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Medicine

成人の呼吸力学の評価のための強制振動技術の採用

Published: February 09, 2022
doi:
10.3791/63165
, , , , ,
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

Summary

呼吸力学を特徴付けるために強制振動技術(FOT)の使用がますます利用されるにつれて、初期の技術ガイドラインおよび様々な製造業者の勧告に関して方法を標準化する必要がある。方法の標準化を容易にするために、2つのケースのFOT評価と解釈を含む詳細なプロトコルが提供されています。

Abstract

健常者および罹患者の呼吸力学を特徴付けるために、強制振動技術(FOT)またはオシロメトリーの使用に対する関心が高まっている。従来の肺機能検査を補完する方法であるFOTは、潮汐呼吸に重畳されたさまざまな振動周波数を利用して、気道圧力と流れの機能的関係を測定します。この受動的評価は、気道口径とエネルギー貯蔵と散逸をそれぞれ反映する呼吸器系抵抗(Rrs)とリアクタンス(Xrs)の推定値を提供します。最近の人気の高まりと技術基準の更新にもかかわらず、臨床的採用は遅く、FOTデータの取得と報告に関する標準化の欠如に部分的に関連しています。この記事の目標は、FOTのための包括的な書面によるプロトコルとそれに付随するビデオを提供することによって、ラボ間の標準化の欠如に対処することです。このプロトコルが特定の装置に関係なく利用され得ることを説明するために、3つの別個のFOT装置が、事例例およびビデオデモンストレーションにおいて採用されている。この取り組みは、FOTの使用と解釈を標準化し、実用的な提案を提供し、対処する必要がある将来の問題を強調することを目的としています。

Introduction

強制振動法(FOT)またはオシロメトリーは、60年以上前に初めて導入され1、潮汐呼吸中に重畳された外部から加えられた圧力振動を介して呼吸力学を測定することができます。簡単に言えば、圧力と気流は、さまざまな周波数にわたって探触子によって口で測定されます。次に、スペクトル解析を使用して、インピーダンス(Zrs)または各周波数における圧力と気流の振幅と位相の違いを決定します2,3。Zrsは圧力振動に反対する力の合計を表し、典型的には抵抗(Rrs)とリアクタンス(Xrs)の成分によって特徴付けられる。Rrsは呼吸器系の散逸的な機械的特性(エネルギー散逸)を反映し、Xrsは呼吸器系の動的弾性と慣性(エネルギー貯蔵)を反映します。複数の発振周波数でのZrs評価は、さらに、気流分布の均一性の評価を可能にする。FOT信号処理、生理学的原理、およびアプリケーションのレビューについては、欧州呼吸器学会(ERS)タスクフォースの声明2,4を参照してください。

FOTはスパイロメトリーに代わるものではなく、むしろ肺機能の補完的な評価です。しかし、潮汐呼吸中に行われる測定(労力に依存しない)や、スパイロメトリーでは実現不可能な遠位または小さな気道を評価する可能性など、肺活量測定試験よりもいくつかの利点を提供する可能性があります5。その結果、FOTは小児科の設定6,7、ならびに正常または保存された肺活量測定8,9,10,11を有する症候性患者の評価のためにかなりの人気を得ている。FOTはまた、気管支誘発試験中に臨床的有用性を実証しており、それによって症状はスパイロメトリーよりもFOTとより強く関連している12。さらに、FOTは、呼吸機能の測定可能な差異を誘発するために、より低用量の気管支誘発剤を必要とする13。

これらの知見を踏まえ、近年、臨床実践や研究のためのFOTへの関心が高まっている。実際、2021年7月に行われた「強制振動技術」または「インパルスオシロメトリー」という用語のScopus検索によると、FOTに関する出版物の中央値は、年間35件(2000-2010)から年間94件(2010-2020)に増加しました。このような関心の高まりにもかかわらず、FOTデータの取得と報告における標準化は、最近の呼吸オシロメトリーのERS技術基準4で注目を集めたのはごく最近のことです。現在、圧力信号タイプ(例えば、擬似ランダム、インパルスの列)、記録エポック、周波数範囲、および分解能によって変化するいくつかのFOTシステムが市販されている14。これらの違いにもかかわらず、技術者によって実行されるFOTデータの取得と報告は、本稿の焦点である普遍的なアプローチに従うことができる。本明細書では、ERS技術規格4と一致する標準化されたプロトコルが提供される。このプロトコルは、私たちの研究室で取得した研究および臨床データを用いて、実用的な例によって説明されています。具体的には、成人呼吸困難の臨床評価におけるFOTの適用と解釈に焦点を当てています。

