JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
русский

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicine

Использование метода форсированных колебаний для оценки дыхательной механики у взрослых

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

Поскольку для характеристики дыхательной механики все шире используется метод форсированных колебаний (FOT), необходимо стандартизировать методы в отношении зарождающихся технических руководящих принципов и различных рекомендаций производителя. Для содействия стандартизации методов предоставляется подробный протокол, включающий оценку и интерпретацию FOT для двух случаев.

Abstract

Растет интерес к использованию метода форсированных колебаний (FOT) или осциллометрии для характеристики дыхательной механики у здоровых и больных людей. FOT, дополнительный метод к традиционному тестированию функции легких, использует диапазон колебательных частот, наложенных на приливное дыхание, для измерения функциональной зависимости между давлением в дыхательных путях и потоком. Эта пассивная оценка обеспечивает оценку сопротивления дыхательной системы (Rrs) и реактивности (Xrs), которые отражают калибр дыхательных путей и накопление и рассеивание энергии соответственно. Несмотря на недавний рост популярности и обновленные технические стандарты, клиническое внедрение было медленным, что отчасти связано с отсутствием стандартизации в отношении сбора и представления данных FOT. Целью этой статьи является решение проблемы отсутствия стандартизации в лабораториях путем предоставления всеобъемлющего письменного протокола для FOT и сопроводительного видео. Чтобы проиллюстрировать, что этот протокол может использоваться независимо от конкретного устройства, в примерах корпуса и видеодемонстрации были использованы три отдельных устройства FOT. Эти усилия направлены на стандартизацию использования и интерпретации FOT, предоставление практических предложений, а также освещение будущих вопросов, которые необходимо решить.

Introduction

Метод форсированных колебаний (FOT) или осциллометрия был впервые представлен более 60 лет назад1 и позволяет измерять дыхательную механику с помощью внешних колебаний давления, наложенных во время приливного дыхания. Короче говоря, давление и воздушный поток измеряются в устье преобразователями в диапазоне частот. Спектральный анализ затем используется для определения импеданса (Zrs) или амплитуды и разности фаз между давлением и воздушным потоком на каждой частоте2,3. Zrs представляет собой сумму сил, противостоящих колебаниям давления, и обычно характеризуется компонентами сопротивления (Rrs) и реактивного сопротивления (Xrs). Rrs отражает диссипативные механические свойства дыхательной системы (рассеивание энергии), тогда как Xrs отражает динамическую эластацию и инерцию дыхательной системы (накопление энергии). Оценка Zrs на множественных частотах колебаний дополнительно позволяет оценить равномерность распределения воздушного потока. Для обзора обработки сигналов FOT, физиологических принципов и приложений: пожалуйста, обратитесь к заявлениям Целевой группы Европейского респираторного общества (ERS)2,4.

FOT не является заменой спирометрии, а скорее дополнительной оценкой функции легких. Однако он может предложить несколько преимуществ по сравнению со спирометрическим тестированием, включая измерения, выполняемые во время приливного дыхания (независимо от усилий), и потенциал для оценки дистальных или небольших дыхательных путей, которые невозможны при спирометрии5. В результате ФОТ приобрел значительную популярность в педиатрических условиях6,7, а также для оценки симптоматического пациента с нормальной или сохраненной спирометрией8,9,10,11. FOT также продемонстрировал клиническую полезность во время тестирования бронхопровокации, при котором симптомы более тесно связаны с FOT, чем спирометрия12. Кроме того, FOT требует более низких доз бронхоповокационных агентов, чтобы вызвать измеримые различия в дыхательной функции13.

В свете этих результатов интерес к FOT для клинической практики и исследований в последние годы вырос. Фактически, согласно поиску Scopus, проведенному в июле 2021 года по терминам «метод форсированных колебаний» или «импульсная осциллометрия», медианное количество публикаций по FOT увеличилось с 35 в год (2000-2010) до 94 в год (2010-2020). Несмотря на этот всплеск интереса, стандартизации в сборе и представлении данных FOT только недавно стало уделяться больше внимания в связи с недавними техническими стандартами ERS для респираторной осциллометрии4. В настоящее время коммерчески доступны несколько систем FOT, которые варьируются в зависимости от типа сигнала давления (например, псевдослучайный, поток импульсов), эпохи записи, частотного диапазона и разрешения14. Несмотря на эти различия, сбор и представление данных FOT, выполняемых техническим специалистом, может следовать универсальному подходу, который находится в центре внимания настоящей рукописи. При этом предоставляется стандартизированный протокол, который соответствует техническим стандартам ERS4. Этот протокол проиллюстрирован практическими примерами с исследованиями и клиническими данными, полученными в нашей лаборатории. В частности, основное внимание уделяется применению и интерпретации FOT при клинической оценке одышки у взрослых.

