Summary
Da brugen af tvungen svingningsteknik (FOT) i stigende grad bruges til at karakterisere åndedrætsmekanik, er der behov for at standardisere metoder med hensyn til spirende tekniske retningslinjer og forskellige producentens anbefalinger. Der findes en detaljeret protokol, herunder FOT-vurdering og fortolkning i to tilfælde for at lette standardiseringen af metoder.
Abstract
Der er stigende interesse for brugen af tvungen svingningsteknik (FOT) eller oscillometri til at karakterisere åndedrætsmekanik hos raske og syge individer. FOT, en komplementær metode til traditionel lungefunktionstest, anvender en række oscillerende frekvenser overlejret på tidevandsåndedræt for at måle det funktionelle forhold mellem luftvejstryk og flow. Denne passive vurdering giver et skøn over åndedrætssystemets modstand (Rrs) og reaktans (Xrs), der afspejler henholdsvis luftvejskaliber og energilagring og -spredning. På trods af den seneste stigning i popularitet og opdaterede tekniske standarder har den kliniske vedtagelse været langsom, hvilket til dels vedrører manglen på standardisering med hensyn til erhvervelse og rapportering af FOT-data. Målet med denne artikel er at løse manglen på standardisering på tværs af laboratorier ved at levere en omfattende skriftlig protokol til FOT og en ledsagende video. For at illustrere, at denne protokol kan bruges uanset en bestemt enhed, er der anvendt tre separate FOT-enheder i caseeksemplerne og videodemonstrationen. Denne indsats har til formål at standardisere brugen og fortolkningen af FOT, give praktiske forslag samt fremhæve fremtidige spørgsmål, der skal løses.
Introduction
Den tvungne svingningsteknik (FOT) eller oscillometri blev først introduceret for over 60 år siden1 og giver mulighed for måling af åndedrætsmekanik via eksternt påførte tryksvingninger overlejret under tidevandsåndedræt. Kort fortalt måles tryk og luftstrøm ved munden af transducere over en række frekvenser. Spektralanalyse anvendes derefter til at bestemme impedans (Zr'er) eller amplitude- og faseforskellene mellem tryk og luftstrøm ved hver frekvens2,3. Zrs repræsenterer summen af kræfter, der modsætter sig tryksvingninger og er typisk kendetegnet ved komponenter af modstand (Rrs) og reaktans (Xrs). Rrs afspejler åndedrætssystemets dissipative mekaniske egenskaber (energiafledning), mens Xrs afspejler dynamisk elastans og inerti i åndedrætssystemet (energilagring). Zrs vurdering ved flere svingningsfrekvenser gør det yderligere muligt at vurdere ensartetheden af luftstrømsfordelingen. For en gennemgang af FOT-signalbehandling, fysiologiske principper og anvendelser: Se erklæringerne fra Det Europæiske Respiratoriske Selskabs (ERS) task force2,4.
FOT er ikke en erstatning for spirometri, snarere en supplerende vurdering af lungefunktionen. Det kan dog give flere fordele i forhold til spirometrisk testning, herunder målinger udført under tidevandsåndedræt (indsatsuafhængig) og potentiale til vurdering af de distale eller små luftveje, der ikke er mulige med spirometri5. Som følge heraf har FOT opnået betydelig popularitet i det pædiatriske miljø6,7 samt til evaluering af den symptomatiske patient med normal eller konserveret spirometri8,9,10,11. FOT har også vist klinisk nytteværdi under bronkoprovokationstest, hvorved symptomerne er stærkere forbundet med FOT end spirometri12. Desuden kræver FOT lavere doser af bronkoprovokative midler for at fremkalde målbare forskelle i åndedrætsfunktionen13.
I lyset af disse resultater er interessen for FOT for klinisk praksis og forskning steget kraftigt de seneste år. Ifølge en Scopus-søgning foretaget i juli 2021 for udtrykkene 'tvungen svingningsteknik' eller 'impulsocillometri' steg det gennemsnitlige antal publikationer om FOT faktisk fra 35 om året (2000-2010) til 94 om året (2010-2020). På trods af denne stigning i interessen har standardisering i forbindelse med erhvervelse og rapportering af FOT-data først for nylig fået større opmærksomhed med de nylige ERS Technical Standards for Respiratory Oscillometry4. På nuværende tidspunkt er flere FOT-systemer kommercielt tilgængelige, der varierer efter tryksignaltype (f.eks. pseudotilfældig, impulseringstog), optagelsesepoke, frekvensområde og opløsning14. På trods af disse forskelle kan erhvervelse og rapportering af FOT-data som udført af teknikeren følge en universel tilgang, som er fokus for det nuværende manuskript. Heri leveres en standardiseret protokol, der er i overensstemmelse med ERS' tekniske standarder4. Denne protokol er illustreret gennem praktiske eksempler med forskning og kliniske data erhvervet i vores laboratorium. Konkret er der fokus på anvendelse og fortolkning af FOT i den kliniske evaluering af voksendyspnø.
