Summary
随着强制振荡技术（FOT）的使用越来越多地用于表征呼吸力学，因此需要标准化有关新生技术指南和各种制造商建议的方法。提供了详细的协议，包括对两个案例的FOT评估和解释，以促进方法的标准化。
Abstract
人们越来越关注使用强制振荡技术（FOT）或示波法来表征健康和患病个体的呼吸力学。FOT是传统肺功能测试的补充方法，利用叠加在潮汐呼吸上的一系列振荡频率来测量气道压力和流量之间的功能关系。该被动评估提供了呼吸系统阻力（Rrs）和电抗（Xrs）的估计值，分别反映了气道口径以及能量储存和耗散。尽管最近越来越受欢迎，技术标准也不断更新，但临床采用缓慢，这在一定程度上与FOT数据的获取和报告缺乏标准化有关。本文的目标是通过提供全面的 FOT 书面协议和随附的视频来解决实验室之间缺乏标准化的问题。为了说明无论特定器件都可以使用该协议，在案例示例和视频演示中采用了三个单独的FOT器件。这项工作旨在使FOT的使用和解释标准化，提供实用建议，并突出未来需要解决的问题。
Introduction
强制振荡技术 （FOT） 或示波法于 60 多年前首次引入1， 通过 潮汐呼吸期间叠加的外部施加的压力振荡来测量呼吸力学。简而言之，压力和气流由传感器在一定频率范围内测量在口中。然后使用光谱分析来确定阻抗（Zrs）或每个频率下压力和气流之间的振幅和相位差2，3。Zrs表示与压力振荡相反的力的总和，通常以电阻（Rrs）和电抗（Xrs）的分量为特征。Rrs反映了呼吸系统的耗散机械特性（能量耗散），而Xrs反映了呼吸系统的动态弹性和惯性（能量储存）。在多个振荡频率下的 Zrs 评估进一步允许评估气流分布的均匀性。有关 FOT 信号处理、生理原理和应用的综述：请参阅欧洲呼吸学会 （ERS） 工作组声明2，4。
FOT不能替代肺活量测定法，而是肺功能的补充评估。然而，与肺活量测试相比，它可能具有几个优点，包括在潮汐呼吸期间进行的测量（与努力无关），以及评估肺活量测定法不可行的远端或小气道的潜力5。因此，FOT在儿科环境中获得了相当大的普及6，7，以及用于评估肺活量测定正常或保留的有症状患者8，9，10，11。FOT 在支气管激发试验期间也显示出临床效用，其中症状与 FOT 的相关性比肺活量测定法更强12。此外，FOT 需要较低剂量的支气管游走剂，以诱导可测量的呼吸功能差异13。
鉴于这些发现，近年来对用于临床实践和研究的FOT的兴趣激增。事实上，根据Scopus在2021年7月对术语"强制振荡技术"或"脉冲示波法"进行的搜索，FOT的出版物数量中位数从每年35篇（2000-2010年）增加到每年94篇（2010-2020年）。尽管人们的兴趣激增，但FOT数据的获取和报告的标准化直到最近才受到越来越多的关注，最近的ERS呼吸示波技术标准4。目前，市面上有几种FOT系统，它们因压力信号类型（例如，伪随机，脉冲序列），记录纪元，频率范围和分辨率而有所不同14。尽管存在这些差异，但技术人员对FOT数据的采集和报告可以遵循通用方法，这是本手稿的重点。本文提供了与ERS技术标准4一致的标准化协议。该协议通过实际示例以及我们实验室获得的研究和临床数据进行了说明。具体而言，重点是FOT在成人呼吸困难临床评估中的应用和解释。
Protocol
以下协议已获得罗格斯大学机构审查委员会的批准。所有参与这项研究的志愿者在进行所有测试之前都提供了书面知情同意书。
1. 考试前准备
- 评估个体对烟嘴或鼻夹材料的过敏或敏感性，口腔或面部疼痛，阻止正确密封烟嘴，遵循指示的能力，以及对将要使用的支气管扩张剂的已知敏感性。
- 确保个人穿着舒适，并在测试前避免锻炼或摄入大餐。在测试前，请参阅当地实验室有关使用咖啡因、烟草制品或吸入器的政策。
- 在需要深呼吸的多种肺功能检查的情况下，首先进行FOT。
- 在安静舒适的环境中进行测试。在个人到达之前准备用品和材料。