Protocol

以下のプロトコルは、ラトガース大学治験審査委員会によって承認された。この研究に参加したすべてのボランティアは、すべてのテストの前に書面によるインフォームドコンセントを提供しました。 1. 試験前準備 マウスピースまたはノーズクリップ材料に対するアレルギーまたは感受性、マウスピースの適切なシールを妨げる口腔または顔面の痛み、指示に従う能力、および使用される気管支拡張剤に対する既知の感受性について、個人を評価する。 個人が快適に服を着ていることを確認し、テスト前に重い食事を運動したり摂取したりしないようにしてください。試験前に、カフェイン、タバコ製品、または吸入器の使用に関する地元の実験室の方針を参照してください。 深呼吸を必要とする複数の肺機能検査の状況で最初にFOTを実行します。 静かで快適な環境でテストを実行します。本人が到着する前に,物資や資料を準備してください。 車輪のない調節可能な椅子を用意して、個人の足が床に対して平らであることを確認します。 テストに使用する使い捨ての抗菌フィルターとノーズクリップを個人に提供します。 テスト時に個人用保護具を着用するための地元の実験室手順に従ってください。 2. インピーダンス試験負荷による検証 個人をテストする前に、テスト負荷オブジェクトを見つけます。メモ:スタティックテスト負荷は、各デバイスに固有の既知のインピーダンス(できれば抵抗、弾性、慣性部品を含む)を持つメーカー提供のオブジェクトです。インピーダンスが約15hPa・s・のテスト負荷を使用するL-1は、成人の予想Zrsを上回っています。 テスト負荷が工場で較正されていることを確認します(該当する場合)。メモ: 一部のテスト負荷では、毎年工場での再較正が必要なため、デバイスマニュアルに記載されているプロトコルに従ってください。 マニュアルを参照するか、検証用のテスト負荷が誤って落下したり、視覚的に損傷しているように見える場合は、製造元に問い合わせてください。 ソフトウェア内でキャリブレーションまたは検証メニューを開きます。 テスト負荷デバイスをFOTデバイスにしっかりと挿入し、製造元の推奨事項に従って検証手順を完了します。 検証結果を確認して保存します。メモ:検証に成功すると、測定値が≤ + 10%または±0.1 hPa・s·L-1.検証に失敗した場合、またはエラーが発生した場合は、テスト負荷がFOTデバイスに正しく装着され、フローに障害物がないことを確認してください。トラブルシューティングのヒントについては、マニュアルを参照してください。 毎日、またはテストの直前にテスト負荷でデバイスを確認します。 3. 試験手順 個人に標準化された指示とデモンストレーションを提供する。 1回の集録のおおよその期間と、実行される反復数について個人に知らせます(ステップ3.2を参照)。 振動から経験する感覚、例えば胸や口の羽ばたきや振動について個人に知らせてください。 呼吸を調節するために、デバイスが短い観察期間の後に振動を開始することを個人に知らせてください。 試験期間中は飲み込まないように個人に指示する。 テスト期間中は、足を床に平らにし、あごを上に向けて直立して座るように指示します。 デモンストレーション を通して マウスピースに唇と歯でシールを作成するように個人に指示します。 舌をリラックスさせておくように個人に指示する。 開いた手のひらを頬にしっかりと当て,こめかみの近くに指先を当て,下顎の線に沿って親指を立てるように指示します。胸の拡張を確実にするために、肘をわずかにフレアしたまま快適な位置に保つように個人に指示します。 技術者から停止を求められるまで、マウスピースで定期的に静かな呼吸を維持するように個人に指示します。 測定セッションの実行 スパイロメトリー15に記載されている衛生および感染管理基準を遵守します。 抗菌フィルターをデバイスに取り付けます。注: ATS/ERS ガイドラインを満たすフィルタを使用し、抵抗<1.5 hPa・s·製造業者によって検証された14 L/s未満の流量のL-1。 ステップ3.1で説明されている指示を行い、ノーズクリップを所定の位置に収め、デバイスのマウスピースの周りに口をしっかりと密閉して、個人が正しく配置されていることを確認します。 個人が安定した、受動的な、快適な潮汐呼吸のいくつかの呼吸サイクルを完了した後、デバイスが自動的にデータの集録を開始することを確認します。あるいは、技術者は、ソフトウェアを使用してデータ取得をトリガしてもよい。 1回の取得中に少なくとも3回のアーティファクトフリー呼吸が獲得された後、マウスピースから外すように個人に指示します。メモ: アーチファクトのない呼吸を 3 回行うには、最低でも 30 秒の録音時間をお勧めします。