Protocol
Følgende protokol blev godkendt af Rutgers University Institutional Review Board. Alle frivillige, der deltog i denne undersøgelse, gav skriftligt informeret samtykke forud for alle test.
1. Forberedelse før testen
- Vurder individet for allergier eller følsomhed over for mundstykke eller næseklemmematerialer, for orale eller ansigtssmerter, der forhindrer korrekt forsegling på mundstykket, for en evne til at følge anvisninger og for kendt følsomhed over for det bronkodilaterende middel, der vil blive brugt.
- Sørg for, at den enkelte klæder sig behageligt og afholder sig fra at udøve eller indtage et tungt måltid inden test. Se lokale laboratoriepolitikker vedrørende brugen af koffein, tobaksvarer eller inhalator, før du tester.
- Udfør FOT først i situationer med flere lungefunktionstest, der kræver dybe vejrtrækninger.
- Udfør test i rolige og behagelige omgivelser. Forbered forsyninger og materialer inden den enkeltes ankomst.
- Sørg for en justerbar stol uden hjul for at sikre, at den enkeltes fødder er flade mod gulvet.
- Giv personen et engangs antibakterielt filter og næseklemme, der skal bruges til test.
- Overhold lokale laboratorieprocedurer for påklædning af personlige værnemidler ved testning.
2. Verifikation med impedansprøvningsbelastning
- Find testbelastningsobjektet, før du tester individet.
BEMÆRK: Statiske testbelastninger er producentleverede genstande med kendt impedans (helst med resistive, elastiske og inertielle komponenter), der er specifikke for hver enhed. Brug en testbelastning med en impedans på ca. 15 hPa·s· L-1, som overstiger de forventede Zr'er for voksne. - Sørg for, at testbelastningen er fabrikskalibreret (hvis relevant).
BEMÆRK: Nogle testbelastninger kræver årlig rekalibrering fra fabrikken, så følg protokollen beskrevet i enhedens manual.- Se manualen, eller kontakt producenten, hvis testbelastningen til verifikation ved et uheld tabes eller visuelt ser ud til at være beskadiget.
- Åbn kalibrerings- eller verifikationsmenuen i softwaren.
- Indsæt testbelastningsanordningen korrekt i FOT-enheden, og fuldfør verifikationsproceduren i henhold til producentens anbefalinger.
- Gennemgå og gem bekræftelsesresultaterne.
BEMÆRK: En vellykket verifikation sikrer, at de målte værdier svarer til testbelastningen inden for en tolerance på ≤+10% eller ±0,1 hPa·s· L-1. Hvis verifikationen mislykkes eller giver fejl, skal du sikre dig, at testbelastningen sad korrekt i FOT-enheden, og at der ikke er nogen hindring i flowet. Se vejledningen for at få tips til fejlfinding. - Kontroller enheden med testbelastningen dagligt eller umiddelbart før test.
3. Prøvningsprocedure
- Giv standardiserede instruktioner og demonstration til den enkelte.
- Fortæl den enkelte om den omtrentlige varighed af en enkelt erhvervelse og antallet af replikater, der vil blive taget (se trin 3.2).
- Lad den enkelte vide om de fornemmelser, de vil opleve fra svingningerne, f.eks. flagrende eller vibrationer i bryst og mund.
- Lad den enkelte vide, at enheden vil starte svingninger efter en kort periode med observation for at regulere vejrtrækningen.
- Instruer personen om at undgå at synke i testperioden.
- Instruer personen i at sidde oprejst med fødderne fladt på gulvet og hagen vendt op i løbet af testperioden.
- Instruer den enkelte i at skabe en forsegling med læber og tænder på mundstykket via en demonstration.
- Instruer den enkelte i at holde tungen afslappet.
- Instruer personen om at placere åbne håndflader fast mod kinder med fingerspidserne nær templet og tommelfingrene efter den mandibulære linje. Instruer personen om at holde albuerne let blussede i en behagelig position for at sikre brystudvidelse.
- Instruer personen om at opretholde regelmæssig stille vejrtrækning på mundstykket, indtil teknikeren beder om at stoppe.
- Udfør målesession
- Overhold hygiejne- og infektionskontrolstandarder som beskrevet for spirometri15.
- Fastgør det antibakterielle filter til enheden.
BEMÆRK: Brug filtre, der opfylder ATS/ERS-retningslinjerne med en modstand <1,5 hPa·s· L-1 ved en strømningshastighed på mindre end 14 L/s som verificeret af fabrikanten. - Giv instruktioner som beskrevet i trin 3.1, og sørg for, at personen er placeret korrekt med næseklemmen på plads og munden tæt forseglet omkring enhedens mundstykke.