- 提供一把不带轮子的可调节椅子，以确保个人的脚平放在地板上。
- 为个人提供一次性抗菌过滤器和鼻夹，用于测试。
- 在测试时，请遵守当地实验室程序，以穿戴个人防护装备。
2. 阻抗测试负载验证
- 在测试个人之前找到测试负载对象。
注：静态测试载荷是制造商提供的具有已知阻抗（最好是电阻、弹性和惯性元件）的对象，特定于每个器件。使用阻抗约为15 hPa·s·L-1，超过成人的预期Zrs。 - 确保测试负载已出厂校准（如果适用）。
注意： 某些测试负载需要每年在工厂重新校准，因此请遵循设备手册中概述的协议。- 如果用于验证的测试负载意外掉落或视觉上出现损坏，请查阅手册或与制造商联系。
- 打开软件中的校准或验证菜单。
- 将测试负载设备牢固地插入FOT设备，并根据制造商的建议完成验证程序。
- 查看并保存验证结果。
注：成功验证可确保测量值在≤+10%或±0.1 hPa·s·的公差范围内与测试载荷相匹配。L-1.如果验证失败或出现错误，请确保测试负载已正确插入FOT设备，并且流动中没有障碍物。有关故障排除提示，请参阅手册。 - 每天或测试前立即使用测试负载验证设备。
3. 测试程序
- 为个人提供标准化的说明和演示。
- 让个人知道单次采集的大致持续时间以及将要进行的重复次数（见步骤3.2）。
- 让个人知道他们将从振荡中体验到的感觉，例如，胸部和嘴巴的颤动或振动。
- 让个人知道，设备在短暂的观察后会开始振荡，以调节呼吸。
- 指示个人在测试期间避免吞咽。
- 在测试期间，指示个人坐直，双脚平放在地板上，下巴朝上。
- 通过演示，指导个人用嘴唇和牙齿在烟嘴上形成密封。
- 指导个人保持舌头放松。
- 指导个人将张开的手掌牢牢地放在脸颊上，指尖靠近太阳穴，拇指沿着下颌线。指导个人保持肘部略微张开，姿势舒适，以确保胸部扩张。
- 指示个人在吹嘴上保持定期的安静呼吸，直到技术人员要求停止。
- 执行测量会话
- 遵守肺活量测定法中所述的卫生和感染控制标准15。
- 将抗菌过滤器连接到设备上。
注意：使用符合 ATS/ERS 指南且电阻< 1.5 hPa·s·经制造商验证的流速小于 14 L/s 时的 L-1。 - 按照步骤3.1中所述提供说明，并确保个人正确定位，鼻夹就位，嘴紧紧密封在设备的吹嘴周围。
- 在个体完成稳定、被动和舒适的潮汐呼吸的几个呼吸周期后，确保设备自动开始采集数据。或者，技术人员可以使用该软件触发数据采集。
- 在一次采集期间，指示个体在至少三次无伪影的呼吸后从烟嘴上下来。
注意：要实现三次无伪影的呼吸，建议最短记录持续时间为30秒。某些 FOT 设备的设置将在预定义的记录持续时间和/或达到一定次数的呼吸时自动停止（有关识别伪影的详细信息，请参阅第 4 节）。 - 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。
- （可选）评估支气管扩张剂的反应。
- 根据气溶胶药物的标准实验室程序（例如，计量吸入器，雾化器）向个体施用沙丁胺醇，并等待15分钟16。
注意： 如果使用带垫片的计量吸入器，则给予四次单独剂量的100μg。 - 重复与之前相同的程序（见步骤3.2）以获得支气管扩张剂后的重复。
- 根据气溶胶药物的标准实验室程序（例如，计量吸入器，雾化器）向个体施用沙丁胺醇，并等待15分钟16。
4. 确定可接受的测量值
- 通过目视检查识别工件。为此，监测深度（潮汐量;Vt）和呼吸频率（呼吸频率;fR）在采集过程中实时，在视觉上确保从复制到复制的稳定和安静的呼吸模式。
注：对于每次复制，软件中将显示平均 Vt、fR 或其产物（分钟通气，V̇E）。 比较重复之间的此值，以便在必要时提供有关呼吸深度和速率的单独反馈。 - 手动检查复制以排除可实时查看的咳嗽、吞咽、泄漏或其他流量和压力轨迹中断等伪影。
- 丢弃任何包含负电阻的重复项。