一部のFOTデバイスの設定は、事前に定義された記録時間および/または一定数の呼吸の達成で自動的に停止します(アーティファクトの識別の詳細については、セクション4を参照してください)。 必要に応じて、反復測定間の休息間隔(約60〜90秒)を調整して、物理的な不快感を避けます。 任意選択で、気管支拡張剤応答を評価する。 エアロゾル薬(例えば、定量吸入器、ネブライザー)のための標準的な実験室手順に従ってサルブタモールを個体に投与し、15分間待つ16。注: スペーサー付きの定量吸入器を使用する場合は、100μgの4つの別々の用量を投与してください。 前と同じ手順を繰り返し(ステップ3.2を参照)、気管支拡張後の複製を取得します。 4. 許容可能な測定値の決定 目視検査によってアーティファクトを特定します。これを行うには、深さ(一回換気量;Vt)および呼吸速度(呼吸周波数;fR)は、取得中にリアルタイムで、複製から複製までの安定した静かな呼吸パターンを視覚的に保証します。メモ:複製ごとに、平均Vt、fR、またはその製品(分換気、V̇E)がソフトウェア内に表示されます。必要に応じて、反復間でこの値を比較して、呼吸の深さと速度に関する個々のフィードバックを提供します。 レプリケートを手動で検査して、咳、嚥下、漏れ、またはリアルタイムで表示できる流れやその他の中断や圧力トレースなどのアーティファクトを除外します。 負性抵抗を含む反復をすべて破棄します。 成果物の自動ソフトウェア検出を確認します。注:メーカーは、アーティファクトを検出し、呼吸の全部または一部(つまり、インスピレーションと有効期限)を除外するためのソフトウェアアルゴリズムを採用しています。適用されたアルゴリズムに精通し、測定セッションからのデータを要約するときにこれを報告してください。多くの場合、これらのアルゴリズムには、通常の生理学的範囲外のRrs、Xrs、および呼吸パターンの識別と、呼吸ごとの比較時の外れ値が含まれます。 変動性の評価 少なくとも3つの許容可能な反復(すなわち、≥3個のアーチファクトのない呼吸を含むもの)を獲得する。最低周波数での合計Rrs(例えば、5HzでのRrs)のセッション内変動係数(CoV)を計算します。注: CoV は、次の式を使用して計算されます。 成人の許容可能なセッション内CoVは≤10%であるため、CoVが>10%の場合は追加の反復を得るか、CoVが≤10%の場合はステップ5に進みます。注:CoV ≤10%を達成することは、気道疾患を有する個人では困難な場合がある。 5. データの報告 FOT の結果を報告するときは、次の詳細を含めてください。 デバイス名、モデル、ソフトウェアのバージョン、および製造元を含めます。 入力刺激周波数波形(例えば、擬似ランダムノイズ、マルチ周波数)および関連する周波数範囲を含む。 許容可能な反復を決定するために使用される主観的および自動的な品質管理手順の詳細と、含まれるアーティファクトのない反復の数を含めます。 測定の再現性または精度(CoV)とカットオフを含めます。 アーチファクトがなく、FOTパラメータに対してCoV ≤10%を提供した反復測定値の平均を報告する。 どのFOTパラメータを報告するかに関する実験室の基準を遵守します。注: 現在、どのFOT変数を含めるかについてコンセンサスはありませんが、ERS技術規格は、以下に示すケース例の結果について 表1 に示すように、報告されるパラメータの例を示しています。 同じFOTデバイス(利用可能な場合)を使用して研究されている母集団からの参照方程式を利用する。注:多くの参照方程式は、年齢、性別、身長、体重の正確な記録を前提としています14。 オプションで、FOTが気管支拡張剤の前後に実施された場合の絶対差と相対差の両方を報告する。また、サルブタモールの用量も含まれる。 6. 品質管理とメンテナンス 生物学的コントロール(すなわち、≥2人の健康な禁煙者)を用いた品質管理プログラムを採用し、定期的に日常的な検査を行う。 各生物学的対照から異なる日(2週間以内に取得)に10〜20個のアーティファクトフリー複製測定値を取得することによって、ベースライン(平均±SD)を確立する。 低周波(5 Hz)および中周波(20 Hz)パラメータを選択して、品質管理のために従う抵抗とリアクタンスを指定します。その後の定期的な定期テストでは、結果をベースライン測定値と比較します。注: 品質保証基準を評価および制定する方法の詳細については、肺機能検査室17の推奨ガイダンスを参照してください。生物学的対照試験の頻度(例えば、毎週、毎月)は、実験室での試験の量を反映するべきである。 クリーニング、エアフィルターの交換、ソフトウェアアップデート、工場出荷時のキャリブレーションなどの定期的なメンテナンスに関するメーカーの推奨事項に従ってください。