- Når personen har afsluttet flere åndedrætscyklusser med stabil, passiv og behagelig tidevandsåndedræt, skal du sikre dig, at enheden automatisk begynder at indsamle data. Alternativt kan teknikeren udløse dataindsamling ved hjælp af softwaren.
- Instruer personen om at komme ud af mundstykket, efter at mindst tre artefaktfrie vejrtrækninger er erhvervet under en enkelt erhvervelse.
BEMÆRK: For at opnå tre artefaktfrie vejrtrækninger anbefales en mindste optagelsesvarighed på 30 s. Nogle FOT-enheders indstillinger stopper automatisk ved en foruddefineret optagelsesvarighed og/eller opnåelse af et bestemt antal vejrtrækninger (se afsnit 4 for detaljer om identifikation af artefakter). - Juster hvileintervallerne mellem replikatmålingerne (ca. 60-90 s) efter behov for at undgå fysisk ubehag.
- Eventuelt vurdere bronkodilatatorresponsen.
- Administrer salbutamol til den enkelte i overensstemmelse med standard laboratorieprocedurer for aerosolmedicin (f.eks. Afmålt dosisinhalator, forstøver) og vent i 15 min16.
BEMÆRK: Hvis du bruger en afmålt dosisinhalator med et afstandsopdelte rum, skal du administrere fire separate doser på 100 μg. - Gentag de samme procedurer som før (se trin 3.2) for at opnå replikater efter bronkodilatatoren.
- Administrer salbutamol til den enkelte i overensstemmelse med standard laboratorieprocedurer for aerosolmedicin (f.eks. Afmålt dosisinhalator, forstøver) og vent i 15 min16.
4. Bestemmelse af acceptable målinger
- Identificer artefakter gennem visuel inspektion. For at gøre dette skal du overvåge dybden (tidevandsvolumen; Vt) og vejrtrækningshastighed (åndedrætsfrekvens; fR) i realtid under erhvervelsen for visuelt at sikre stabile og stille vejrtrækningsmønstre fra replikat til replikat.
BEMÆRK: For hver replikat vises den gennemsnitlige Vt, fR eller deres produkt (minutventilation, V̇E) i softwaren. Sammenlign denne værdi mellem replikater for at give individuel feedback om dybden og hastigheden af vejrtrækningen, hvis det er nødvendigt. - Undersøg replikatet manuelt for at udelukke artefakter som hoste, synke, lækage eller andre afbrydelser af flow- og trykspor, der kan ses i realtid.
- Kassér eventuelle replikater, der indeholder negative modstande.
- Gennemgå automatisk softwareregistrering af artefakter.
BEMÆRK: Producenter anvender softwarealgoritmer til at detektere artefakter og udelukke hele eller delvise vejrtrækninger (dvs. inspiration og udløb). Bliv fortrolig med de anvendte algoritmer, og rapporter dette, når du opsummerer data fra en målesession. Ofte involverer disse algoritmer identifikation af Rrs, Xrs og vejrtrækningsmønstre uden for normale fysiologiske områder samt outliers, når man sammenligner åndedrættet. - Vurder variabilitet
- Erhverv mindst tre acceptable replikater (dvs. dem, der indeholder ≥3 artefaktfrie vejrtrækninger). Beregn variationskoefficienten inden for sessionen (CoV) for de samlede Rr'er ved den laveste frekvens (f.eks. Rr'er ved 5 Hz).
BEMÆRK: CoV beregnes ved hjælp af følgende formel:
- Da den acceptable CoV inden for sessionen for voksne er ≤10%, skal du opnå yderligere replikater, hvis CoV er >10%, eller fortsæt til trin 5, hvis CoV er ≤10%.
BEMÆRK: At opnå CoV ≤10% kan være svært hos personer med luftvejssygdom.
- Erhverv mindst tre acceptable replikater (dvs. dem, der indeholder ≥3 artefaktfrie vejrtrækninger). Beregn variationskoefficienten inden for sessionen (CoV) for de samlede Rr'er ved den laveste frekvens (f.eks. Rr'er ved 5 Hz).
5. Indberetning af data
- Medtag følgende oplysninger, når du rapporterer FOT-resultater.
- Medtag enhedens navn, model, softwareversion og producent.
- Inkluder input stimulus frekvens bølgeform (f.eks. Pseudo-tilfældig støj, multifrekvens) og tilhørende frekvensområde.
- Medtag detaljerne om subjektive og automatiske kvalitetskontrolprocedurer, der bruges til at bestemme acceptable replikater, og antallet af artefaktfrie replikater, der er inkluderet.
- Inkluder repeterbarhed eller præcision af måling (CoV) og afskæring.
- Rapporter gennemsnittet af replikatmålingerne, der var fri for artefakter og leverede en CoV-≤10% for FOT-parametre.
- Overhold laboratoriestandarder for, hvilke FOT-parametre der skal rapporteres.
