肺功能测试系统阻抗对峰值流速、肺容量影响的研究

杨振 金影 沈俊卿 康泰医学系统（秦皇岛）股份有限公司 （河北 秦皇岛 066000）

内容提要：目的：研究肺功能测试系统气流阻抗对肺功能测试的影响。方法：采用前后对比的测试方法，对62例受试者进行试验，在加入不同阻抗时进行用力肺活量对比测试，并进行统计、分析及对比。结果：确认肺功能测试系统阻抗增加，会降低测试的肺功能峰值流速数值，降低肺容量数值，推迟峰值流速到达时间。结论：肺功能测试系统阻抗增大，会导致肺功能测试结果偏差，阻抗越大，偏差越大，可导致临床评估出现差异。为获取正确的肺功能测试结果，需要注意控制系统阻抗数值，确保整体系统阻抗值在要求范围内。

肺功能检查是呼吸生理检查的重要组成部分，包括肺通气、肺换气、气道阻力测试等部分。肺通气是最基础、最常用的检测项目，在慢性阻塞性肺疾病、哮喘等疾病的诊断、分度，气道通畅、呼吸肌力量的判断中起到了非常重要的作用。肺功能仪是临床上应用最广泛的肺功能检测手段，肺功能仪测试的准确性直接影响着临床诊断的结果。

肺功能仪测试时的系统阻抗，是一个影响肺功能测试准确性的参数，对于其上限，国内、国外标准都作出了要求[1,2]。同时需要注意的是肺功能测试系统阻抗除了肺功能仪阻抗外，其他的连接附件也会产生阻抗，如为了降低交叉感染的风险，所使用的一次性呼吸过滤器[3]。系统阻抗是所有器件的总阻抗，如果只控制部分器件阻抗值，当组合成最终使用的系统时，总的阻抗值会超标。比如，肺功能厂家的阻抗标示值为：14L/s时＜1.25cmH2O/L/s（www.sibelmed.com）是符合标准提出的诊断类肺功能设备阻抗＜1.5cmH2O/L/s（0.15kPa/L/s要求的），呼吸过滤器给出的最高阻抗标称值：（1.17±0.11）cmH2O/L/s也是在范围之内的，但当两者配合使用的时候，测试系统阻抗会超出要求[2,4]。气流阻抗的增加会降低肺功能测试的速度及容量数值，对于该影响，许多学者都予以了关注。高怡等[4]对呼吸过滤器的阻抗在肺功能测试产生的影响进行了阐述，指出了阻抗的增加对测量结果带来的差异，但研究过程仅限于过滤器附件阻抗。Johns等[5]针对阻抗影响进行了验证，将不同规格阻抗加入肺功能功能测试系统中，确认了不同阻抗对用力肺功能参数的影响程度，对不同阻抗下的测试参数数值差异进行了定量分析，文中虽然也提出了呼吸过滤器加入可能会影响测试结果，却未做进一步研究。本研究的目的就是以肺功能测试系统为基础，探讨阻抗增加对肺功能测试结果产生的影响。

1.资料与方法

1.1 临床资料

随机选取出62例受试者（男性35例，女性27例），年龄21～71岁，平均（43.97±13.08）岁为研究对象，进行用力肺活量测试对比分析试验。

仪器设备：利用康泰医学系统（秦皇岛）股份有限公司生产的SP10BT肺功能仪进行测试，测量范围及精度为，容量：0～10L，±3%或0.05L（取大值）；速度：0～16L/s，±5%或0.2L/s（取大值）。利用一次性呼吸过滤器和层流筛的阻抗，生成不同的肺功能测试系统阻抗，所选层流筛的阻抗大小为：14L/s时＜1.12cmH2O/L/s，其属性相当于压差肺功能的压阻器件。系统阻抗分配：不加入任何阻抗设备时，为无外加阻抗状态；加入一次性呼吸过滤器时，为可变组抗1，同时加入一次性呼吸过滤器和层流筛时，为可变阻抗2；无外加阻抗、加入可变阻抗1、加入可变阻抗2三种阻抗情况在不同流速时的阻抗值如表1所示。三种状态的阻抗值是由PWG-33BT Pulmonary Waveform Generator波形发生器（由Piston Medical Ltd.生产的肺功能波形发生器，可生成肺功能测试所需波形，进行气流阻抗测试）测试获得。

表1.不同流速下三种阻抗值[cmH2O/(L/s)]

图1为测量设备连接图。测试时，受试者含住吹嘴，向测试系统呼气，气流依次通过吹嘴、可变阻抗、肺功能仪，肺功能仪会通过显示屏显示测量结果，并将结果记录到存储器。

图1.测量设备连接图

1.2 方法

每例受试者分别按照无外加阻抗、加入可变阻抗1、加入可变阻抗2的检测顺序，利用肺功能仪进行用力肺活量检测，并记录各项检测数据。

测试要求：采用用力肺功能测试方法，充分吸气至肺总量，用最快速度，最大用力呼气，呼吸时间≥6s，或时间-容积曲线出现呼气平台持续2s以上[6]。每种阻抗情况测量次数不少于3次（不超过8次），结果选择标准依据《肺功能检查指南》[6]要求进行，选择最佳测试结果。

1.3 测试指标

主要测试并记录用力肺活量（Forced Vital Capacity，FVC）、第1秒用力呼气容积（Forced Expiratory Flow in One Second，FEV1）、呼气流量峰值（Peak Expiratory Flow，PEF）参数。