Representative Results

まず、データ取得の実際的な例として、健常成人の症例と、技術者が報告のために個々の測定値を選択する方法が提示される(症例例1)。第二に、解釈に重点を置いた気管支拡張剤の前後にFOT獲得のために原因不明の呼吸困難について紹介された患者の臨床例が提供される(症例例2)。2つの異なるメーカーのFOTデバイスが、普遍的なアプローチを説明するために、これらのケース例では意図的に使用されていることに注意してください。その他の詳細は、 材料表に記載されています。 事例1FOTは、健康な25歳のヒスパニック系女性(身長:164cm、体重:84.9kg)において実施された。参加者は非喫煙者であり、呼吸器症状を否定し、肺疾患の病歴やその他の重要な過去の病歴を持っていなかった。彼女はカフェイン(≥8時間)と激しい運動(≥24時間)を控えていました。彼女は最近、障害や制限の兆候なしに通常どおりに読まれた肺活量検査を受けた:FEV1/FVC:0.88、FEV1:3.30 L(98%予測)、およびFVC:3.70 L(97%予測)。 試験手順を説明し、実証した後、記録の間に約1〜2分で3つのFOT測定値が得られた。目視検査とソフトウェアの品質管理アルゴリズムでは、アーティファクトは特定されませんでした。次に、最初の3回の測定の5HzでのRrsを調べ、セッション内CoVを確認した(個々の測定値:3.06、3.79、3.46hPa・s・3.06、3.46hPa・s・3.06、3.46hPa・s・s・s・3.06、3.46hPa・s・s・s・3.06、3.06hPa・s・s・s・3.06、3.46hPa・s・s・3.06、L-1;平均: 3.44 馬力 ・秒·L-1、標準偏差:0.36hPa・s L-1、CoV =標準偏差/平均=0.36/3.44=0.105×100=10.5%)。 最初の3回の測定値のCoVは>10%であったため、追加の測定が必要でした。4番目の測定値が得られた(5HzでのRrs=3.40hPa・s·L-1)およびセッション内CoVは、すべての測定値を用いて再計算した(個々の測定値:3.06、3.79、3.46、3.40hPa・s·L-1;平均: 3.43 hPa·s·L-1;標準偏差: 0.30 hPa·s·L-1;CoV = 標準偏差 / 平均 = 0.30 / 3.43 = 0.087 * 100 = 8.7%) セッション内CoV基準が満たされたため、平均FOT指数は測定値の平均として計算されました。これらの測定値を 図1に示し、 表 1に報告する。さらに、期待値との比較を容易にするために、 表 2は、年齢、性別、および体重を考慮した標準的な参照式を使用して、すべてのFOT指数(予測値が利用可能な場合)、正常の下限(LLN)、正常の上限(ULN)、予測の%およびZスコアにわたる予測値を示しています14。 事例248歳の白人男性(身長:185 cm、体重:89 kg)は、明らかな原因(投薬、呼吸器疾患または心血管疾患、または精神的健康併存疾患など)のない慢性的な咳および労作性呼吸困難の評価のために当センターに紹介されました。彼は生涯一度も喫煙者ではなかったが、イラクへの7ヶ月間の軍事展開中に蒸気、ガス、ほこり、煙にさらされることを支持した。完全な肺機能検査(すなわち、体内プレチスモグラフィー、気管支拡張剤スパイロメトリー、および一酸化炭素の肺拡散能)が実施され、すべての結果は正常範囲内であった。FOTは、気管支拡張剤(スペーサーによる定量吸入器を介して100μgのサルブタモールの4パフ)の投与前および投与後15分間実施した(図2)。個々の試験データおよび平均値を、気管支拡張剤投与前および後表3に提示する。各試験は技術的に許容できたので、気管支拡張剤の前および後の測定値、ならびにそれらの絶対的および相対的な差を表4に報告する。さらに、予測値、予測値の割合、LLN、および ULN も、年齢、性別、および体重を考慮した標準的な参照式を使用して報告されます14。 