围的下限（LLN）和上限（ULN）14。同时列出使用支气管扩张剂前（基线平均值）和使用后（用药后平均值）的测量结果，以及相应的绝对变化值和相对变化百分比（% Change）。

讨论

最近发布的ERS关于FOT的技术标准4 强调 了测量过程中需要更高的严谨性和标准化程度。在测试前、测试中和测试后严格遵循若干关键步骤十分必要。建议在进行需要深呼吸、对受试者配合度要求更高的检查（如体描法和弥散功能检测）之前，先完成FOT检查。每日或每次测试前，必须使用已知阻抗对测试负载进行终端用户验证。由经过培训的人员提供清晰、一致且准确的指导，有助于最大限度地减少数据采集过程中的外部变异因素。各研究或临床实验室应制定自身操作规程，落实ERS技术指南中推荐的最低限度指导技术。在每次操作过程中，终端用户必须能够观察、识别并纠正可能出现的潜在错误，例如口部漏气、声门闭合、咳嗽以及呼吸模式不稳定等。尽管某些错误在实时过程中可能难以判断，终端用户不应完全依赖所用设备的自动检测功能。应仔细审查设备制造商设定的可接受标准，额外标准应符合ERS的声明。尽管每台设备生成的报告各不相同，FOT参数的标准化报告是可行的，并有助于不同实验室和研究之间的数据比较。最后，在科研和临床环境中，必须实施严格的质控程序，包括定期检测健康生物对照样本。

严格遵守标准化操作流程将最大限度地减少检测结果的变异性。然而，要达到变异系数（CoV）≤10% 仍可能存在困难，对于患有气道疾病的个体，甚至可能无法实现。技术人员有责任努力将变异性降至最低；当无法获得 CoV ≤10% 时，可考虑采取多种策略。首先，应确保每次重复测量均在相似条件下进行，包括监测受试者的体位、手部位置以及对其他指令的依从性。技术人员可考虑重复初始指导说明，提供额外的视觉示范，并为受试者安排更长的休息间隔。根据经验，导致变异性过高的常见原因之一是在重复测量之间采用了不同的坐姿，受试者可能会调整自身位置以获得更舒适的姿势，或过度前倾以接触咬嘴。当使用由技术人员手持的便携式强迫振荡技术（FOT）设备时，这种情况尤为常见，因为此时咬嘴的位置并不固定。为解决这一问题，可购置柔性臂支架，这类支架通常用于固定相机等电子设备，可快速安装于桌面或实验台，并适应不同个体的定位需求。在确认重复测量之间的操作已达到适当且一致的水平后，技术人员应继续采集额外的重复数据。

与建议最多进行八次尝试以避免疲劳的肺量计检查不同，由于强迫振荡技术（FOT）具有无需受试者主动配合的特点，目前尚无推荐的重复测量次数上限。在实际操作中，一些研究者会采集多达八次的重复测量值18，而我们实验室则通常采用最多10次测量的类似经验法则。设定一个上限在实际操作中非常重要，可用于明确测试阶段的结束。这一点对于呼吸系统疾病患者尤为相关，因为变异系数（CoV）超过10%可能反映的是潜在的病理过程，而非努力程度不佳。Harkness 等人18 最近报告了他们在这些患者群体中的实践经验，并提出更宽松的阈值（CoV高达20%）仍可用于临床解读。各临床机构和科研实验室应综合考虑时间限制、受试者的耐受能力和疲劳程度，以及达到CoV阈值的可能性，做出合理权衡。一种可考虑的方法是引入评分系统。例如，当在最多10次尝试中获得至少三次无伪迹的重复测量值后，可根据CoV水平赋予相应的等级：即“A”级 ≤10%；“B”级 > 10% 且 ≤15%；“C”级 > 15% 且 ≤20%；“D”级 > 20%。其他可考虑的策略还包括调整软件和硬件的采集参数，以获得更完整的呼吸周期。例如，部分厂商提供了可延长记录时长和/或扩展记录时段的设置，从而获得超过欧洲呼吸学会（ERS）建议的至少三次完整呼吸的最低要求。在报告FOT结果时，必须披露所有采集参数，以便于与其他已发表文献进行解释和比较。FOT采集参数目前仍在持续研究中，未来可能会对FOT的操作和测量方法带来进一步优化和调整。

本文旨在介绍强迫振荡技术（FOT）的最新进展及其应用，并为成人测试提供标准化操作流程。然而，必须认识到FOT存在的一些相关局限性。首先，阻抗测量特别容易受到诸如胸外因素等伪迹的影响4。因此，本方案重点在于尽量减少此类干扰，例如在数据采集过程中确保使用适当的面颊支撑。此外，气流中断（如舌头覆盖咬嘴、吞咽、异常呼吸）会导致测量不准确，从而减少可用于呼吸系统阻抗（Zrs）计算的有效呼吸次数19。其次，尽管从患者角度来看FOT操作简便，但技术人员和临床医生识别这些伪迹并解读结果仍具挑战性20。例如，当前的FOT设备可产生大量数据以表征个体的呼吸力学特征；然而，参考值的缺乏以及关键变量方面尚未达成共识，这些因素限制了其在临床中的广泛应用。同样，虽然建议至少获取三次无伪迹的测试数据4，但如果进行了超过三次且均符合标准的测试，目前尚无共识来指导应选择哪些测试结果代表整个测试过程。因此，FOT在多种气道疾病中的临床应用价值仍在持续研究中。最后，从技术角度看，不同FOT设备制造商在以下方面存在差异：i）频率波形，ii）错误检测算法，以及iii）呼吸间和呼吸内分析方法2,21,22,23,24。上述许多局限性可通过遵循标准化操作流程以及对输出结果和记录参数进行透明化报告而得到改善。