- 查看自动软件检测的工件。
注意：制造商采用软件算法来检测伪影并排除全部或部分呼吸（即吸气和呼气）。熟悉所应用的算法，并在汇总测量会话中的数据时报告这一点。通常，这些算法涉及在比较逐次呼吸时识别正常生理范围之外的RR，Xrs和呼吸模式以及异常值。 - 评估可变性
- 获得至少三个可接受的重复（即，包含≥3无伪影的重复）。计算最低频率（例如，5 Hz 时的 Rrs）总 Rrs 的会话内变异系数 （CoV）。
注：CoV使用以下公式计算：
- 由于成人可接受的会期内 CoV 为 ≤10%，因此如果 CoV >10%，则进行额外的重复;如果 CoV ≤10%，则继续进行步骤 5。
注意：在患有气道疾病的个体中，实现CoV≤10%可能很困难。
- 获得至少三个可接受的重复（即，包含≥3无伪影的重复）。计算最低频率（例如，5 Hz 时的 Rrs）总 Rrs 的会话内变异系数 （CoV）。
5. 报告数据
- 报告 FOT 结果时，请包括以下详细信息。
- 包括设备名称、型号、软件版本和制造商。
- 包括输入激励频率波形（例如，伪随机噪声、多频）和相关频率范围。
- 包括用于确定可接受重复的主观和自动质量控制程序的详细信息，以及所包含的无伪影重复的数量。
- 包括测量的可重复性或精度 （CoV） 和截止值。
- 报告无伪影的重复测量的平均值，并为FOT参数提供CoV≤10%。
- 遵守有关要报告哪些FOT参数的实验室标准。
注意：虽然目前尚未就要包含哪些 FOT 变量达成共识，但 ERS 技术标准提供了一个示例，说明可以报告哪些参数，如 下表 1 所示，用于下面显示的案例示例结果。
- 遵守有关要报告哪些FOT参数的实验室标准。
- 利用使用相同FOT设备（如果可用）研究的总体的参考方程。
注意：许多参考方程都假定准确记录年龄、性别、身高和体重14。 - （可选）如果 FOT 是在支气管扩张剂之前和之后进行的，则报告绝对和相对差异。此外，还包括沙丁胺醇的剂量。
6. 质量控制和维护
- 采用使用生物控制（即≥2个健康的非吸烟个体）的质量控制程序，包括定期进行常规检测。
- 通过在不同日期（在2周内获得）从每个生物对照中获得10-20个无伪影重复测量值，建立基线（平均±SD）。
- 选择低频 （5 Hz） 和中频 （20 Hz） 参数进行电阻和电抗，以进行质量控制。在随后的例行定期测试中，将结果与基线度量进行比较。
注意： 有关如何评估和制定质量保证标准的更多详细信息，请参阅肺功能实验室推荐指南17。生物控制检测的频率（例如，每周、每月）应反映实验室检测量。
- 遵循制造商关于定期维护的建议，例如清洁、空气过滤器更换、软件更新和工厂校准。
Representative Results
首先，将健康成年人的案例作为数据采集的实际示例，以及技术人员如何选择单个测量值进行报告（案例示例1）。其次，提供了一个临床示例，该患者在支气管扩张剂之前和之后因不明原因的呼吸困难而被转诊以进行FOT获取，重点是解释（病例示例2）。请注意，在这些案例示例中，已特意使用了来自两个不同制造商的 FOT 器件来说明通用方法。材料 表中提供了其他详细信息。
案例示例 1
FOT在一名健康的25岁西班牙裔女性（身高：164厘米，体重：84.9公斤）中进行。参与者从不吸烟，否认呼吸道症状，并且没有肺部疾病史或其他重要的既往病史。她戒掉了咖啡因（≥8小时）和剧烈运动（≥24小时）。她最近进行了一次肺活量检查，结果显示正常，没有梗阻或限制体征：FEV1/FVC：0.88，FEV1：3.30 L（98%预测），FVC：3.70 L（97%预测）。