表3および表4で報告された変数を区切って、2つの概念の図を単純化した:1)異常対正常応答の決定、および2)気管支拡張剤可逆性。Rrs測定の場合、URNを超える値(すなわち、抵抗の上昇)は異常とみなされます。ここで、気管支拡張剤前Rrsは4Hzで(3.L-1)はULNを上回っている(2.59hPa・s·L-1)と予測値の155%([3.32/2.14]×100=155.14)である。気管支拡張剤投与後、4HzでのRrsは、Oostveen et al.14によって報告された95パーセンタイル(すなわち、4HzでのRrsの-32%)を超えて45.78%減少した。この応答は、耐性における陽性の気管支拡張剤応答を示すであろう。さらに、気管支拡張後の観察値は正規化され(すなわち、正常値と見なされるものの代表となった)、予測値の84.1%である([1.80/2.14]*100=84.11)。 4 Hz での Xrs は、観測値が負であるため、異なる方法で解釈されます。したがって、異常値はLLNを超えるものである(すなわち、より負のリアクタンス)。ここで、個体は前気管支拡張剤(-0.98hPa・s·L-1)および気管支後拡張剤(-0.83hPa・s·L-1) LLN (-1.11 hPa・s·L-1)。気管支拡張前と気管支拡張後差は約15%であり、Oostveen et al.14によって報告された95パーセンタイル(すなわち、4HzでのXrsで+33.8%)を下回っている。したがって、すべての Xrs 値は正常と見なされます。 リアクタンス面積(またはAX)は、低周波リアクタンスの積分面積であるため、正の値です。異常なAX値は、ULNを超えるものであり、より負のリアクタンスを反映している。4 Hz での Xrs と同様に、気管支拡張前の AX (2.77 hPa・s·L-1)および気管支拡張後AX(1.23hPa・s·L-1)は、いずれもULNの下方である。気管支拡張剤前から気管支拡張後の値まで-55%の減少があったが、これはOostveen et al.14によって報告された95パーセンタイル(すなわち、4HzでのAXの-56.0%)を下回る。まとめると、AXも正常と見なされます。 図1:健康な成人の振動周波数(Hz)の関数としての呼吸抵抗(Rrs)とリアクタンス(Xrs) すべての反復の平均±SDは、各測定周波数におけるRrs(青い円)とXrs(赤い四角)についてプロットされます。各データ ポイントは、全呼吸または全呼吸測定値を表します。データは、5~37Hzの範囲の擬似ランダム相対素数信号タイプを採用したデバイスを使用して収集されました。このデバイスの詳細については、 材料表 を参照してください。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。 図2:気管支拡張剤の前および後の評価。 気管支拡張剤投与前(白丸)および後(白丸)および呼吸抵抗(Rrs;青)およびリアクタンス(Xrs;赤)。赤い破線は、それぞれRrsとXrsの法線の上限と下限を表します14。データは、4~48Hzの範囲の擬似ランダム信号タイプを採用したデバイスを使用して収集されました。このデバイスの詳細については、 材料表 を参照してください。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。 変数 T1 · ティッカー T3 · T4 · 平均 ティッカー 5ルピー 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 (経験値) -0.63 -0.46 -0.55 -0.77 -0.60 0.13 デルタ 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 2.83 2.57 2.05 2.98 2.61 0.41 フレス 11.27 11.62 10.99 11.57 11.36 0.29 ティッカー 0.90 0.98 0.95 0.61 0.86 0.17 表1:選択されたFOTパラメータの標準報告:試験の要約。 