Protocol

Следующий протокол был одобрен Институциональным наблюдательным советом Университета Рутгерса. Все добровольцы, участвующие в этом исследовании, предоставили письменное информированное согласие перед всеми испытаниями. 1. Предварительная подготовка к тестам Оцените человека на аллергию или чувствительность к материалам мундштука или зажимов для носа, для оральной или лицевой боли, препятствующей надлежащему уплотнению на мундштуке, для способности следовать указаниям и для известной чувствительности к бронходилатирующему агенту, который будет использоваться. Убедитесь, что человек удобно одевается и воздерживается от физических упражнений или употребления тяжелой пищи перед тестированием. Обратитесь к местной лабораторной политике в отношении использования кофеина, табачных изделий или ингаляторов перед тестированием. Сначала выполняйте FOT в ситуациях множественных легочных функциональных тестов, требующих глубоких вдохов. Проводите тестирование в тихой и комфортной обстановке. Подготовьте расходные материалы и материалы до прибытия человека. Обеспечьте регулируемое кресло без колес, чтобы ноги человека были плоскими к полу. Предоставьте человеку одноразовый антибактериальный фильтр и зажим для носа, которые будут использоваться для тестирования. Придерживайтесь местных лабораторных процедур ношения средств индивидуальной защиты при тестировании. 2. Проверка с импедансной испытательной нагрузкой Найдите объект тестовой нагрузки перед тестированием пользователя.ПРИМЕЧАНИЕ: Статические испытательные нагрузки представляют собой поставляемые заводом-изготовителем объекты с известным импедансом (предпочтительно с резистивными, упругими и инерционными компонентами), которые специфичны для каждого устройства. Используйте испытательную нагрузку с импедансом приблизительно 15 гПа·с· L-1, который превышает ожидаемые Zrs для взрослых. Убедитесь, что испытательная нагрузка откалибрована на заводе-изготовителе (если применимо).ПРИМЕЧАНИЕ: Некоторые тестовые нагрузки требуют ежегодной заводской перекалибровки, поэтому следуйте протоколу, описанному в руководстве по устройству. Обратитесь к руководству или обратитесь к производителю, если тестовая нагрузка для проверки случайно упала или визуально повреждена. Откройте меню калибровки или проверки в программном обеспечении. Твердо вставьте контрольное нагрузочное устройство в устройство FOT и завершите процедуру проверки в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя. Просмотрите и сохраните результаты проверки.ПРИМЕЧАНИЕ: Успешная проверка гарантирует, что измеренные значения соответствуют испытательной нагрузке в пределах допуска ≤+10% или ±0,1 гПа·с· Л-1. Если проверка не удалась или привела к ошибкам, убедитесь, что испытательная нагрузка была правильно установлена в устройство FOT и в потоке нет препятствий. Обратитесь к руководству для получения советов по устранению неполадок. Проверяйте устройство с тестовой нагрузкой ежедневно или непосредственно перед тестированием. 3. Процедура испытания Предоставьте стандартизированные инструкции и демонстрацию для человека. Сообщите человеку приблизительную продолжительность одного приобретения и количество реплик, которые будут выполнены (см. шаг 3.2). Пусть человек знает об ощущениях, которые он будет испытывать от колебаний, например, трепетания или вибраций в груди и во рту. Дайте человеку знать, что устройство начнет колебания после короткого периода наблюдения, чтобы регулировать дыхание. Проинструктируйте человека избегать глотания в течение периода тестирования. Проинструктируйте человека сидеть вертикально с плоскими ногами на полу и подбородком лицом вверх в течение всего периода тестирования. Проинструктируйте человека создать уплотнение с губами и зубами на мундштуке с помощью демонстрации. Проинструктируйте человека держать язык расслабленным. Попросите человека твердо прижать открытые ладони к щекам кончиками пальцев возле виска и большими пальцами, следующими за нижнечелюстной линией. Проинструктируйте человека держать локти слегка расклешенными в удобном положении, чтобы обеспечить расширение груди. Проинструктируйте человека поддерживать регулярное спокойное дыхание на мундштуке, пока техник не попросит его остановиться. Выполнение сеанса измерения Придерживайтесь стандартов гигиены и инфекционного контроля, описанных для спирометрии15. Прикрепите антибактериальный фильтр к устройству.ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте фильтры, соответствующие рекомендациям ATS/ERS с сопротивлением <1,5 гПа·с· L-1 со скоростью потока менее 14 л/с, как проверено заводом-изготовителем. Предоставьте инструкции, как описано в шаге 3.1, и убедитесь, что человек правильно расположен с носовым зажимом на месте и плотно закрытым ртом вокруг мундштука устройства. После того, как человек завершит несколько дыхательных циклов стабильного, пассивного и комфортного приливного дыхания, убедитесь, что устройство автоматически начинает получать данные. В качестве альтернативы технический специалист может инициировать сбор данных с помощью программного обеспечения. Попросите человека сойти с мундштука после того, как во время одного приобретения будет получено по крайней мере три дыхания без артефактов.