在解释和演示测试程序后，在记录之间大约1-2分钟的时间内获得了三个FOT测量值。目视检查和软件的质量控制算法没有发现任何伪影。然后检查前三次测量的5 Hz Rrs以确认会话内的CoV（单个测量值：3.06，3.79，3.46 hPa·s ·L-1;平均： 3.44 百帕·秒·L-1，标准偏差：0.36 hPa·s L-1，CoV = 标准偏差/平均值 = 0.36 / 3.44 = 0.105 * 100 = 10.5%）。
由于前三次测量的CoV为>10%，因此需要进行额外的测量。获得第四次测量（5 Hz时的RR = 3.40 hPa·s·使用所有测量值（单个测量值：3.06，3.79，3.46，3.40 hPa·s·）重新计算L-1）和会话内CoVL-1;平均： 3.43 百帕·秒·L-1;标准偏差：0.30 hPa·s·L-1;CoV = 标准偏差 / 平均值 = 0.30 / 3.43 = 0.087 * 100 = 8.7%）
由于满足了会话内CoV标准，因此将平均FOT指数计算为测量的平均值。这些测量结果如图 1所示，并在 表 1中报告。此外，为了便于与预期值进行比较， 表 2 使用考虑年龄、性别和体重的标准参考方程，列出了所有 FOT 指数（其中预测值可用）、正常下限 （LLN）、正常上限 （ULN）、预测百分比和 Z 评分的预测值14。
案例示例 2
一名 48 岁高加索男性（身高：185 厘米，体重：89 kg）被转诊至我们的中心，评估无明显原因（例如药物、呼吸道或心血管疾病或精神健康合并症）的慢性咳嗽和劳力性呼吸困难。他一生从不吸烟，但在伊拉克7个月的军事部署期间，他赞成接触蒸气，气体，灰尘和烟雾。进行完整的肺功能检查（即体体积描记法、支气管扩张剂肺活量测定法和一氧化碳肺扩散能力），所有结果均在正常范围内。在给予支气管扩张剂之前和之后15分钟进行FOT（通过带垫片的定量吸入器4喷100μg沙丁胺醇）（图2）。个别试验数据和平均值在表3支气管扩张剂给药前后呈现;由于每项试验在技术上都可接受，因此支气管扩张剂前后的测量结果及其绝对和相对差异报告于表4中。此外，还使用考虑年龄、性别和体重的标准参考方程报告预测值、预测值百分比、LLN 和 ULN14。
我们划分了 表 3 和 表 4 中报告的变量，以简化两个概念的说明：1）确定异常与正常反应，以及2）支气管扩张剂的可逆性。对于RR测量，超过ULN的值（即，升高的电阻）被认为是异常的。在这里，支气管前扩张剂RRS在4赫兹（3.32小时帕·秒·L-1）超过ULN（2.59 hPa·s·L-1），并且是预测值的155%（[3.32 / 2.14] * 100 = 155.14）。在支气管扩张剂给药后，4 Hz处的RRS降低了45.78%，超过了Oostveen等人报告的第 95百分位（即4 Hz时RR为-32%）。这种反应表明在耐药性中支气管扩张剂反应呈阳性。此外，支气管扩张后观察到的值被归一化（即，成为被认为是正常值的代表），并且是预测值的84.1%（[1.80 / 2.14] * 100 = 84.11）。
4 Hz时的Xrs有不同的解释，因为观察到的值为负数。因此，异常值是那些超过LLN的值（即，更多的负电抗）。在这里，该个体有一个支气管前期扩张剂（-0.98 hPa·s·L-1）和支气管扩张后（-0.83 hPa·s·L-1） 高于 LLN 的值 （-1.11 hPa·s·L-1）。支气管扩张剂前期与支气管扩张剂后的差异约为15%，低于Oostveen等人报告的第 95百分位（即，在4 Hz时Xrs中+33.8%）。因此，所有 Xrs 值都被视为正常值。
电抗面积（或AX）是低频电抗的积分面积，因此是正值。异常AX值是那些超过ULN的值，反映更多的负电抗。像4赫兹的Xrs一样，支气管前扩张剂AX（2.77 hPa·s·L-1）和支气管扩张后AX（1.23 hPa·s·L-1）都低于ULN。虽然支气管扩张剂前后值降低了-55%，但这低于Oostveen等人报告的第 95百分位（即AX在4 Hz时为-56.0%）。综上所述，AX也被认为是正常的。