BEMÆRK: Selv om der i øjeblikket ikke er enighed om, hvilke FOT-variabler der skal medtages, giver ERS' tekniske standard et eksempel på, hvilke parametre der kan indberettes som vist i tabel 1 for de caseeksempelresultater, der præsenteres nedenfor.
- Overhold laboratoriestandarder for, hvilke FOT-parametre der skal rapporteres.
- Brug referenceligninger fra den population, der undersøges ved hjælp af den samme FOT-enhed (hvis tilgængelig).
BEMÆRK: Mange referenceligninger forudsætter nøjagtig registrering af alder, køn, højde og vægt14. - Eventuelt rapportere både den absolutte og relative forskel, hvis FOT blev udført før og efter en bronkodilatator. Indbefatter også dosis salbutamol.
6. Kvalitetskontrol og vedligeholdelse
- Anvend et kvalitetskontrolprogram ved hjælp af biologiske kontroller (dvs. ≥2 raske ikke-ryger individer), der involverer rutinemæssig test med jævne mellemrum.
- Etablere en baseline (gennemsnitlig ± SD) gennem erhvervelse af 10-20 artefaktfrie replikatmålinger på forskellige dage (erhvervet inden for 2 uger) fra hver biologisk kontrol.
- Vælg en lav- (5 Hz) og mellemfrekvent (20 Hz) parameter for modstand og reaktans, der skal følges for kvalitetskontrol. Ved efterfølgende rutinemæssige periodiske test skal resultaterne sammenlignes med basislinjeforanstaltningerne.
BEMÆRK: Se den anbefalede vejledning til lungefunktionslaboratorier17 for yderligere oplysninger om, hvordan man vurderer og vedtager kvalitetssikringsstandarder. Hyppigheden af biologisk kontroltestning (f.eks. ugentlig, månedlig) bør afspejle testmængden i laboratoriet.
- Følg producentens anbefalinger om regelmæssig vedligeholdelse såsom rengøring, luftfilterskift, softwareopdateringer og fabrikskalibrering.
Representative Results
For det første præsenteres et tilfælde af en sund voksen som et praktisk eksempel på dataindsamling, og hvordan teknikeren vælger individuelle målinger til rapportering (Case Example 1). For det andet gives der et klinisk eksempel på en patient, der henvises til uforklarlig dyspnø til FOT-erhvervelse før og efter en bronkodilatator med vægt på fortolkning (caseeksempel 2). Bemærk, at FOT-enheder fra to forskellige producenter er blevet brugt målrettet i disse case-eksempler til at illustrere en universel tilgang. Yderligere detaljer findes i materialetabellen.
Eksempel på sag 1
FOT blev udført på en sund 25-årig spansktalende kvinde (Højde: 164 cm, Vægt: 84,9 kg). Deltageren var en aldrig-ryger, nægtet luftvejssymptomer og havde ingen historie med lungesygdom eller anden væsentlig tidligere sygehistorie. Hun havde afholdt sig fra koffein (≥8 timer) og kraftig motion (≥24 timer). Hun havde en nylig spirometrisk undersøgelse, der blev læst som normal uden tegn på obstruktion eller begrænsning: FEV1 / FVC: 0,88, FEV1: 3,30 L (98% forudsagt) og FVC: 3,70 L (97% forudsagt).
Efter at have forklaret og demonstreret testprocedurer blev der opnået tre FOT-målinger med ca. 1-2 minutter mellem optagelserne. Visuel inspektion og softwarens kvalitetskontrolalgoritme identificerede ingen artefakter. Rr'er ved 5 Hz for de første tre målinger blev derefter undersøgt for at bekræfte CoV inden for sessionen (individuelle målinger: 3,06, 3,79, 3,46 hPa·s · L-1; gennemsnit: 3,44 hPa·s· L-1, standardafvigelse: 0,36 hPa·s L-1, CoV = standardafvigelse / gennemsnit = 0,36 / 3,44 = 0,105 * 100 = 10,5%).
Da CoV for de første tre målinger var >10%, var yderligere målinger nødvendige. En fjerde måling blev opnået (Rrs ved 5 Hz = 3,40 hPa·s· L-1) og CoV inden for sessionen blev genberegnet ved hjælp af alle målinger (individuelle målinger: 3,06, 3,79, 3,46, 3,40 hPa·s· L-1; gennemsnit: 3,43 hPa·s· L-1; standardafvigelse: 0,30 hPa·s· L-1; CoV = standardafvigelse / gennemsnit = 0,30 / 3,43 = 0,087 * 100 = 8,7%)
Da CoV-kriterierne inden for sessionen var opfyldt, blev de gennemsnitlige FOT-indekser beregnet som gennemsnittet af målingerne. Disse målinger er illustreret i figur 1 og rapporteret i tabel 1. For at lette sammenligningen med forventede værdier viser tabel 2 desuden forudsagte værdier på tværs af alle FOT-indekser (hvor forudsagte værdier er tilgængelige), nedre normalgrænser (LLN), øvre normalgrænser (ULN), % af forudsagte og Z-scorer ved hjælp af standardreferenceligninger, der tager højde for alder, køn og vægt14.