1.4 统计学分析

所得数据运用统计学软件SPSS25.0进行统计、计算，计量数据以±s的形式表示，采用配对t检验比较法，对三种状态检测后的测量参数进行对比分析。

2.结果

2.1 FVC、FEV1、PEF测试结果对比

对无外加阻抗、加入可变阻抗1、加入可变阻抗2三种不同情况阻抗规格进行测试的结果进行统计，见表2、表3。根据无外加阻抗与加入可变阻抗1前后数值差异可知，在阻抗增大后，数值结果上有着明显偏小，但FVC、FEV1差异无统计学意义，PEF的数值有统计学意义；无外加阻抗与加入可变阻抗2前后，FVC、FEV1、PEF的数值结果上偏小差异增大，P均＜0.05，差异有统计学意义，尤其以PEF值下降最为明显。

表2.可变阻抗1加入前后数值比较

对上述数据进行分析，阻抗增加后FVC、FEV1、PEF参数都有不同程度的降低。相比于加入可变阻抗1后的测试数据，加入可变阻抗2的阻抗要明显增高，三个测量参数的变化也显著增加。根据ATS/ERS的标准，两次检测的FVC和FEV1，之间的差异不超过5%或0.15L为个体重复性的可接受范围，加入可变阻抗2的测试结果已经超出该要求，因此该差异会对临床评价产生影响[2,7]。三个参数相比之下，PEF数值降低最多，差异也最大，PEF参数是反映气道通畅性及呼吸肌力量的一个重要指标，标准要求的个体差异阈值为5%或0.15L/s，上述程度的差异对肺功能诊断结果的临床评价产生的影响需要引起注意。

表3.可变阻抗2加入前后数值比较(±s)

表3.可变阻抗2加入前后数值比较(±s)

指标 无外加阻抗 加入可变阻抗2 差值 差值百分率(%) P FVC(L) 3.597±0.508 3.397±0.427 -0.200±0.108 -5.338±2.463 0.0189 FEV1(L) 3.065±0.454 2.885±0.333 -0.181±0.145 -5.393±3.995 0.0128 PEF(L/s) 7.372±1.122 6.816±0.871 -0.556±0.324 -7.154±3.603 0.0025

2.2 对PEFT（time to peak flow，PEF到达时间）的影响

在进行验证时，通过分析测量所得波形还发现，阻抗的增加，会使PEF值的出现发生后移现象，导致PEFT值增大，如图2和图3所示，图示为选取的受试者在无外加阻抗、加入可变阻抗1、加入可变阻抗2三种不同阻抗情况下的测试曲线。图2为流速-时间曲线，三条垂线与横坐标轴的交点是PEFT，在三种阻抗条件下，其数值分别为：56ms、70ms、86ms，三个数值依次增大，对比明显。图3是流速-容积图，体现了PEF值出现时对应的FVC值的变化关系，可以看出PEF值出现时，不同阻抗条件下，对应的FVC数值也有所差异，随阻抗增大，PEF值出现时对应的FVC值也增大。前文已经阐述，PEF反映气道通畅性及呼吸肌力量，PEFT的大小直接显示呼吸肌的爆发响应能力，在肺功能质控要求中，要求PEFT迅速出现，尽可能接近时间零点[7]。覃学军等[8]在论著中提出并鼓励PEFT＜85ms的更严格的要求，迅速出现PEF值，是肺功能测试质控要求的要点之一，而阻抗的增大，会导致PEFT值的明显增大，这将会引起对肺部肌肉爆发力的评估出现偏差。

图2.三种不同阻抗下，受试者测试的流速-时间波形，时间轴放大图，三条垂线与时间轴的交点，从左到右分别是无外加阻抗、加入可变阻抗1、加入可变阻抗2时的PEFT数值

图3.三种不同阻抗下，受试者测试的流速-容积全景图，三条垂线与容积轴的交点，从左到右依次是是无外加阻抗、加入可变阻抗1、加入可变阻抗2时的PEF数值对应的FVC值

3.讨论

肺功能测试已经被纳入常规检验项目，肺功能仪的应用也越来越广泛，但相比于肺功能测试的其他方面，人们对于肺功能测试系统的气流阻抗认知要薄弱很多。气流阻抗，是肺功能设备的本身特性，气流速度越大气流阻抗越大。肺功能测试系统阻抗，是肺功能仪器加上使用时所有附件的阻抗和，因此，进行阻抗影响评估时，不仅要了解肺功能仪阻抗值，还要考虑呼吸过滤器等附件的阻抗值，整体系统的总阻抗满足要求，才能获取准确的肺功能测试结果。

本研究验证了肺功能测试系统阻抗增加对肺功能测试结果的影响，随着阻抗增大，所测肺功能参数的流速及容量降低。在测试中，当加入可变阻抗1时，在≤14L/s时系统阻抗均＜1.5cmH2O/L/s，数值在要求范围内，同未加入阻抗相比，FVC、FEV1、PEF三个参数降低平均百分比分别为：2.75%、2.94%、4.74%，差异率小，不会产生临床评估误差；加入可变阻抗2时，系统阻抗在流速＞6L/s时均超出了1.5cmH2O/L/s，同未加入阻抗相比，FVC、FEV1、PEF三个参数降低平均百分比分别为：5.34%、5.39%、7.15%，差异率明显增大，该种程度的数据差异，会对临床评估造成误导；从峰值流速出现的时间推移来看，两种阻抗推迟比率较未加入阻抗依次为25%、54%，由此可见阻抗增大导致的波形变化大小。所以在设计和选择肺功能仪及配件时，需要注意系统阻抗的配置，控制好整体的系统阻抗才能在肺功能测试中获得更有意义的临床结果。