ПРИМЕЧАНИЕ: Для достижения трех вдохов без артефактов рекомендуется минимальная продолжительность записи 30 с. Настройки некоторых устройств FOT автоматически останавливаются на заранее определенной продолжительности записи и / или достижении определенного количества вдохов (см. раздел 4 для получения подробной информации об идентификации артефактов). Отрегулируйте интервалы покоя между повторными измерениями (примерно 60-90 с) по мере необходимости, чтобы избежать физического дискомфорта. При необходимости оцените реакцию бронходилататора. Вводите сальбутамол человеку в соответствии со стандартными лабораторными процедурами для аэрозольных препаратов (например, дозированный ингалятор, небулайзер) и подождите 15 мин16.ПРИМЕЧАНИЕ: При использовании дозированного ингалятора с спейсером вводят четыре отдельные дозы по 100 мкг. Повторите те же процедуры, что и раньше (см. шаг 3.2), чтобы получить постброносилататорные реплики. 4. Определение допустимых измерений Идентификация артефактов с помощью визуального осмотра. Для этого следите за глубиной (приливным объемом; Vt) и частота дыхания (частота дыхания; fR) в режиме реального времени во время захвата, чтобы визуально обеспечить стабильные и спокойные паттерны дыхания от репликации к репликации.ПРИМЕЧАНИЕ: Для каждой реплики в программном обеспечении будет отображаться средний Vt, fR или их продукт (минутная вентиляция, V̇E). Сравните это значение между репликами, чтобы обеспечить индивидуальную обратную связь о глубине и скорости дыхания, если это необходимо. Проверьте реплику вручную, чтобы исключить такие артефакты, как кашель, глотание, утечка или другие прерывания потока и следы давления, которые можно просматривать в режиме реального времени. Отбросьте любые реплики, содержащие отрицательные сопротивления. Просмотр автоматического обнаружения артефактов программным обеспечением.ПРИМЕЧАНИЕ: Производители используют программные алгоритмы для обнаружения артефактов и исключения полного или частичного дыхания (т.е. вдохновения и истечения срока действия). Ознакомьтесь с применяемыми алгоритмами и сообщите об этом при обобщении данных из сеанса измерения. Часто эти алгоритмы включают идентификацию Rrs, Xrs и моделей дыхания за пределами нормальных физиологических диапазонов, а также выбросы при сравнении дыхания за дыханием. Оценка изменчивости Приобретите, по крайней мере, три приемлемые реплики (т.е. те, которые содержат ≥3 дыхания без артефактов). Рассчитайте внутрисессионный коэффициент вариации (КоВ) для общего числа Rrs на самой низкой частоте (например, Rrs при 5 Гц).ПРИМЕЧАНИЕ: CoV рассчитывается по следующей формуле: Поскольку допустимый КоВ в течение сеанса для взрослых составляет ≤10%, получите дополнительные реплики, если КоВ составляет >10%, или перейдите к шагу 5, если КоВ составляет ≤10%.ПРИМЕЧАНИЕ: Достижение CoV ≤10% может быть затруднено у людей с заболеваниями дыхательных путей. 5. Отчетные данные Включите следующие сведения при представлении отчетов о результатах FOT. Укажите имя устройства, модель, версию программного обеспечения и производителя. Включите форму сигнала входной частоты стимула (например, псевдослучайный шум, многочастотный) и связанный с ним диапазон частот. Включите подробную информацию о субъективных и автоматических процедурах контроля качества, используемых для определения приемлемых реплик, и о количестве включенных реплик без артефактов. Включите повторяемость или точность измерения (CoV) и светотеневой сети. Сообщите о среднем значении измерений репликации, которые не содержали артефактов и предоставили ≤ CoV 10% для параметров FOT. Придерживайтесь лабораторных стандартов в отношении того, какие параметры FOT следует сообщать.ПРИМЕЧАНИЕ: Хотя в настоящее время нет консенсуса в отношении того, какие переменные FOT следует включать, технический стандарт ERS предоставляет пример того, какие параметры могут быть сообщены, как показано в таблице 1 для примера результатов, представленных ниже. Используйте эталонные уравнения из изучаемой популяции с использованием того же устройства FOT (если доступно).ПРИМЕЧАНИЕ: Многие справочные уравнения предполагают точную запись возраста, пола, роста и веса14. При желании сообщите как об абсолютной, так и относительной разнице, если FOT был выполнен до и после бронходилататора. Также включают дозу сальбутамола. 6. Контроль и поддержание качества Используйте программу контроля качества с использованием биологического контроля (т. Е. ≥2 здоровых некурящих людей), которая включает в себя регулярное тестирование на периодической основе. Установить исходный уровень (среднее ± SD) путем получения 10-20 измерений репликации без артефактов в разные дни (полученных в течение 2 недель) из каждого биологического контроля. Выберите низкочастотный (5 Гц) и среднечастотный (20 Гц) параметр сопротивления и реактивного сопротивления для контроля качества. При последующем рутинном периодическом тестировании сравните результаты с исходными показателями.ПРИМЕЧАНИЕ: Обратитесь к рекомендуемому руководству для лабораторий легочной функции17 для получения дополнительной информации о том, как оценивать и принимать стандарты обеспечения качества. Частота биологических контрольных испытаний (например, еженедельно, ежемесячно) должна отражать объем испытаний в лаборатории. Следуйте рекомендациям производителей по регулярному техническому обслуживанию, такому как очистка, замена воздушного фильтра, обновление программного обеспечения и заводская калибровка.