Eksempel på sag 2
En 48-årig kaukasisk mand (Højde: 185 cm, Vægt: 89 kg) blev henvist til vores center for evaluering af kronisk hoste og anstrengelsesdyspnø uden åbenbar årsag (f.eks. Medicin, luftvejs- eller hjerte-kar-sygdomme eller mental sundhedskomorbiditet). Han var en livslang aldrig ryger, men godkendte udsættelse for dampe, gasser, støv og dampe under en 7-måneders militær indsættelse i Irak. Komplet lungefunktionstest blev udført (dvs. kropsplethysmografi, bronkodilatator spirometri og lungediffusionskapacitet for kulilte), og alle resultater var inden for normale grænser. FOT blev udført før og 15 minutter efter administration af bronkodilatator (4 pust på 100 μg salbutamol via inhalator med dosering med afstandsopdelte stoffer) (figur 2). De enkelte forsøgsdata og gennemsnitsværdier er præsenteret i tabel 3 før og efter bronkodilatatoradministration; Da hvert forsøg var teknisk acceptabelt, er målingerne før og efter bronkodilatatoren samt deres absolutte og relative forskel rapporteret i tabel 4. Derudover rapporteres forudsagte værdier, % af forudsagt, LLN og ULN også ved hjælp af standardreferenceligninger, der overvejer alder, køn og vægt14.
Vi afgrænsede variabler rapporteret i tabel 3 og tabel 4 for at forenkle illustrationen af to begreber: 1) bestemmelse af unormale versus normale reaktioner og 2) bronkodilatator reversibilitet. For Rrs-målinger betragtes værdier, der overstiger ULN (dvs. forhøjet modstand), som unormale. Her præ-bronkodilatator Rrs ved 4 Hz (3,32 hPa·s· L-1) overstiger ULN (2,59 hPa·s· L-1) og er 155% af den forudsagte værdi ([3,32 / 2,14] * 100 = 155,14). Efter bronkodilatatoradministration blev Rrs ved 4 Hz reduceret med 45,78% over den 95. percentil rapporteret af Oostveen et al.14 (dvs. -32% for Rrs ved 4 Hz). Dette svar ville indikere et positivt bronkodilatatorrespons i resistens. Derudover normaliseres den observerede værdi efter bronkodilatatoren (dvs. blev repræsentativ for, hvad der betragtes som en normal værdi) og er 84, 1% af den forudsagte værdi ([1, 80 / 2, 14] * 100 = 84, 11).
Xrs ved 4 Hz fortolkes forskelligt, da observerede værdier er negative. Derfor er unormale værdier dem, der overstiger LLN (dvs. mere negativ reaktans). Her havde individet en præ-bronkodilatator (-0,98 hPa·s· L-1) og post-bronkodilatator (-0,83 hPa·s· L-1) værdier, der ligger over LLN (-1,11 hPa·s· L-1). Forskellen i præ- versus post-bronkodilatator var ca. 15%, hvilket er under den 95. percentil rapporteret af Oostveen et al.14 (dvs. +33,8% i Xrs ved 4 Hz). Derfor betragtes alle Xrs-værdier som normale.
Reaktansområde (eller AX) er det integrerede område med lavfrekvent reaktans og er derfor en positiv værdi. Unormale AX-værdier er dem, der overstiger ULN, hvilket afspejler mere negativ reaktans. Ligesom Xrs ved 4 Hz, præ-bronkodilatator AX (2,77 hPa·s· L-1) og post-bronkodilatator AX (1,23 hPa·s· L-1) er begge under ULN. Selvom der var en reduktion på -55% fra præ- til post-bronkodilatatorværdi, falder dette under den 95. percentil rapporteret af Oostveen et al.14 (dvs. -56,0% for AX ved 4 Hz). Samlet set betragtes AX også som normal.
Figur 1: Respirationsmodstand (Rrs) og reaktans (Xrs) som funktion af svingningsfrekvens (Hz) hos en sund voksen. Gennemsnitlig ± SD for alle replikater afbildes for Rrs (blå cirkler) og Xrs (røde firkanter) ved hver målt frekvens. Hvert datapunkt repræsenterer total- eller helåndedrætsmålinger. Data blev indsamlet ved hjælp af en enhed, der anvender en pseudotilfældig, relativ primes signaltype i området 5-37 Hz. Se tabellen over materialer for yderligere oplysninger om denne enhed. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Vurdering af præ- og postbronkodilatator. Åndedrætsmodstand (Rrs; blå) og reaktans (Xrs; rød) før (åbne cirkler) og efter (åbne trekanter) bronkodilatatoradministration. Stiplede røde linjer repræsenterer de øvre og nedre normalgrænser for henholdsvis Rrs og Xrs14. Data blev indsamlet ved hjælp af en enhed, der anvender en pseudotilfældig signaltype i området 4-48 Hz. Se tabellen over materialer for yderligere oplysninger om denne enhed. Klik her for at se en større version af denne figur.