この表は、試行(T1-T4)にわたるすべての測定反復と、それらの要約統計量(平均および標準偏差(SD))を示しています。すべての試行の平均値は、テストセッションを表すために使用されます。共通パラメーターは、「変数」の下にリストされています。抵抗(Rrs)とリアクタンス(Xrs)は、5、11、および19Hzでの呼吸全体、および5Hzでの吸気中(Rrs5(insp)およびXrs5(insp))に提供されます。報告される追加のパラメータには、5Hzでのリアクタンス面積(AX)、共振周波数(フレズ)、および一回換気量(Vt)が含まれる。 変数 予測 ティッカー ウルン ベースライン平均 予測に対する割合 (%) Z スコア 5ルピー 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 (経験値) – – – -0.60 – – デルタ Xrs5 – – – -0.47 – – Xrs11 -0.14 -0.26 – -0.05 36% 0.22 Xrs19 – – – 0.96 – – 斧 4.08 5.11 2.61 64% -0.64 フレス 12.73 – 13.14 11.36 89% – 表2:選択されたFOTパラメータの標準レポート:参照値と予測値。 現在、どのFOTパラメータを基本報告書に含めるべきかについてのコンセンサスはありません。ただし、ERS 技術標準では、報告される可能性のあるパラメータの例が提供されており 4 (添付の表に含まれています)。この表は、テストセッションから報告された平均測定値と、現在利用可能な付随する参照値を示しています。共通パラメーターは、「変数」の下にリストされています。抵抗(Rrs)とリアクタンス(Xrs)は、5、11、および19Hzでの呼吸全体、および5Hzでの吸気中(Rrs5(insp)およびXrs5(insp))に提供されます。報告される追加のパラメータには、5Hzでのリアクタンス面積(AX)と共振周波数(Fres)が含まれます。参照値14が利用可能なパラメータでは、予測値、予測%、正規の下限と上限(LLN、ULN)、およびZスコア値も計算されます。 気管支拡張前 気管支拡張後 変数 T1 · ティッカー T3 · 平均 ティッカー T1 · ティッカー T3 · 平均 ティッカー アール 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 2.50 2.02 2.79 2.44 0.39 0.73 1.95 1.01 1.23 0.64 表3:低周波抵抗(Rrs)、リアクタンス(Xrs)、およびリアクタンス面積(AX)の解釈:試験の概要。 この表は、試験(気管支拡張剤の前後)にわたるすべての測定反復と、それらの要約統計量(平均および標準偏差(SD))を示しています。すべての試験の平均値は、ベースライン平均(気管支拡張前)および気管支拡張後平均のテストセッションの値を表すために使用されます。 変数 予測 ティッカー ウルン ベースライン平均 予測に対する割合 (%) ポストBD平均 予測に対する割合 (%) 絶対的な変化 % 変化 アール 2.14 ティッカー 2.59 3.32 155% 1.80 84% 1.52 -45.78% Xrs -0.97 -1.11 ティッカー -0.98 101% -0.83 86% -0.15 15.31% 斧 2.15 ティッカー 3.08 2.44 113% 1.23 57% 1.21 -49.59% 表4:低周波抵抗(Rrs)、リアクタンス(Xrs)、およびリアクタンス面積(AX)の解釈:基準値と予測値。 低周波 (4 Hz) Rrs、Xrs、および AX は、対応する予測値、予測値の %、および正規の下限 (LLN) と上限 (ULN) とともに報告されます14。気管支拡張剤の前(ベースライン平均)および後(BD平均後)の測定を、それらに対応する絶対的および相対的変化(%変化)とともに提示する。