Representative Results

Во-первых, случай здорового взрослого человека представлен в качестве практического примера сбора данных и того, как техник выбирает индивидуальные измерения для отчетности (пример 1). Во-вторых, приведен клинический пример пациента, направленного на необъяснимую одышку для приобретения FOT до и после бронходилататора с акцентом на интерпретацию (Пример случая 2). Отметим, что FOT-устройства от двух разных производителей были целенаправленно использованы в этих примерах для иллюстрации универсального подхода. Дополнительная информация приведена в Таблице материалов. Пример случая 1FOT проводилась у здоровой 25-летней испаноязычной женщины (рост: 164 см, вес: 84,9 кг). Участник никогда не курил, отрицал респираторные симптомы и не имел истории заболеваний легких или другой значительной истории болезни в прошлом. Она воздерживалась от кофеина (≥8 ч) и энергичных физических упражнений (≥24 ч). У нее было недавнее спирометрическое исследование, которое было прочитано как нормальное без признаков обструкции или ограничения: FEV1 / FVC: 0,88, FEV1: 3,30 л (прогнозировалось 98%) и FVC: 3,70 л (прогнозировалось 97%). После объяснения и демонстрации процедур испытаний были получены три измерения FOT примерно за 1-2 минуты между записями. Визуальный осмотр и алгоритм контроля качества программного обеспечения не выявили никаких артефактов. Затем Rrs с частотой 5 Гц для первых трех измерений исследовали для подтверждения КоВ в течение сеанса (индивидуальные измерения: 3,06, 3,79, 3,46 гПа·с · Л-1; средний: 3.44 гПа·с· L-1, стандартное отклонение: 0,36 гПа·с L-1, CoV = стандартное отклонение / среднее = 0,36 / 3,44 = 0,105 * 100 = 10,5%). Поскольку CoV первых трех измерений составлял >10%, необходимы дополнительные измерения. Получено четвертое измерение (Rrs при 5 Гц = 3,40 гПа·с· L-1) и в течение сеанса CoV пересчитывали с использованием всех измерений (индивидуальные измерения: 3,06, 3,79, 3,46, 3,40 гПа·с· Л-1; средний: 3.43 гПа·с· Л-1; стандартное отклонение: 0,30 гПа·с· Л-1; CoV = стандартное отклонение / среднее = 0,30 / 3,43 = 0,087 * 100 = 8,7%) Поскольку критерии CoV в течение сессии были выполнены, средние индексы FOT были рассчитаны как среднее значение измерений. Эти измерения проиллюстрированы на рисунке 1 и представлены в таблице 1. Кроме того, для облегчения сравнения с ожидаемыми значениями в таблице 2 представлены прогнозируемые значения по всем индексам FOT (где доступны прогнозируемые значения), нижним границам нормы (LLN), верхним границам нормы (ULN), % прогнозируемых и Z-баллам с использованием стандартных эталонных уравнений, учитывающих возраст, пол и вес14. Пример случая 248-летний кавказский мужчина (рост: 185 см, вес: 89 кг) был направлен в наш центр для оценки хронического кашля и одышки без очевидной причины (например, лекарства, респираторные или сердечно-сосудистые заболевания или сопутствующие заболевания психического здоровья). Он всю жизнь никогда не курил, но одобрил воздействие паров, газов, пыли и паров во время 7-месячного военного развертывания в Ираке. Было проведено полное тестирование функции легких (т.е. плетизмография тела, бронходилататорная спирометрия и диффузионная способность легких для окиси углерода), и все результаты были в пределах нормы. ФОТ проводили до и через 15 мин после введения бронходилататора (4 затяжки по 100 мкг сальбутамола через дозированный ингалятор с спейсером) (рисунок 2). Данные отдельных испытаний и средние значения представлены в таблице 3 до- и пост-бронходилататорного введения; поскольку каждое испытание было технически приемлемым, измерения до и после бронходилататора, а также их абсолютная и относительная разница представлены в таблице 4. Кроме того, прогнозируемые значения, % от прогнозируемых, LLN и ULN также сообщаются с использованием стандартных эталонных уравнений, которые учитывают возраст, пол и вес14. Мы разграничили переменные, представленные в таблице 3 и таблице 4 , чтобы упростить иллюстрацию двух концепций: 1) определение аномальных и нормальных реакций и 2) обратимость бронходилататора. Для измерений Rrs значения, превышающие ULN (т.