| Variabel | T1 | T2 | T3 | T4 | Avg | SD |
| Rrs5 | 3.06 | 3.79 | 3.46 | 3.40 | 3.43 | 0.30 |
| Rrs5 (insp) | 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 (insp) | -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 |
| ØKSE | 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 |
Tabel 1: Standardrapportering af udvalgte FOT-parametre: Oversigt over forsøg. Denne tabel illustrerer alle målereplikationer på tværs af forsøg (T1-T4) og deres sammenfattende statistikker (gennemsnit og standardafvigelser (SD)). Gennemsnitsværdierne på tværs af alle prøveversioner bruges til at repræsentere testsessionen. Almindelige parametre er angivet under Variabel. Modstand (Rrs) og reaktans (Xrs) tilvejebringes for hele vejrtrækninger ved 5, 11 og 19 Hz samt under inspiration ved 5 Hz (Rrs5 (insp) og Xrs5 (insp)). Yderligere rapporterede parametre omfatter reaktansområde (AX) ved 5 Hz, resonansfrekvens (Fres) og tidevandsvolumen (Vt).
| Variabel | Forudsagt | LLN | ULN | Baseline Gns. | % af forudsagt | Z-score |
| Rrs5 | 3.76 | - | 4.11 | 3.43 | 91% | -0.34 |
| Rrs5 (insp) | - | - | - | 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 (insp) | - | - | - | -1.07 | - | - |
| Xrs5 (exp) | - | - | - | -0.60 | - | - |
| Delta Xrs5 | - | - | - | -0.47 | - | - |
| Xrs11 | -0.14 | -0.26 | - | -0.05 | 36% | 0.22 |
| Xrs19 | - | - | - | 0.96 | - | - |
| ØKSE | 4.08 | 5.11 | 2.61 | 64% | -0.64 | |
| Fres | 12.73 | - | 13.14 | 11.36 | 89% | - |
Tabel 2: Standardrapportering af udvalgte FOT-parametre: Referenceværdier og forudsagte værdier. Der er i øjeblikket ikke enighed om, hvilke FOT-parametre der skal medtages i en basisrapport; Ers' tekniske standard giver imidlertid et eksempel på, hvilke parametre der kan indberettes4, som er medtaget i den ledsagende tabel. Denne tabel illustrerer de gennemsnitlige måleværdier, der er rapporteret fra testsessionen, samt de ledsagende referenceværdier, der i øjeblikket er tilgængelige. Almindelige parametre er angivet under Variabel. Modstand (Rrs) og reaktans (Xrs) tilvejebringes for hele vejrtrækninger ved 5, 11 og 19 Hz samt under inspiration ved 5 Hz (Rrs5 (insp) og Xrs5 (insp)). Yderligere rapporterede parametre omfatter reaktansområde (AX) ved 5 Hz og resonansfrekvens (Fres). For de parametre med tilgængelige referenceværdier14 beregnes også forudsagte, % forudsagte, nedre og øvre normalgrænser (LLN, ULN) og Z-scoreværdier.
| Præ-bronkodilatator | Post-Bronkodilatator | |||||||||
| 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 |
| ØKSE | 2.50 | 2.02 | 2.79 | 2.44 | 0.39 | 0.73 | 1.95 | 1.01 | 1.23 | 0.64 |
Tabel 3: Fortolkning af lavfrekvent modstand (Rrs), reaktans (Xrs) og reaktansområde (AX): Forsøgsresumé. Denne tabel illustrerer alle målereplikationer på tværs af forsøg (før og efter bronkodilatator) og deres sammenfattende statistikker (gennemsnit og standardafvigelser (SD)). Gennemsnitsværdierne på tværs af alle forsøg bruges til at repræsentere testsessionens værdier for baseline-gennemsnit (præ-bronkodilatator) og post-bronkodilatatorgennemsnit.
| Variabel | Forudsagt | LLN | ULN | Baseline Gns. | % af forudsagt | Indlæg BD Avg | % af forudsagt | Absolut ændring | % ændring |
| 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% |
| ØKSE | 2.15 | NA | 3.08 | 2.44 | 113% | 1.23 | 57% | 1.21 | -49.59% |
Tabel 4: Fortolkning af lavfrekvent modstand (Rrs), reaktans (Xrs) og reaktansområde (AX): Reference og forudsagte værdier. Lavfrekvente (4 Hz) Rr'er, Xr'er og AX rapporteres sammen med de tilsvarende forudsagte værdier, % af forudsagt og de nedre (LLN) og øvre (ULN) grænser for normal14. Målinger før (Baseline Avg) og efter (Post BD Avg) bronkodilatator præsenteres sammen med deres tilsvarende absolutte og relative ændring (% ændring).