图1：呼吸阻力（Rrs）和电抗（Xrs）作为健康成年人振荡频率（Hz）的函数。 在每个测量频率下，为所有重复项的平均± SD 绘制 Rrs（蓝色圆圈）和 Xrs（红色方块）。每个数据点代表总呼吸或全呼吸测量值。使用采用5-37 Hz范围内的伪随机相对素数信号类型的设备收集数据。有关此设备的更多详细信息，请参阅 材料表 。 请点击此处查看此图的放大版本。
图 2：支气管扩张剂前后评估。 支气管扩张剂给药前（开放圆圈）和之后（开放三角形）的呼吸阻力（Rrs;蓝色）和电抗（Xrs;红色）。红色虚线分别表示 Rrs 和 Xrs 的法线上限和下限14。数据是使用采用4-48 Hz范围内伪随机信号类型的设备收集的。有关此设备的更多详细信息，请参阅 材料表 。 请点击此处查看此图的放大版本。
| 变量 | T1 | T2 航站楼 | T3 航站楼 | T4 航站楼 | 平均 | 标清 |
| 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 |
| 德尔塔 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 |
| 斧头 | 2.83 | 2.57 | 2.05 | 2.98 | 2.61 | 0.41 |
| 弗雷斯 | 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 |
表1：所选FOT参数的标准报告：试验摘要。 此表说明了试验（T1-T4）中所有测量重复及其汇总统计数据（平均值和标准偏差（SD））。所有试验的平均值用于表示测试会话。通用参数列在"变量"下。电阻（Rrs）和电抗（Xrs）用于5，11和19 Hz的整个呼吸，以及5 Hz的吸气期间（Rrs5（insp）和Xrs5（insp））。报告的其他参数包括 5 Hz 时的电抗面积 （AX）、谐振频率 （Fres） 和潮气量 （Vt）。
| 变量 | 预测 | 内审律师 | 榆树 | 基线平均值 | 预测百分比 | Z 分数 |
| 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 | - | - |
| 德尔塔 Xrs5 | - | - | - | -0.47 | - | - |
| Xrs11 | -0.14 | -0.26 | - | -0.05 | 36% | 0.22 |
| Xrs19 | - | - | - | 0.96 | - | - |
| 斧头 | 4.08 | 5.11 | 2.61 | 64% | -0.64 | |
| 弗雷斯 | 12.73 | - | 13.14 | 11.36 | 89% | - |
表 2：所选 FOT 参数的标准报告：参考值和预测值。 目前，对于在基本报告中包括哪些FOT参数尚未达成共识;但是，ERS 技术标准提供了一个示例，说明可以报告哪些参数4，这些参数包含在下表中。此表说明了测试会话报告的平均测量值以及当前可用的随附参考值。通用参数列在"变量"下。电阻（Rrs）和电抗（Xrs）用于5，11和19 Hz的整个呼吸，以及5 Hz的吸气期间（Rrs5（insp）和Xrs5（insp））。报告的其他参数包括 5 Hz 时的电抗面积 （AX） 和谐振频率 （Fres）。对于具有可用参考值的参数14，还会计算预测值、预测百分比、正常下限和上限（LLN、ULN）和 Z 评分值。
| 支气管扩张剂前 | 支气管扩张剂后 | |||||||||
| 变量 | T1 | T2 航站楼 | T3 航站楼 | 平均 | 标清 | T1 | T2 航站楼 | T3 航站楼 | 平均 | 标清 |
| 断续器 | 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 |