Discussion

FOT4に関する最近のERS技術規格は、測定の厳密さと標準化の必要性を強調しています。テストの前、最中、および後に、いくつかの重要な手順を厳密に遵守する必要があります。FOTは、身体プレチスモグラフィーや拡散能力などの深呼吸を必要とする、より労力依存的な操作の前に実行することをお勧めします。既知のインピーダンスでテスト負荷のエンドユーザー検証は、少なくとも毎日、またはテストの直前に必要です。訓練を受けた担当者による明確で一貫性のある正確な指示は、データ収集における外因性変動を最小限に抑えることができます。各研究または臨床検査室は、ERS技術ガイドラインによって推奨されている最小限のコーチング技術を実装する独自のプロトコルを開発する必要があります。各操縦中に、エンドユーザーが、口漏れ、血餅閉鎖、咳、不安定な呼吸パターンなど、発生する可能性のある潜在的なエラーを観察、識別、および修正できることが重要です。特定のエラーをリアルタイムで評価するのが難しい場合がありますが、エンドユーザーは、使用する特定のデバイスからの自動検出のみに依存するべきではありません。製造業者によって設定された許容基準は徹底的に見直され、追加の基準はERSステートメントに従う必要があります。各デバイスは独自のレポートを生成しますが、FOTパラメータの標準化されたレポートが可能であり、実験室や研究間の比較を容易にすることができます。最後に、健康な生物学的管理の日常的な評価を含む厳格な品質管理手順は、研究と臨床の両方の場面で実行する必要があります。

標準化されたプロトコルを厳守することで、パフォーマンスのばらつきを最小限に抑えることができます。しかし、CoV ≤10%を達成することは依然として困難であり、おそらく気道疾患を有する人々では必ずしも可能ではないかもしれない。変動性を最小限に抑えるために努力することは技術者の義務であり、CoV ≤10%が得られない場合に考慮すべきいくつかの戦略があります。まず、各反復について、同様の状況下で測定値が取得されるようにします。これには、個人の姿勢、手の配置、および他の指示の遵守を監視することが含まれます。技術者は、最初の指示を繰り返し、追加の視覚的デモンストレーションを提供し、個人に長時間の休息間隔を提供することを検討することができる。経験に基づいて、過度の変動の一般的な理由は、反復測定の間に異なる座位を採用することを含み、それによって、個人がより快適な位置を達成するために自分自身を再配置するか、マウスピースに到達するための緊張を含むことが見出される。これは、マウスピースの位置が固定されていない技術者が保持するように設計されたポータブルFOTデバイスを使用する場合に最も一般的です。この問題に対処するために、カメラなどの電子機器を保持するように設計されたフレキシブルアームマウントを購入し、机やテーブルにすばやく固定し、個々の位置決めに対応できます。レプリケート測定間でパフォーマンスが適切で一貫性があることを確認したら、技術者は追加のレプリケートを取得する必要があります。

疲労を避けるために最大8回の試行が推奨されるスパイロメトリーとは異なり、FOTに推奨される反復の最大数は、おそらくその努力に依存しないアプローチのためである。実際には、一部の研究者は最大8回の反復測定18を取得しており、当研究室では最大10回の測定という同様の経験則が使用されています。上限を設定することは、テストセッションの終了を定義するために実質的に重要です。そうすることは呼吸器疾患を有する個人にとって特に関連性があり、それによって10%を超えるCoVは、不十分な努力ではなく、基礎疾患プロセスを反映する可能性がある。Harknessら18は最近、これらの患者集団に関する彼らの経験を説明し、よりリベラルなカットオフ(CoVは最大20%)が臨床解釈のために依然として報告可能であるかもしれないと示唆した。各診療所および研究所は、時間的制約、受験者の能力および疲労レベル、ならびにCoVカットオフを達成する可能性などの実際的な決定の間でバランスをとるべきである。考慮すべきアプローチの 1 つは、グレーディング システムの実装です。たとえば、最大10回の試行から少なくとも3つのアーティファクトフリー複製測定値が得られたら、CoVレベルに対応するレターグレード、すなわち「A」≤10%を適用します。’B’>10%および≤15%である。’C’>15%および≤20%であった。「D」は20%>します。考慮すべき追加の戦略は、より完全な呼吸を達成するためのソフトウェアおよびハードウェア取得パラメータの変更を含み得る。たとえば、一部のメーカーでは、ERSが推奨する最低3回以上の完全な呼吸を達成するために、より大きな録音時間や拡張された録音エポックに対応する設定があります。FOT結果を報告する際には、他の公開文献との解釈と比較を容易にするために、すべての取得パラメータを開示することが不可欠です。FOT集録パラメータは引き続き積極的に調査されており、FOT性能と測定に将来変更が加えられる可能性があります。

