脈沖振蕩技術在呼吸系統疾病中的臨床應用

姚智聰　榮福

【摘要】 脈沖振蕩技術（impulse oscillometry system，IOS）是一項非侵入性的技術，可以測量被檢查者在平靜呼吸時的呼吸系統的阻抗（resistance，R）和電抗（reactance，X）。現在，該項技術在臨床上越來越得到廣泛的應用，尤其在支氣管哮喘和慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）方面的應用。該檢查技術具有無創、無痛及無明顯禁忌證等優勢，幾乎可以應用在所用患者中，尤其是在兒童、老人和重癥患者。

【關鍵詞】 脈沖振蕩技術; 呼吸系統疾病; 臨床應用

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2019.04.087 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6805（2019）04-0-03

The Clinical Application of Impulse Oscillometry System on Respiratory System Disease/YAO Zhicong，RONG Fu.//Chinese and Foreign Medical Research，2019，17（4）：-183

【Abstract】 Impulse oscillometry system（IOS） is a noninvasive method，which can measure respiratory system resistance and reactance during tidal breathing.Nowadays，impulse oscillometry system is more and more widely used in clinical practice，especially on asthma and chronic obstructive pulmonary disease（COPD）.Patients will get unharmed and painless in the process of checking process and IOS applies to most people，particularly children，old people and critical patients.

【Key words】 Impulse oscillometry system; Respiratory system disease; Clinical application

First-authors address：Postgraduate Academy of Guangdong Medical University，Zhanjiang 524000，China

脈沖振蕩技術（impulse oscillometry system，IOS）用于測定患者的肺功能已經有較長的歷史，因為各種因素的限制，該項技術在臨床上發展的時間并不長，并且與其他測量方法（如體容積描記法是測定氣道阻力的金標準）對比，IOS在臨床上幾乎是輔助評價標準。傳統測量呼吸器官阻力是把患者作為被測試對象和測定過程中必不可少的信號源，這要求患者要很好地配合檢查，才能產生較好的檢查結果，不然就有可能得到較大的誤差。這個時候IOS的優點就突現出來，該項技術把被測試對象和信號源分開，使信號源外置，通過將外部發生器產生的矩形電磁脈沖疊加在被檢查者的靜息呼吸上，并連續記錄在外加振蕩頻率下被檢查者的自主呼吸時的氣道壓力和流速，進而計算黏性阻力、彈性阻力和慣性阻力等數據，在這個過程中，因為信號源不是患者，所以患者只需要正常的自然呼吸就獲得結果。整個過程無須特殊配合，只要平靜呼吸即可測量出結果。隨著現在醫療技術的發展，脈沖振蕩技術作為一個測量肺功能在臨床上得應用越來越受到重視，同時關于阻塞性肺疾病應用脈沖振蕩肺功能的相關文獻研究報道也越來越多。以下將對目前IOS的肺功能內容和臨床應用相關研究進展進行總結闡述。

1 IOS測量的肺功能內容

1.1 肺功能內容

IOS測量的肺功能內容包括參數、結構參數圖、阻抗容積圖、阻抗的潮氣呼吸圖、頻譜分析圖及頻譜微分均值圖。以下重點介紹IOS參數。

1.2 IOS參數

呼吸總阻抗（impedance，Zrs）：IOS特有的概念，實質上是阻抗和電抗之和，習慣定義為黏性阻力、彈性阻力和慣性阻力的總和，一般小于0.5 kPa/（L·S），因為慣性阻力方向和彈性阻力方向相反，兩者可相互抵消，所以呼吸總阻抗主要反映黏性阻力的大小，呼吸總阻抗的大小和阻抗5大小接近。共振頻率（resonance frequency，Fres）：彈性阻力與慣性阻力相等時候的頻率，是IOS檢測中反映氣道阻力增加最為敏感的指標。阻抗（resistance，R）：呼吸總阻抗中同相位的成分，其實質是呼吸系統的黏性阻力。電抗（reactance，X）：是呼吸總阻抗中不同相位的成分，為彈性和慣性阻力的總和。阻抗5（resistance 5，R5）：當振蕩頻率是5 Hz時候的阻抗，反映總呼吸阻力，主要是氣道的黏性阻力，在預計值的150%以內為正常，與Zrs類似。阻抗20（resistance 20，R20）：當振蕩頻率是20 Hz時候的阻抗，主要反映中心呼吸阻力，在預計值的150%以內為正常。阻抗5與阻抗20的差值（resistance 5-resistance，R5-R20）：是R5與R20的差值，反映的是周邊黏性阻力，在預計值的150%以內為正常。電抗5（reactance 5，X5）：當振蕩頻率是5 Hz時候的電抗，反映胸肺周邊的彈性阻力。電抗20（reactance 20，X20）：振蕩頻率是20 Hz是的電抗，反映呼吸系統的慣性阻力。中心阻力（central resistance，Rc）：中心部位不容易擴張的大氣道、胸廓、橫膈的黏性阻力，在結構參數圖中常用到。外周阻力（peripheral resistance，Rp）：是周邊部位較容易擴張的小氣道的黏性阻力，在結構參數圖中常用到。