Discussion
Den nylige ERS tekniske standard på FOT4 understreger behovet for større stringens og standardisering af målingen. Tæt overholdelse af flere kritiske trin før, under og efter test er nødvendig. Det anbefales, at FOT udføres forud for mere indsatsafhængige manøvrer, der kræver dybe vejrtrækninger såsom kropsplethysmografi og diffusionskapacitet. Slutbrugerverifikation af testbelastning med kendt impedans er påkrævet mindst dagligt eller umiddelbart før prøvningen. Klare, konsekvente og præcise instruktioner givet af uddannet personale kan minimere ydre variationer i dataindsamling. Hvert forsknings- eller klinisk laboratorium bør udvikle sin egen protokol, der implementerer de minimale coachingteknikker, der anbefales i ERS' tekniske retningslinjer. Det er afgørende, at slutbrugerne under hver manøvre kan observere, identificere og rette potentielle fejl, der kan opstå, såsom mundlækager, glottisk lukning, hoste og ustabile vejrtrækningsmønstre. Selv om visse fejl kan være vanskelige at evaluere i realtid, bør slutbrugerne ikke udelukkende være afhængige af automatisk detektion fra det specifikke udstyr, der anvendes. Acceptable kriterier, der fastsættes af fabrikanten, bør gennemgås grundigt, og yderligere kriterier bør overholde ERS-erklæringerne. Selvom hver enhed genererer en unik rapport, er standardiseret rapportering af FOT-parametre mulig og kan lette sammenligning på tværs af laboratorier og undersøgelser. Endelig skal der udføres strenge kvalitetskontrolprocedurer, herunder rutinemæssig vurdering af sund biologisk kontrol(er), både i forskningsmæssige og kliniske sammenhænge.
Streng overholdelse af en standardiseret protokol minimerer variation i ydeevnen. Det kan dog stadig være svært at opnå en CoV ≤10% og måske ikke altid muligt hos dem med luftvejssygdom. Det påhviler teknikeren at stræbe efter at minimere variabiliteten, og der er flere strategier, der skal overvejes, når en CoV ≤10% ikke kan opnås. For det første skal det sikres, at målingen erhverves under lignende omstændigheder for hver replikat. Dette omfatter overvågning af individets kropsholdning, håndplacering og overholdelse af andre instruktioner. Teknikeren kan overveje at gentage de indledende instruktioner, give yderligere visuel demonstration og tilbyde personen et forlænget hvileinterval. Baseret på erfaring konstateres det, at en almindelig årsag til overdreven variabilitet omfatter vedtagelse af en anden siddestilling mellem replikatmålinger, hvorved enkeltpersoner kan ompositionere sig for at opnå en mere behagelig position eller belastning for at nå mundstykket. Dette er mest almindeligt, når du bruger bærbare FOT-enheder, der er designet til at blive holdt af teknikeren, hvor mundstykkets position ikke er fastgjort. For at løse dette problem kan der købes fleksible armbeslag, der er designet til at holde elektroniske enheder som kameraer, der hurtigt kan fastgøres til et skrivebord eller bord og rumme individuel positionering. Når det er sikret, at ydeevnen er passende og konsistent mellem replikatmålingerne, skal teknikeren erhverve yderligere replikater.
I modsætning til spirometri, hvor maksimalt otte forsøg anbefales for at undgå træthed, er der ikke noget maksimalt antal replikater, der anbefales til FOT sandsynligvis på grund af dets indsatsuafhængige tilgang. I praksis får nogle efterforskere op til otte replikatmålinger18, og en lignende tommelfingerregel på op til 10 målinger anvendes i vores laboratorium. Det er praktisk talt vigtigt at fastsætte en øvre grænse for at definere afslutningen på en testsession. Dette er især relevant for personer med luftvejssygdomme, hvorved CoV på mere end 10 % kan afspejle underliggende sygdomsprocesser snarere end dårlig indsats. Harkness et al.18 beskrev for nylig deres erfaring med disse patientpopulationer og foreslog, at en mere liberal afskæring (CoV op til 20%) stadig kan rapporteres til klinisk fortolkning. Hver klinik og forskningslaboratorium bør balancere mellem praktiske beslutninger såsom tidsbegrænsning, eksaminandens evne og træthedsniveau samt sandsynligheden for at opnå CoV-afskæringen. En tilgang, der skal overvejes, er implementeringen af et klassificeringssystem. For eksempel, når mindst tre artefaktfrie replikatmålinger er opnået fra maksimalt 10 forsøg, skal du anvende en bogstavklasse svarende til CoV-niveauer - dvs. 'A' ≤10%; »B«-> 10 % og ≤15 % »C«-> 15 % og ≤20 % og 'D' > 20%. Yderligere strategier, der skal overvejes, kan omfatte ændring af software- og hardwareanskaffelsesparametre for at opnå mere komplette vejrtrækninger. For eksempel har nogle producenter indstillinger, der imødekommer større optagelsesvarigheder og / eller udvidede optagelsesepoker for at opnå mere end det ERS-anbefalede minimum på tre komplette vejrtrækninger. Ved rapportering af FOT-resultater er det bydende nødvendigt at oplyse om alle anskaffelsesparametre for at lette fortolkningen og sammenligningen med anden offentliggjort litteratur. FOT's anskaffelsesparametre undersøges fortsat aktivt og vil sandsynligvis resultere i fremtidige ændringer af FOT's ydeevne og måling.
