Aangezien het gebruik van geforceerde oscillatietechniek (FOT) steeds vaker wordt gebruikt om ademhalingsmechanica te karakteriseren, is er behoefte aan standaardisatiemethoden met betrekking tot ontluikende technische richtlijnen en de aanbevelingen van verschillende fabrikanten. Een gedetailleerd protocol wordt verstrekt, inclusief FOT-beoordeling en -interpretatie voor twee gevallen om de standaardisatie van methoden te vergemakkelijken.
Er is een toenemende belangstelling voor het gebruik van de geforceerde oscillatietechniek (FOT) of oscillometrie om de ademhalingsmechanica bij gezonde en zieke personen te karakteriseren. FOT, een aanvullende methode voor traditionele longfunctietests, maakt gebruik van een reeks oscillerende frequenties bovenop getijdenademhaling om de functionele relatie tussen luchtwegdruk en stroming te meten. Deze passieve beoordeling geeft een schatting van de weerstand van het ademhalingssysteem (Rrs) en reactantie (Xrs) die respectievelijk het kaliber van de luchtwegen en energieopslag en -dissipatie weerspiegelen. Ondanks de recente toename van populariteit en bijgewerkte technische normen, is de klinische acceptatie traag geweest, wat gedeeltelijk verband houdt met het gebrek aan standaardisatie met betrekking tot de verwerving en rapportage van FOT-gegevens. Het doel van dit artikel is om het gebrek aan standaardisatie tussen laboratoria aan te pakken door een uitgebreid schriftelijk protocol voor FOT en een bijbehorende video te bieden. Om te illustreren dat dit protocol ongeacht een bepaald apparaat kan worden gebruikt, zijn drie afzonderlijke FOT-apparaten gebruikt in de casusvoorbeelden en videodemonstratie. Deze inspanning is bedoeld om het gebruik en de interpretatie van FOT te standaardiseren, praktische suggesties te doen en toekomstige vragen te benadrukken die moeten worden aangepakt.
De geforceerde oscillatietechniek (FOT) of oscillometrie werd meer dan 60 jaar geleden voor het eerst geïntroduceerd1 en biedt meting van ademhalingsmechanica via extern toegepaste drukoscillaties bovenop elkaar tijdens getijdenademhaling. Kortom, druk en luchtstroom worden gemeten aan de mond door transducers over een reeks frequenties. Spectrale analyse wordt vervolgens gebruikt om impedantie (Zrs) of de amplitude- en faseverschillen tussen druk en luchtstroom op elke frequentie te bepalen2,3. Zrs vertegenwoordigt de som van krachten die tegendrukoscillaties ingaan en wordt meestal gekenmerkt door componenten van weerstand (Rrs) en reactantie (Xrs). Rrs weerspiegelt de dissipatieve mechanische eigenschappen van het ademhalingssysteem (energiedissipatie), terwijl Xrs dynamische elastantie en traagheid van het ademhalingssysteem (energieopslag) weerspiegelt. Zrs-beoordeling bij meerdere oscillatiefrequenties maakt het verder mogelijk om de uniformiteit van de luchtstroomverdeling te beoordelen. Voor een overzicht van fot-signaalverwerking, fysiologische principes en toepassingen: zie de verklaringen van de European Respiratory Society (ERS) Task Force2,4.
FOT is geen vervanging voor spirometrie, maar eerder een aanvullende beoordeling van de longfunctie. Het kan echter verschillende voordelen bieden ten opzichte van spirometrische tests, waaronder metingen uitgevoerd tijdens getijdenademhaling (inspanningsonafhankelijk) en potentieel voor het beoordelen van de distale of kleine luchtwegen die niet haalbaar zijn met spirometrie5. Als gevolg hiervan heeft FOT aanzienlijke populariteit gewonnen in de pediatrische setting6,7, evenals voor de evaluatie van de symptomatische patiënt met normale of geconserveerde spirometrie8,9,10,11. FOT heeft ook klinisch nut aangetoond tijdens bronchoprovocatietests waarbij de symptomen sterker geassocieerd zijn met FOT dan spirometrie12. Bovendien vereist FOT lagere doses bronchoprovocatieve middelen om meetbare verschillen in ademhalingsfunctie te induceren13.