1.3 其他

結構參數圖是以圖解的方法形象直觀地顯示出中心阻力、外周阻力和傳統力學意義上的彈性阻力、慣性阻力的分布。阻抗容積圖是以橫坐標為肺容積、縱坐標為呼吸阻抗來分析阻抗和容積依賴性的關系曲線。阻抗的潮氣呼吸圖用于IOS測量時的質量控制，臨床意義不大。頻譜分析圖是將外加脈沖振蕩信號的呼吸波進行頻譜分析后得到的曲線圖。頻譜微分均值圖是分析阻抗和電抗的容積依賴性和流量依賴性關系的圖形。

2 慢性阻塞性肺疾病中的應用

根據美國調查報告顯示，慢性阻塞性肺疾病（COPD）成為2010年全球患者死亡的主要原因之一[1]。COPD是一種不完全可逆的持續性、進行性氣流受限性疾病[2]。在COPD的診治中，常規肺功能檢查對于診斷COPD、評估氣流受限嚴重程度及隨訪評估具有重要意義，需注意該項檢查的缺點在于需要被檢查者一定的配合，并不是每個患者都能配合完成，作為另外一種檢測氣道阻抗的技術，IOS能夠彌補傳統肺功能檢測的不足，并且能得到客觀數據反映氣道阻力，更早更準確地發現肺部病變。何光輝等[3]通過選取慢阻肺患者120例為觀察組，其中Ⅱ級64例，Ⅲ級56例，與同期60例肺功能正常的志愿者作為對照組，通過比較不同分級的慢阻肺患者與對照組的脈沖振蕩肺功能、常規肺功能參數等，發現對照組X5高于觀察組，除X5外，脈沖振蕩肺功能的其余指標明顯低于觀察組，同時慢阻肺Ⅲ級患者的R5-R20、Frex均高于慢阻肺Ⅱ級患者，X5低于慢阻肺Ⅱ級患者，對照組常規肺功能各項指標高于觀察組，并且隨病情程度加重，常規肺功能各指標水平隨之下降，其中脈沖振蕩肺功能中X5與常規肺功能指標呈現正相關，其余指標與常規肺功能指標呈現負相關，可以看出IOS與COPD的嚴重程度有很好的相關性，并且能夠對疾病的病情進行較為準確的評估。孟丹等[4]則是著重觀察穩定期COPD患者，以100例穩定期COPD為實驗組，也得到了IOS檢查提供的數據能夠客觀地反映氣道阻力，同時與傳統肺功能指標有良好的相關性，在臨床上值得作為一種新的COPD診斷手段。另外，有國內學者補充，在COPD患者的IOS檢測中，Fres是診斷COPD氣流受限最敏感的指標，而X5是判斷COPD嚴重程度的最好指標[5]。也有學者更進一步地通過對215例COPD患者進行傳統的常規肺功能和IOS檢測，得到FEV1%預計值、MMEF 75%～25%、RV/TLC、Z5、R5、R20、R5，Fres、Ax、X5等數據，并進行數據分析，發現IOS和常規肺功能有很好的相關性，同時從分析中顯示電抗比阻抗更能體現出相關性。對于COPD患者而言，除了常規肺功能，IOS也可以作為另外一種評估肺功能的可靠檢測方法[6]，同時，IOS配合常規肺功能檢查，能更好地判斷患者的氣道堵塞及病情程度[7]。IOS除了能夠協助明確診斷以外，在鑒別診斷上也起到了一定作用，有研究通過應用IOS鑒別COPD急性加重期（A組72例）與慢性心力衰竭（B組72例），分別得到兩組數據，發現A組的IOS檢測中的R5、R20、fres等均高于B組，而A組周邊彈性阻力小于B組，對于鑒別COPD急性加重期與慢性心力衰竭起到了一定的作用[8]。綜上所述，IOS的應用價值正在不斷地被發掘，隨著IOS發展和完善，在傳統肺功能的應用基礎上，對慢性阻塞性肺疾病的診斷和病情評估也起到了越來越大的作用。