е. повышенное сопротивление), считаются ненормальными. Здесь пребронходилататор Rrs при 4 Гц (3,32 гПа·с· L-1) превышает ВГН (2,59 гПа·с· L-1) и составляет 155% от прогнозируемого значения ([3,32 / 2,14] * 100 = 155,14). После введения бронходилататора Rrs при 4 Гц снижались на 45,78%, превышая 95-й процентиль, о котором сообщали Oostveen et al.14 (т.е. -32% для Rrs при 4 Гц). Этот ответ будет указывать на положительную реакцию бронходилататора на резистентность. Кроме того, наблюдаемое значение постброносилататора нормализуется (т.е. становится репрезентативным для того, что считается нормальным значением) и составляет 84,1% от прогнозируемого значения ([1,80 / 2,14] * 100 = 84,11). Xrs при 4 Гц интерпретируется по-разному, так как наблюдаемые значения отрицательны. Поэтому аномальными значениями являются те, которые превышают LLN (т.е. более отрицательное реактивное сопротивление). Здесь у человека был пребронходилататор (-0,98 гПа·с· L-1) и постброносилататор (-0,83 гПа·с· L-1) значения, превышающие LLN (-1,11 гПа·с· Л-1). Разница между пре- и постбронходилататором составила примерно 15%, что ниже 95-го процентиля, о котором сообщили Oostveen et al.14 (т.е. +33,8% в Xrs при 4 Гц). Поэтому все значения Xrs считаются нормальными. Площадь реактивного сопротивления (или AX) является интегрированной областью низкочастотного реактивного сопротивления и, следовательно, является положительным значением. Аномальные значения AX – это те, которые превышают ULN, отражая более отрицательное реактивное сопротивление. Как xrs при 4 Гц, предбрходинатор AX (2,77 гПа·с· L-1) и постброносилататор AX (1,23 гПа·с· L-1) находятся ниже ULN. Хотя произошло снижение на -55% от пре- до пост-бронходилататора, это падает ниже 95-го процентиля, о котором сообщили Oostveen et al.14 (т.е. -56,0% для AX при 4 Гц). Взятые вместе, AX также считается нормальным. Рисунок 1: Дыхательное сопротивление (Rrs) и реактивность (Xrs) в зависимости от частоты колебаний (Гц) у здорового взрослого человека. Средние ± SD всех реплик строятся для Rrs (синие круги) и Xrs (красные квадраты) на каждой измеряемой частоте. Каждая точка данных представляет собой общие или полные измерения дыхания. Данные были собраны с помощью устройства, которое использует псевдослучайный, относительный тип сигнала простых чисел в диапазоне 5-37 Гц. Пожалуйста, ознакомьтесь с Таблицей материалов для получения дополнительной информации об этом устройстве. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 2: Оценка до и после бронходилататора. Дыхательная резистентность (Rrs; синий) и реактивность (Xrs; красный) до (открытые круги) и после (открытые треугольники) введения бронходилататора. Пунктирные красные линии представляют верхнюю и нижнюю границы нормы для Rrs и Xrs соответственно14. Данные собирались с помощью устройства, использующего псевдослучайный тип сигнала в диапазоне 4-48 Гц. Пожалуйста, ознакомьтесь с Таблицей материалов для получения дополнительной информации об этом устройстве. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Переменная Т1 Т2 Т3 Т4 Средняя СД Ррс5 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 Ррс11 2.77 4.02 3.08 2.89 3.19 0.57 Ррс19 2.92 3.71 3.30 3.13 3.27 0.33 Ррс5-19 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 Дельта 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 ТОПОР 2.83 2.57 2.05 2.98 2.61 0.41 Фрес 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 Таблица 1: Стандартная отчетность по отдельным параметрам FOT: Резюме испытаний. Эта таблица иллюстрирует все реплики измерений в испытаниях (T1-T4) и их сводные статистические данные (средние значения и стандартные отклонения (SD)). Средние значения по всем испытаниям используются для представления тестового сеанса. Общие параметры перечислены в разделе Переменная. Сопротивление (Rrs) и реактивность (Xrs) обеспечиваются для целых вдохов при 5, 11 и 19 Гц, а также при вдохе при 5 Гц (Rrs5 (insp) и Xrs5 (insp)). Дополнительные параметры включают площадь реактивного сопротивления (AX) при 5 Гц, резонансную частоту (Fres) и приливный объем (Vt). Переменная Предсказанный ЛНН УЛН Базовый средний % от прогнозируемого Z Score Ррс5 3.76 – 4.11 3.43 91% -0.34 Rrs5 (insp) – – – 3.43 – – Ррс11 2.74 – 3.18 3.19 116% -0.33 Ррс19 3.52 – 3.92 3.27 93% -0.3 Ррс5-19 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 – – Дельта Xrs5 – – – -0.47 – – Xrs11 -0.14 -0.26 – -0.05 36% 0.22 Xrs19 – – – 0.96 – – ТОПОР 4.08 5.11 2.61 64% -0.64 Фрес 12.73 – 13.14 11.36 89% – Таблица 2: Стандартная отчетность по отдельным параметрам FOT: справочные и прогнозируемые значения. В настоящее время нет консенсуса в отношении того, какие параметры СОТ следует включить в базовый доклад; однако технический стандарт ДЗЗ содержит пример того, какие параметры могут быть сообщены4, которые включены в сопроводительную таблицу. В этой таблице показаны усредненные значения измерений, полученные в ходе тестового сеанса, а также сопутствующие справочные значения, имеющиеся в настоящее время. Общие параметры перечислены в разделе Переменная. Сопротивление (Rrs) и реактивность (Xrs) обеспечиваются для целых вдохов при 5, 11 и 19 Гц, а также при вдохе при 5 Гц (Rrs5 (insp) и Xrs5 (insp)). Дополнительные параметры включают площадь реактивного сопротивления (AX) на частоте 5 Гц и резонансную частоту (Fres). Для параметров с доступными эталонными значениями14 также рассчитываются прогнозируемые, % прогнозируемые, нижние и верхние пределы нормы (LLN, ULN) и значения Z-балла. Пре-бронходилататор Постбронходилататор Переменная Т1 Т2 Т3 Средняя СД Т1 Т2 Т3 Средняя СД Ррс 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 ТОПОР 2.50 2.02 2.79 2.44 0.39 0.73 1.95 1.01 1.23 0.64 Таблица 3: Интерпретация низкочастотного сопротивления (Rrs), реактивного сопротивления (Xrs) и области реактивного сопротивления (AX): Резюме испытаний. В этой таблице показаны все реплики измерений в испытаниях (до и после бронходилататора) и их сводные статистические данные (средние значения и стандартные отклонения (SD)). Средние значения во всех испытаниях используются для представления значений тестового сеанса для базовых средних значений (до бронходилататора) и пост-бронходилататорных средних значений. Переменная Предсказанный ЛНН УЛН Базовый средний % от прогнозируемого Пост БД Авг % от прогнозируемого Абсолютное изменение % Изменение Ррс 2.14 Н.А. 2.59 3.32 155% 1.80 84% 1.52 -45.78% Xrs -0.97 -1.11 Н.А. -0.98 101% -0.83 86% -0.15 15.31% ТОПОР 2.15 Н.А. 3.08 2.44 113% 1.23 57% 1.21 -49.59% Таблица 4: Интерпретация низкочастотного сопротивления (Rrs), реактивного сопротивления (Xrs) и области реактивного сопротивления (AX): опорные и прогнозируемые значения. Низкочастотные (4 Гц) Rrs, Xrs и AX сообщаются вместе с соответствующими прогнозируемыми значениями, % от прогнозируемых, и нижними (LLN) и верхними (ULN) пределами нормы14. Измерения до (Baseline Avg) и после (Post BD Avg) бронходилататора представлены вместе с соответствующими им абсолютными и относительными изменениями (% изменения).