In het licht van deze bevindingen is de interesse in FOT voor klinische praktijk en onderzoek de afgelopen jaren sterk toegenomen. Sterker nog, volgens een Scopus-onderzoek in juli 2021 naar de termen ‘geforceerde oscillatietechniek’ of ‘impulsoscillometrie’ steeg het mediane aantal publicaties over FOT van 35 per jaar (2000-2010) naar 94 per jaar (2010-2020). Ondanks deze golf van interesse heeft standaardisatie in de verwerving en rapportage van FOT-gegevens pas onlangs meer aandacht gekregen met de recente ERS Technical Standards for Respiratory Oscillometry4. Op dit moment zijn er verschillende FOT-systemen in de handel verkrijgbaar die variëren per druksignaaltype (bijv. Pseudorandom, impulstrein), opnametijdperk, frequentiebereik en resolutie14. Ondanks deze verschillen kan de verwerving en rapportage van FOT-gegevens zoals uitgevoerd door de technicus een universele aanpak volgen die de focus is van het huidige manuscript. Hierin wordt een gestandaardiseerd protocol verstrekt dat consistent is met de ERS Technical Standards4. Dit protocol wordt geïllustreerd aan de hand van praktijkvoorbeelden met onderzoek en klinische gegevens die in ons laboratorium zijn verkregen. Specifiek ligt de focus op de toepassing en interpretatie van FOT in de klinische evaluatie van volwassen dyspneu.
De recente ERS Technical Standard on FOT4 benadrukt de noodzaak van meer striktheid en standaardisatie van metingen. Strikte naleving van verschillende kritieke stappen voor, tijdens en na het testen is noodzakelijk. Het wordt aanbevolen om FOT uit te voeren voorafgaand aan meer inspanningsafhankelijke manoeuvres die diepe ademhalingen vereisen, zoals lichaamsplethysmografie en diffusiecapaciteit. Verificatie door de eindgebruiker van de testbelasting met bekende impedantie is ten minste dagelijks of onmiddellijk voorafgaand aan de test vereist. Duidelijke, consistente en nauwkeurige instructies van getraind personeel kunnen extrinsieke variabiliteiten in het verzamelen van gegevens minimaliseren. Elk onderzoeks- of klinisch laboratorium moet zijn eigen protocol ontwikkelen dat de minimale coachingtechnieken implementeert die worden aanbevolen door de technische richtlijnen van het ERS. Het is van cruciaal belang dat de eindgebruikers tijdens elke manoeuvre potentiële fouten kunnen observeren, identificeren en corrigeren die kunnen worden aangetroffen, zoals mondlekken, glottische sluiting, hoesten en onstabiele ademhalingspatronen. Hoewel bepaalde fouten moeilijk in realtime te evalueren kunnen zijn, moeten eindgebruikers niet alleen afhankelijk zijn van automatische detectie van het specifieke apparaat dat wordt gebruikt. Aanvaardbare criteria die door de fabrikant zijn vastgesteld, moeten grondig worden herzien en aanvullende criteria moeten voldoen aan de ERS-verklaringen. Hoewel elk apparaat een uniek rapport genereert, is gestandaardiseerde rapportage van FOT-parameters mogelijk en kan vergelijking tussen laboratoria en studies worden vergemakkelijkt. Ten slotte moeten rigoureuze kwaliteitscontroleprocedures, inclusief routinematige beoordeling van gezonde biologische bestrijding (en), worden uitgevoerd in zowel onderzoeks- als klinische omgevingen.