I dette papir er målet at fremhæve den nyeste teknologi og anvendelse af FOT samt give en standardiseret protokol til test hos voksne. Det er dog vigtigt at anerkende FOTs tilknyttede begrænsninger. For det første er impedansmålinger særligt mistænkte for artefakter som f.eks. påvirkninger uden for thorax4. Derfor fokuserer den nuværende protokol på at minimere denne indflydelse, såsom at sikre korrekt kindstøtte under erhvervelsen. Derudover udelukker afbrydelser i flowet (f.eks. tungen, der dækker mundstykket, synke, fejlagtige vejrtrækninger) nøjagtig måling og resulterer i færre gyldige vejrtrækninger til Zrs-beregninger19. For det andet, selvom FOT er let at udføre fra patientens perspektiv, er det udfordrende for teknikeren og klinikeren at identificere disse artefakter samt fortolke output20. For eksempel producerer nuværende FOT-enheder en betydelig mængde data til at karakterisere en persons åndedrætsmekanik; Manglen på referenceværdier og konsensus omkring nøglevariabler er imidlertid faktorer, der bremser den kliniske vedtagelse. Selv om det anbefales at opnå mindst tre artefaktfrie forsøg4, er der heller ikke i øjeblikket enighed om de anbefalede metoder til at vælge, hvilke af disse forsøg der bruges til at repræsentere testsessionen, hvis mere end tre forsøg udføres og findes acceptable. Som sådan undersøges den kliniske anvendelighed af FOT i en række luftvejssygdomme fortsat aktivt. Endelig er der fra et teknisk perspektiv heterogenitet på tværs af FOT-producenter med hensyn til følgende: i) frekvensbølgeformer, ii) algoritmer til fejldetektion og iii) inter- og intra-breath-analyser2,21,22,23,24. Mange af de ovennævnte begrænsninger kan løses ved at følge en standardiseret protokol samt gennemsigtig rapportering af output- og optagelsesparametre.
Lungefunktionstest omfatter traditionelt målinger af lungevolumener og kapaciteter og effektiviteten af gasudveksling, som kræver betydelige instruktioner, samarbejde og indsats fra både eksaminatorer og eksaminander. Derudover indåndes en blanding af gasser i forskellige koncentrationer ofte under manøvrer, som nogle måske betragter som invasive teknikker. Disse står i kontrast til FOT, hvor mekaniske egenskaber i lungerne som Rrs, elastance og inertance undersøges ved hjælp af mindre invasive oscillerende frekvenser. FOT kan således tjene som en nyttig tilføjelse til en omfattende lungefunktionsvurdering. Fot kan f.eks. give unik klinisk indsigt i scenarier, hvor symptomerne er ude af proportioner med traditionel lungefunktionstestning, f.eks. ved erhvervsmæssig eksponering og/eller uforklarlig dyspnø9,11. Derudover kan FOT også være vigtig for screening af personer med højere risiko for fremtidige lungesygdomme såsom asymptomatiske rygere25 og dem med miljøeksponering26. Endelig har nyere data vist, at FOT også kan være enestående nyttigt til daglig overvågning af visse sygdomstilstande såsom træningsinduceret bronkokonstriktion27 og reumatoid arthritis-relaterede lungesymptomer28. Denne artikel fokuserer på FOTs anvendelse i den voksne befolkning, selvom FOTs kliniske og forskningsmæssige anvendelighed også er blevet godt beskrevet i pædiatriske populationer29,30.
Fremtidige retninger for forskning bør yderligere fokusere på tekniske og præstationsmæssige aspekter af FOT, såsom standardisering af datapræsentation og rapportering samt karakterisering af tilhørende variabilitet og repeterbarhed. I kliniske miljøer kan FOT i vid udstrækning anvendes til vurdering af dyspnø og tidlig påvisning af kroniske luftvejssygdomme eller systemiske sygdomsrelaterede lungemanifestationer i alle aldersgrupper.
Disclosures
Alle forfatterne erklærede ingen økonomiske konflikter.
Acknowledgments
Dette arbejde blev delvist støttet af kontrakttildeling #10010115CN2 fra Electric Power Research Institute. Indholdet repræsenterer ikke synspunkter fra det amerikanske ministerium for veterananliggender eller den amerikanske 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).