この論文の目的は、FOTの最新技術と応用を強調し、成人の検査のための標準化されたプロトコルを提供することです。しかし、FOTに関連する限界を認識することが重要です。まず、インピーダンス測定は、胸部外の影響などのアーチファクトに対して特に疑わしいものです4。したがって、現在のプロトコルは、取得中に適切な頬のサポートを確保するなど、この影響を最小限に抑えることに重点を置いています。さらに、流れの中断(マウスピースを覆う舌、嚥下、誤った呼吸など)は、正確な測定を妨げ、Zrs計算の有効な呼吸数を減らします19。第二に、FOTは患者の観点からは実行しやすいですが、これらのアーティファクトを特定し、出力を解釈することは、技術者と臨床医にとって困難です20。例えば、現在のFOTデバイスは、個人の呼吸力学を特徴付けるためにかなりの量のデータを生成する。しかし、参照値の不足と主要変数に関するコンセンサスは、その臨床的採用を遅らせる要因です。同様に、少なくとも3つのアーティファクトフリートライアル4を取得することが推奨されますが、3つ以上のトライアルが実行され、許容できることが判明した場合、これらのトライアルのどれをテストセッションを表すために使用するかを選択するための推奨方法に関する現在のコンセンサスはありません。そのため、さまざまな気道疾患におけるFOTの臨床的有用性は、引き続き積極的に研究されています。最後に、技術的な観点から見ると、i)周波数波形、ii)エラー検出のためのアルゴリズム、iii)呼吸間および呼気内分析2、21、22、23、24に関して、FOTメーカー間で異質性があります。前述の制限の多くは、標準化されたプロトコルと、出力および記録パラメータの透過的な報告に従うことによって対処することができます。

肺機能検査には伝統的に、肺の量と容量の測定、ガス交換の有効性が含まれ、検査官と受験者の両方からの多大な指示、協力、および努力が必要です。さらに、様々な濃度のガスの混合物は、しばしば操縦中に吸入され、侵襲的な技術を考慮する人もいるかもしれない。これらは、Rrs、エラスタンス、イナータンスなどの肺の機械的特性が、より侵襲性の低い振動周波数を使用して検査されるFOTとは対照的である。したがって、FOTは、包括的な肺機能評価への有用な付加として役立つことができる。例えば、FOTは、職業ばく露や原因不明の呼吸困難など、症状が従来の肺機能検査に不釣り合いなシナリオにおいて、独自の臨床的洞察を与える可能性があります9,11。さらに、FOTは、無症候性喫煙者25や環境曝露者26など、将来の肺疾患のリスクが高い人をスクリーニングするためにも重要である可能性があります26。最後に、より最近のデータでは、FOTが運動誘発性気管支収縮27や関節リウマチ関連肺症状28などの特定の疾患状態の日々のモニタリングにも役立つ可能性があることが確認されています28。本稿では成人集団におけるFOTの応用に焦点を当てているが、FOTの臨床的および研究的有用性は小児集団においても十分に説明されている29,30。

研究の将来の方向性は、データ表示とレポート作成の標準化、関連する変動性と再現性の特性評価など、FOTの技術的およびパフォーマンス的側面にさらに焦点を当てる必要があります。臨床現場では、FOTは、呼吸困難の評価および慢性気道疾患または全身性疾患関連肺症状の早期発見に、すべての年齢層において広く使用することができる。

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究は、電力研究所からの契約賞#10010115CN2によって部分的に支援されました。内容は、米国退役軍人省または米国政府の見解を表すものではありません。

Materials

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
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References

  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. , (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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Qian, W., Desai, A., Therkorn, J. H., Klein-Adams, J. C., Sotolongo, A. M., Falvo, M. J. Employing the Forced Oscillation Technique for the Assessment of Respiratory Mechanics in Adults. J. Vis. Exp. (180), e63165, doi:10.3791/63165 (2022).
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