Strikte naleving van een gestandaardiseerd protocol zal de variabiliteit in prestaties minimaliseren. Het bereiken van een CoV ≤10% kan echter nog steeds moeilijk zijn en misschien niet altijd mogelijk bij mensen met een luchtwegaandoening. Het is de verantwoordelijkheid van de technicus om te streven naar het minimaliseren van variabiliteit en er zijn verschillende strategieën om te overwegen wanneer een CoV ≤10% niet kan worden verkregen. Zorg er ten eerste voor dat de meting onder vergelijkbare omstandigheden wordt verkregen voor elke replicaat. Dit omvat het bewaken van de houding van het individu, de plaatsing van de hand en de naleving van andere instructies. De technicus kan overwegen de eerste instructies te herhalen, extra visuele demonstratie te geven en het individu een verlengd rustinterval te bieden. Op basis van ervaring is gebleken dat een veel voorkomende reden voor overmatige variabiliteit het aannemen van een andere zitpositie tussen replicatiemetingen is, waarbij individuen zichzelf kunnen herpositioneren om een comfortabelere positie te bereiken of spanning om het mondstuk te bereiken. Dit komt het meest voor bij het gebruik van draagbare FOT-apparaten die zijn ontworpen om door de technicus te worden vastgehouden waarbij de positie van het mondstuk niet is vastgesteld. Om dit probleem aan te pakken, kunnen flexibele armbevestigingen worden gekocht, die zijn ontworpen om elektronische apparaten zoals camera’s vast te houden, die snel aan een bureau of tafel kunnen worden bevestigd en individuele positionering mogelijk maken. Nadat de prestaties geschikt en consistent zijn tussen replicatiemetingen, moet de technicus aanvullende replicaties verkrijgen.
In tegenstelling tot spirometrie waarbij maximaal acht pogingen worden aanbevolen om vermoeidheid te voorkomen, is er geen maximum aantal replicaties aanbevolen voor FOT, waarschijnlijk vanwege de inspanningsonafhankelijke aanpak. In de praktijk verwerven sommige onderzoekers tot acht replicatiemetingen18 en in ons laboratorium wordt een vergelijkbare vuistregel van maximaal 10 metingen gebruikt. Het vaststellen van een bovengrens is praktisch belangrijk om het einde van een testsessie te definiëren. Dit is met name relevant voor personen met luchtwegaandoeningen, waarbij CoV van meer dan 10% onderliggende ziekteprocessen kan weerspiegelen in plaats van slechte inspanning. Harkness et al.18 beschreven onlangs hun ervaring met deze patiëntenpopulaties en suggereerden dat een meer liberale cut-off (CoV tot 20%) nog steeds kan worden gerapporteerd voor klinische interpretatie. Elke kliniek en elk onderzoekslaboratorium moet balanceren tussen praktische beslissingen zoals tijdsdruk, het vermogen en vermoeidheidsniveau van de onderzoeker, evenals de waarschijnlijkheid van het bereiken van de CoV-cutoff. Een benadering om te overwegen is de implementatie van een beoordelingssysteem. Zodra bijvoorbeeld ten minste drie artefactvrije replicatiemetingen zijn verkregen uit maximaal 10 pogingen, past u een lettercijfer toe dat overeenkomt met CoV-niveaus – d.w.z. ‘A’ ≤10%; ‘B’ > 10% en ≤15%; ‘C’ > 15% en ≤20%; en ‘D’ > 20%. Aanvullende strategieën die moeten worden overwogen, kunnen modificatie van software- en hardware-acquisitieparameters omvatten om volledigere ademhalingen te bereiken. Sommige fabrikanten hebben bijvoorbeeld instellingen voor langere opnameduur en/of langere opnameperioden om meer te bereiken dan het door ERS aanbevolen minimum van drie volledige ademhalingen. Bij het rapporteren van FOT-resultaten is het noodzakelijk om alle acquisitieparameters bekend te maken om interpretatie en vergelijking met andere gepubliceerde literatuur te vergemakkelijken. FOT-acquisitieparameters worden nog steeds actief onderzocht en zullen waarschijnlijk resulteren in toekomstige wijzigingen in FOT-prestaties en -metingen.