传统的肺功能检查包括肺容积和肺容量的测定，以及气体交换效率的评估，这些检查需要检查者和受试者双方进行大量的指导、配合和努力。此外，在操作过程中通常需要吸入多种不同浓度的气体混合物，一些人可能认为这是一种侵入性技术。这与FOT形成对比，FOT利用较非侵入性的振荡频率来检测肺部的力学特性，例如呼吸系统阻力（Rrs）、弹性阻力和惯性阻力。因此，FOT可作为全面肺功能评估的一项有益补充。例如，在症状与传统肺功能检查结果不相称的情况下（如存在职业暴露和/或原因不明的呼吸困难），FOT可能提供独特的临床见解9,11。此外，FOT也可能对未来肺部疾病高风险人群的筛查具有重要意义，例如无症状吸烟者25 以及有环境暴露史的人群26。最后，最近的研究数据表明，FOT在某些疾病状态的日常监测中也可能具有独特价值，例如运动诱发的支气管收缩27 以及类风湿关节炎相关的肺部症状28。本文主要关注FOT在成人人群中的应用，尽管FOT在儿科人群中的临床和科研价值也已有充分报道29,30。

未来的研究方向应进一步关注强迫振荡技术（FOT）的技术和性能方面，例如数据呈现与报告的标准化，以及相关变异性和可重复性的表征。在临床环境中，FOT 可广泛用于评估呼吸困难，以及在所有年龄组中对慢性气道疾病或系统性疾病相关的肺部表现进行早期检测。

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所有作者均声明无经济利益冲突。

致谢

本工作部分由电力科学研究院的合同资助项目 #10010115CN2 支持。本内容不代表美国退伍军人事务部或美国政府的观点。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
Quark i2MCosmedn/ahttps://www.cosmed.com/en/products/pulmonary-function/quark-i2m
软件（版本）： PFTSuite (10.0e)
信号类型： 伪随机
频率（Hz）： 4, 6, 8, ..., 48
Resmon ProMGC Diagnosticsn/ahttps://mgcdiagnostics.com/products/resmon-pro-v3-forced-oscillation-technique
软件（版本）： Pro Full (v3)
信号类型： 伪随机，互质数
频率（Hz）： 5, 11, 19
Tremoflo C-100Thorasysn/ahttps://www.thorasys.com/
软件（版本）： tremfolo (1.0.43)
信号类型： 伪随机，互质数
频率（Hz）： 5, 11, 14, 17, 19, 23, 29, 31, 37

参考文献

  1. 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).
  2. Oostveen, E., et al. The forced oscillation technique in clinical practice: methodology, recommendations and future developments. European Respiratory Journal. 22 (6), 1026-1041 (2003).
  3. 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).
  4. King, G. G., et al. Technical standards for respiratory oscillometry. European Respiratory Journal. 55 (2), 1900753(2020).
  5. Mead, J. The lung's "quiet zone". New England Journal of Medicine. 282 (23), 1318-1319 (1970).
  6. Bickel, S., Popler, J., Lesnick, B., Eid, N. Impulse oscillometry: interpretation and practical applications. Chest. 146 (3), 841-847 (2014).
  7. 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).
  8. Berger, K. I., et al. Oscillometry complements spirometry in evaluation of subjects following toxic inhalation. ERJ Open Research. 1 (2), 00043(2015).
  9. Butzko, R. P., et al. Forced oscillation technique in veterans with preserved spirometry and chronic respiratory symptoms. Respiratory Physiology & Neurobiology. 260, 8-16 (2019).
  10. Jetmalani, K., et al. Peripheral airway dysfunction and relationship with symptoms in smokers with preserved spirometry. Respirology. 23 (5), 512-518 (2018).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Oostveen, E., et al. Respiratory impedance in healthy subjects: baseline values and bronchodilator response. European Respiratory Journal. 42 (6), 1513-1523 (2013).
  15. 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).
  16. Pellegrino, R., et al. Interpretative strategies for lung function tests. European Respiratory Journal. 26 (5), 948-968 (2005).
  17. 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).
  18. Harkness, L. M., et al. Within-session variability as quality control for oscillometry in health and disease. ERJ Open Research. 7 (4), 00074(2021).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Mori, K., et al. Colored 3-dimensional analyses of respiratory resistance and reactance in COPD and asthma. COPD. 8 (6), 456-463 (2011).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Calverley, P. M. A., Farre, R. Putting noninvasive lung mechanics into context. European Respiratory Journal. 42 (6), 1435-1437 (2013).
  25. 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).
  26. Berger, K. I., et al. Oscillometry complements spirometry in evaluation of subjects following toxic inhalation. ERJ Open Research. 1 (2), 00043(2015).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).

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采用强制振荡技术评估成人呼吸力学
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