| 斧头 | 2.50 | 2.02 | 2.79 | 2.44 | 0.39 | 0.73 | 1.95 | 1.01 | 1.23 | 0.64 |
表3：解释低频电阻（Rrs），电抗（Xrs）和电抗面积（AX）：试验摘要。 该表说明了试验（支气管扩张剂前后）的所有测量重复及其汇总统计数据（平均值和标准偏差（SD））。所有试验的平均值用于表示测试会话的基线平均值（支气管扩张前）和支气管扩张剂后平均值。
| 变量 | 预测 | 内审律师 | 榆树 | 基线平均值 | 预测百分比 | 后 BD 平均 | 预测百分比 | 绝对变化 | 百分比变化 |
| 断续器 | 2.14 | 那 | 2.59 | 3.32 | 155% | 1.80 | 84% | 1.52 | -45.78% |
| Xrs | -0.97 | -1.11 | 那 | -0.98 | 101% | -0.83 | 86% | -0.15 | 15.31% |
| 斧头 | 2.15 | 那 | 3.08 | 2.44 | 113% | 1.23 | 57% | 1.21 | -49.59% |
表 4：解释低频电阻 （Rrs）、电抗 （Xrs） 和电抗面积 （AX）：参考值和预测值。 报告低频 （4 Hz） Rrs、Xrs 和 AX 以及相应的预测值、预测百分比以及 normal14 的下限 （LLN） 和上限 （ULN）。显示支气管扩张剂之前（基线平均值）和之后（BD后平均值）的测量值及其相应的绝对和相对变化（百分比变化）。
Discussion
最近关于FOT4的ERS技术标准强调了测量更加严格和标准化的必要性。在测试之前、期间和之后，必须严格遵守几个关键步骤。建议在需要深呼吸（如身体体积描记法和扩散能力）的更多依赖于力的动作之前进行FOT。最终用户需要至少每天或在测试前立即验证具有已知阻抗的测试负载。由训练有素的人员给出的清晰、一致和精确的指令可以最大限度地减少数据收集中的外在可变性。每个研究或临床实验室都应制定自己的方案，实施ERS技术指南推荐的最小指导技术。在每次操作期间，最终用户可以观察，识别和纠正可能遇到的潜在错误，例如口腔泄漏，声门闭合，咳嗽和不稳定的呼吸模式，这一点至关重要。虽然某些错误可能难以实时评估，但最终用户不应仅仅依赖于所用特定设备的自动检测。应彻底审查制造商设定的可接受标准，并应遵守ERS声明的其他标准。虽然每个设备都会生成一个独特的报告，但FOT参数的标准化报告是可能的，并且可以促进实验室和研究之间的比较。最后，必须在研究和临床环境中执行严格的质量控制程序，包括对健康生物控制的常规评估。
严格遵守标准化协议将最大限度地减少性能的可变性。然而，达到CoV≤10%可能仍然很困难，并且对于患有气道疾病的人来说可能并不总是可能的。技术人员有责任努力将可变性降至最低，当无法获得CoV≤10%时，需要考虑几种策略。首先，确保在类似情况下对每个重复进行测量。这包括监控个人的姿势，手的位置以及遵守其他说明。技术人员可以考虑重复最初的指示，提供额外的视觉演示，并为个人提供延长的休息间隔。根据经验，发现过度变异的常见原因包括在重复测量之间采用不同的坐姿，个人可以重新定位自己，以获得更舒适的姿势或压力以到达烟嘴。当使用便携式FOT设备时，这是最常见的，这些设备设计为由技术人员固定，其中吹嘴的位置未固定。为了解决这个问题，可以购买灵活的手臂支架，这些支架设计用于容纳相机等电子设备，可以快速固定在桌子或桌子上，并适应个人定位。在确保重复测量之间的性能适当且一致后，技术人员应获取其他重复。