In dit artikel is het doel om de nieuwste technologie en toepassing van FOT te benadrukken en een gestandaardiseerd protocol te bieden voor het testen bij volwassenen. Het is echter belangrijk om de bijbehorende beperkingen van FOT te erkennen. Ten eerste zijn impedantiemetingen bijzonder verdacht voor artefacten zoals extra-thoracale invloeden4. Daarom richt het huidige protocol zich op het minimaliseren van deze invloed, zoals het zorgen voor een goede wangondersteuning tijdens de acquisitie. Bovendien verhinderen onderbrekingen in de stroming (bijv. tong die het mondstuk bedekt, slikken, dwalende ademhalingen) nauwkeurige metingen en resulteren ze in minder geldige ademhalingen voor Zrs-berekeningen19. Ten tweede, hoewel FOT gemakkelijk uit te voeren is vanuit het perspectief van de patiënt, is het identificeren van deze artefacten en het interpreteren van de uitvoer een uitdaging voor de technicus en clinicus20. De huidige FOT-apparaten produceren bijvoorbeeld een aanzienlijke hoeveelheid gegevens om de ademhalingsmechanica van een persoon te karakteriseren; het gebrek aan referentiewaarden en consensus rond belangrijke variabelen zijn echter factoren die de klinische acceptatie ervan vertragen. Evenzo, hoewel het wordt aanbevolen om ten minste drie artefactvrije proeven4 te verkrijgen, als meer dan drie onderzoeken worden uitgevoerd en aanvaardbaar worden bevonden, is er momenteel geen consensus over de aanbevolen methoden om te selecteren welke van deze onderzoeken worden gebruikt om de testsessie weer te geven. Als zodanig blijft het klinische nut van FOT bij een verscheidenheid aan luchtwegaandoeningen actief worden onderzocht. Ten slotte is er vanuit technisch perspectief heterogeniteit tussen FOT-fabrikanten met betrekking tot het volgende: i) frequentiegolfvormen, ii) algoritmen voor foutdetectie en iii) inter- en intra-ademanalyses2,21,22,23,24. Veel van de bovengenoemde beperkingen kunnen worden aangepakt door een gestandaardiseerd protocol te volgen, evenals transparante rapportage van uitvoer- en opnameparameters.
Longfunctietests omvatten traditioneel metingen van longvolumes en -capaciteiten en de effectiviteit van gasuitwisseling, die aanzienlijke instructies, samenwerking en inspanning van zowel examinatoren als examinatoren vereisen. Bovendien wordt een mengsel van gassen in verschillende concentraties vaak ingeademd tijdens manoeuvres, wat sommigen als invasieve technieken zouden kunnen beschouwen. Deze contrasteren met FOT, waarbij mechanische eigenschappen van de longen zoals Rrs, elastance en inertantie worden onderzocht met behulp van minder invasieve oscillerende frequenties. Fot kan dus dienen als een nuttige aanvulling op een uitgebreide longfunctiebeoordeling. FOT kan bijvoorbeeld uniek klinisch inzicht bieden in scenario’s waarin de symptomen niet in verhouding staan tot traditionele longfunctietests, zoals die met beroepsmatige blootstelling en / of onverklaarbare dyspneu9,11. Bovendien kan FOT ook belangrijk zijn voor het screenen van mensen met een hoger risico op toekomstige longziekten zoals asymptomatische rokers25 en mensen met blootstelling aan het milieu26. Ten slotte hebben recentere gegevens aangetoond dat FOT ook uniek nuttig kan zijn voor de dagelijkse monitoring van bepaalde ziekteomstandigheden zoals door inspanning geïnduceerde bronchoconstrictie27 en reumatoïde artritis-gerelateerde pulmonale symptomen28. Het huidige artikel richt zich op de toepassing van FOT in de volwassen populatie, hoewel het klinische en onderzoeksnut van FOT ook goed is beschreven in pediatrische populaties29,30.
Toekomstige richtingen voor onderzoek moeten zich verder richten op technische en prestatieaspecten van FOT, zoals het standaardiseren van gegevenspresentatie en rapportage, evenals het karakteriseren van bijbehorende variabiliteit en herhaalbaarheid. In klinische omgevingen kan FOT op grote schaal worden gebruikt voor de beoordeling van kortademigheid en vroege detectie van chronische luchtwegaandoeningen of systemische ziektegerelateerde pulmonale manifestaties in alle leeftijdsgroepen.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door de gunning van een contract #10010115CN2 van het Electric Power Research Institute. De inhoud vertegenwoordigt niet de standpunten van het Amerikaanse ministerie van Veteranenzaken of de regering van de Verenigde Staten.
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 |