Discussion

Недавний технический стандарт ERS на FOT4 подчеркивает необходимость большей строгости и стандартизации измерений. Необходимо тщательное соблюдение нескольких критических шагов до, во время и после тестирования. Рекомендуется, чтобы FOT выполнялся перед более чувствительными от усилий маневрами, требующими глубоких вдохов, таких как плетизмография тела и диффузионная способность. Проверка конечным пользователем испытательной нагрузки с известным импедансом требуется, по крайней мере, ежедневно или непосредственно перед тестированием. Четкие, последовательные и точные инструкции, данные обученным персоналом, могут свести к минимуму внешние различия в сборе данных. Каждая исследовательская или клиническая лаборатория должна разработать свой собственный протокол, реализующий минимальные методы коучинга, рекомендованные техническими руководящими принципами ERS. Крайне важно, чтобы во время каждого маневра конечные пользователи могли наблюдать, идентифицировать и исправлять потенциальные ошибки, которые могут возникнуть, такие как утечки рта, закрытие гортани, кашель и нестабильное дыхание. Хотя некоторые ошибки может быть трудно оценить в режиме реального времени, конечные пользователи не должны зависеть исключительно от автоматического обнаружения с конкретного используемого устройства. Приемлемые критерии, установленные производителем, должны быть тщательно пересмотрены, а дополнительные критерии должны соответствовать заявлениям ДЗЗ. Хотя каждое устройство будет генерировать уникальный отчет, стандартизированная отчетность параметров FOT возможна и может облегчить сравнение между лабораториями и исследованиями. Наконец, строгие процедуры контроля качества, включая рутинную оценку здорового биологического контроля (ов), должны выполняться как в исследовательских, так и в клинических условиях.

Строгое соблюдение стандартизированного протокола позволит свести к минимуму вариативность производительности. Тем не менее, достижение CoV ≤10% все еще может быть трудным и, возможно, не всегда возможным у людей с заболеваниями дыхательных путей. Технический специалист обязан стремиться к минимизации изменчивости, и есть несколько стратегий, которые следует учитывать, когда ≤10% CoV не может быть получен. Во-первых, убедитесь, что измерение получено при одинаковых обстоятельствах для каждой реплики. Это включает в себя мониторинг осанки человека, размещения рук и соблюдения других инструкций. Техник может рассмотреть возможность повторения первоначальных инструкций, обеспечения дополнительной визуальной демонстрации и предложения человеку длительного интервала отдыха. Основываясь на опыте, было установлено, что общая причина чрезмерной изменчивости включает в себя принятие другого положения сидя между повторяющимися измерениями, посредством которого люди могут перепозиционировать себя для достижения более удобного положения или напряжения, чтобы достичь мундштука. Это наиболее распространено при использовании портативных устройств FOT, предназначенных для удержания техником, где положение мундштука не зафиксировано. Для решения этой проблемы можно приобрести гибкие крепления для рук, которые предназначены для удержания электронных устройств, таких как камеры, которые могут быть быстро закреплены на столе или столе и приспособиться к индивидуальному позиционированию. После обеспечения надлежащей и согласованной производительности между реплицированными измерениями технический специалист должен приобрести дополнительные реплики.

В отличие от спирометрии, при которой рекомендуется максимум восемь попыток, чтобы избежать усталости, не существует максимального количества реплик, рекомендуемых для FOT, вероятно, из-за его независимого от усилий подхода. На практике некоторые исследователи получают до восьми реплицированных измерений18, и аналогичное эмпирическое правило до 10 измерений используется в нашей лаборатории. Установление верхнего предела практически важно для определения конца сеанса тестирования. Это особенно актуально для людей с респираторными заболеваниями, при которых CoV более 10% может отражать основные процессы заболевания, а не плохие усилия. Harkness et al.18 недавно описали свой опыт работы с этими группами пациентов и предположили, что более либеральное отсечение (CoV до 20%) все еще может быть сообщено для клинической интерпретации. Каждая клиника и исследовательская лаборатория должны балансировать между практическими решениями, такими как ограничение по времени, способности и уровень усталости экзаменуемого, а также вероятность достижения отсечения CoV. Одним из подходов, которые следует рассмотреть, является внедрение системы классификации. Например, как только по меньшей мере три измерения репликации без артефактов получены максимум из 10 попыток, примените буквенную оценку, соответствующую уровням CoV, т.е. ‘A’ ≤10%; “B” > 10% и ≤15%; «С» > 15% и ≤20%; и «D» > 20%. Дополнительные стратегии, которые следует рассмотреть, могут включать модификацию параметров приобретения программного и аппаратного обеспечения для достижения более полного дыхания. Например, некоторые производители имеют настройки для размещения большей продолжительности записи и / или расширенных периодов записи, чтобы достичь большего, чем рекомендованный ERS минимум три полных вдоха. При представлении результатов FOT необходимо раскрывать все параметры приобретения, чтобы облегчить интерпретацию и сравнение с другой опубликованной литературой. Параметры приобретения FOT продолжают активно изучаться и, вероятно, приведут к будущим изменениям в производительности и измерении FOT.