与肺活量测定法不同，肺活量测定法建议最多尝试八次以避免疲劳，而FOT可能没有建议的最大重复次数，可能是因为它与努力无关的方法。在实践中，一些研究人员获得多达八次重复测量18，我们的实验室使用多达10次测量的类似经验法则。建立上限对于定义测试会话的结束实际上很重要。这样做对于患有呼吸道疾病的个体尤其重要，其中大于10%的CoV可能反映潜在的疾病过程，而不是努力不足。Harkness等人最近描述了他们与这些患者群体的经历，并建议更自由的临界值（CoV高达20%）仍然可以报告用于临床解释。每个诊所和研究实验室都应该在实际决策之间取得平衡，例如时间限制，考生的能力和疲劳程度，以及达到CoV截止值的可能性。需要考虑的一种方法是实施评分系统。例如，一旦从最多10次尝试中获得至少三次无伪影的重复测量，应用对应于CoV水平的字母等级 - 即"A"≤10%;"B">10%和≤15%;"C">15%和≤20%;和"D">20%。要考虑的其他策略可能包括修改软件和硬件采集参数，以实现更完整的呼吸。例如，一些制造商的设置可以适应更长的记录持续时间和/或延长的记录时间，以实现超过ERS建议的至少三次完整呼吸。在报告FOT结果时，必须披露所有采集参数，以便于解释和与其他已发表文献的比较。FOT采集参数将继续积极研究，并可能导致未来对FOT性能和测量的修改。
本文旨在重点介绍FOT的最新技术和应用，并为成人测试提供标准化方案。然而，重要的是要认识到FOT的相关局限性。首先，阻抗测量对胸外影响等伪影尤其可疑4。因此，目前的协议侧重于最大限度地减少这种影响，例如确保在采集过程中适当的脸颊支撑。此外，流量中断（例如，舌头覆盖烟嘴、吞咽、误呼吸）妨碍了准确的测量，并导致 Zrs 计算的有效呼吸次数减少19。其次，尽管从患者的角度来看，FOT很容易执行，但对于技术人员和临床医生来说，识别这些伪影以及解释输出是一项挑战20。例如，当前的FOT设备产生大量数据来表征个人的呼吸力学;然而，缺乏参考值和围绕关键变量的共识是减缓其临床采用的因素。同样，虽然建议至少获得三个无伪影试验4，但如果进行了三个以上的试验并发现可接受，则目前对于选择使用哪些试验来代表测试会话的推荐方法没有达成共识。因此，FOT在各种气道疾病中的临床应用仍在继续积极研究。最后，从技术角度来看，FOT制造商在以下方面存在异质性：i）频率波形，ii）错误检测算法，以及iii）呼吸间和呼吸内分析2，21，22，23，24。上述许多限制可以通过遵循标准化协议以及输出和记录参数的透明报告来解决。
肺功能测试传统上包括肺容量和容量的测量，以及气体交换的有效性，这需要检查者和考生的大量指导，合作和努力。此外，在演习过程中经常吸入不同浓度的气体混合物，有些人可能会认为这是侵入性技术。这些与FOT相反，FOT使用侵入性较小的振荡频率检查肺的机械性能，如RR，弹性和惰性。因此，FOT可以作为全面肺功能评估的有用补充。例如，在症状与传统肺功能检查不成比例的情况下，FOT可以提供独特的临床见解，例如职业暴露和/或不明原因的呼吸困难9，11。此外，FOT对于筛查未来肺部疾病风险较高的人群（如无症状吸烟者25和有环境暴露者）也很重要26。最后，最近的数据已经确定，FOT也可能对某些疾病状况的日常监测有独特的帮助，例如运动引起的支气管收缩27和类风湿性关节炎相关的肺部症状28。本文重点介绍FOT在成人群体中的应用，尽管FOT的临床和研究效用在儿科人群中也得到了很好的描述29，30。
未来的研究方向应进一步关注FOT的技术和性能方面，例如标准化数据呈现和报告，以及表征相关的可变性和可重复性。在临床环境中，FOT可广泛用于评估呼吸困难和早期发现所有年龄组的慢性气道疾病或全身性疾病相关的肺部表现。
Disclosures
所有作者都声明没有财务冲突。
Acknowledgments
这项工作部分得到了电力研究所授予的合同#10010115CN2的支持。内容不代表美国退伍军人事务部或美国政府的观点。
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).