В этой статье цель состоит в том, чтобы осветить новейшие технологии и применение FOT, а также обеспечить стандартизированный протокол для тестирования у взрослых. Однако важно признать связанные с FOT ограничения. Во-первых, измерения импеданса особенно подозрительны для таких артефактов, как экстраторакальные воздействия4. Поэтому текущий протокол фокусируется на минимизации этого влияния, например, на обеспечении надлежащей поддержки щек во время приобретения. Кроме того, перерывы в потоке (например, закрытие языка мундштуком, глотание, ошибочные вдохи) исключают точное измерение и приводят к меньшему количеству допустимых вдохов для расчетов Zrs19. Во-вторых, хотя FOT легко выполнить с точки зрения пациента, идентификация этих артефактов, а также интерпретация выходных данных является сложной задачей для техника и клинициста20. Например, современные устройства FOT производят значительный объем данных для характеристики дыхательной механики человека; однако нехватка референсных значений и консенсус в отношении ключевых переменных являются факторами, которые замедляют его клиническое принятие. Аналогичным образом, хотя рекомендуется получить по крайней мере три испытания без артефактов4, если выполнено и признано приемлемым более трех испытаний, в настоящее время нет консенсуса в отношении рекомендуемых методов выбора того, какие из этих испытаний используются для представления тестовой сессии. Таким образом, клиническая полезность FOT при различных заболеваниях дыхательных путей продолжает активно исследоваться. Наконец, с технической точки зрения, существует неоднородность среди производителей FOT в отношении следующего: i) формы частотных сигналов, ii) алгоритмы обнаружения ошибок и iii) меж- и внутридыханный анализ2,21,22,23,24. Многие из вышеупомянутых ограничений могут быть устранены путем соблюдения стандартизированного протокола, а также прозрачной отчетности о выходных и регистрирующих параметрах.

Тесты функции легких традиционно включают измерения объемов и емкости легких, а также эффективности газообмена, которые требуют значительных инструкций, сотрудничества и усилий как от экспертов, так и от экзаменуемых. Кроме того, смесь газов в различных концентрациях часто вдыхается во время маневров, которые некоторые могут считать инвазивными методами. Они контрастируют с FOT, в котором механические свойства легких, такие как Rrs, эластанс и инертность, исследуются с использованием менее инвазивных колебательных частот. Таким образом, FOT может служить полезным дополнением к комплексной оценке функции легких. Например, FOT может обеспечить уникальное клиническое понимание в сценариях, где симптомы непропорциональны традиционному тестированию функции легких, таким как профессиональное воздействие и / или необъяснимая одышка9,11. Кроме того, FOT также может быть важен для скрининга тех, кто подвергается более высокому риску будущих заболеваний легких, таких как бессимптомные курильщики25 и те, кто подвергается воздействию окружающей среды26. Наконец, более поздние данные показали, что FOT также может быть однозначно полезен для ежедневного мониторинга определенных заболеваний, таких как бронхоконстрикция, вызванная физическими упражнениями27, и легочные симптомы, связанные с ревматоидным артритом28. В настоящей статье основное внимание уделяется применению FOT во взрослом населении, хотя клиническая и исследовательская полезность FOT была хорошо описана и в педиатрических популяциях29,30.

Будущие направления исследований должны быть дополнительно сосредоточены на технических и эксплуатационных аспектах FOT, таких как стандартизация представления данных и отчетности, а также характеристика связанной с этим изменчивости и повторяемости. В клинических условиях ФОТ может широко использоваться для оценки одышки и раннего выявления хронических заболеваний дыхательных путей или системных заболеваний, связанных с легочными проявлениями во всех возрастных группах.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была подкреплена, в частности, контрактом #10010115CN2 с Научно-исследовательским институтом электроэнергетики. Содержание не отражает точку зрения Министерства по делам ветеранов США или правительства Соединенных Штатов.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Tags

Forced Oscillation TechniqueFOTRespiratory MechanicsLung FunctionSmall AirwaysAt-home MonitoringVentilator OptimizationQuiet EnvironmentTest Load VerificationTest DurationDisposable FilterNose ClipLip SealHand Positioning

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image