3 支氣管哮喘中的應用

支氣管哮喘是世界上最常見的慢性疾病之一，是由多種細胞（嗜酸性粒細胞、肥大細胞、T淋巴細胞等）和細胞組分參與的氣道慢性炎癥性疾病，有氣道高反應性、氣道重構及可逆性氣流受限等特點。臨床表現為反復發作的喘息、氣急、胸悶或咳嗽等癥狀。有研究表明，我國的支氣管哮喘患者總體患病率為1.24%，并且患病率呈明顯上升趨勢[9]。而在支氣管哮喘的診斷中，肺功能檢查起到了重要的作用，其中IOS在臨床上可提供支氣管哮喘的診斷依據[10]。國外有學者認為IOS可以提高對于兒童哮喘或成人哮喘的管理質量，同時可以發現早期外周氣道功能障礙[11]。高艷等[12]以100例兒童支氣管哮喘患者作為研究對象，以其中臨床緩解期患者50例為臨床緩解組，以急性發作期患者50例為急性發作組，另外隨機選取50例健康兒童作為正常對照組。使用IOS對3組被檢查者進行檢測，比較R5、R20、R5-R20、X5、Zrs、Fres等各項指標。發現急性發作組各項指標值均高于臨床緩解組和正常對照組，臨床緩解組的R5、Zrs和Fres較正常對照組高，R20、R5-R20、X5與正常對照組間差異無統計學意義。說明IOS能夠在臨床上為急性發作患者和臨床緩解期患者提供各項肺功能數據。國內也有學者進行類似的研究，通過IOS檢查能夠得到診斷哮喘、判斷疾病嚴重程度及指導治療較為客觀的指標，同時指出當哮喘患者病情發生變化時，IOS能及時發現，醫護人員可以根據肺功能的改變調整用藥，說明通過IOS檢測值得推廣[13]。相關文章指出，IOS能反映COPD與哮喘之間氣流阻塞部位的差異，從而在兩者的診斷以及鑒別診斷上起到一定的作用[14-16]。簡而言之，IOS在支氣管哮喘的診斷和治療起到了一定的作用，尤其在兒科中具有獨特的優勢[17]。

4 間質性肺疾病中的應用

間質性肺疾病（interstitial lung disease，ILD）是一種以肺泡壁為主要病變所引起的異質性疾病[18]，主要累計肺間質和肺泡腔，導致肺泡-毛細血管功能單位喪失的彌散性肺疾病。根據病因、臨床表現及病理，可將ILD分為已知原因的ILD（過敏性肺炎、石棉沉著病等）、特發性間質性肺炎（特發性肺纖維化、非特異性間質性肺炎等）、肉芽腫性ILD（結節病）和罕見ILD（肺泡蛋白沉積癥、肺淀粉樣變等）[19]。國內學者過程試驗發現，ILD患者肺功能改變與肺部受累的程度有關，與導致纖維化的病因無關，另外指出常規肺功能的用力肺活量（FVC）和肺一氧化碳彌散（DLCO）、IOS的X5和Fres對肺間質纖維化的診斷有一定的意義，并且兩者對診斷ILD的敏感性并無明顯差異[20]。劉月英[21]以診斷特發性肺纖維化（IPF）明確的45例患者為IPF組，另外選取27例健康人為對照組，兩組均進行常規肺功能及脈沖振蕩肺功能檢查，得到R5、R20、X5等各項指標，通過分析IPF組與對照組肺功能數據，顯示出IOS能夠早期為特發性肺纖維化患者提供診斷依據。王玉等[22]對187例矽肺患者進行IOS，同時進行常規肺功能檢查，結果發現矽肺患者IOS三項指標（Fres、R5-R20、X5）的陽性率顯著高于常規肺功能指標VC%，IOS總陽性率為89.3%，顯著高于常規通氣檢測陽性率78.1%，明顯可以看出IOS能夠增加矽肺早期檢出率。國外學者通過對ILD組、哮喘組和COPD組分別進行IOS檢查，發現ΔX5在ILD組中具有典型的特征，可能與疾病的嚴重程度和生理變化有一定的關系[23]。

目前，IOS在間質性肺疾病的應用不多，隨著人們對IOS的重視程度逐步提高，將來關于間質性肺疾病相應的研究會越來越多。

5 其他應用

有學者通過對周圍型組肺癌26例、中央型肺癌組26例、肺癌伴胸腔積液組15例和COPD組30例，進行常規肺功能和脈沖振蕩肺功能，得到殘氣容積肺總量百分比（RV/TLC）、Fres、Fres與預計值比值（Fres/pre）、R5、第1秒用力呼氣容積（FEV1）、第1秒用力呼氣容積與預計值比值（FEV1/pre）、呼氣峰流量與預計值比值（PEF/pre）等參數，IOS對于診斷COPD與各種類型肺癌的肺功能區別上有很大的優勢，其中以Fres、Fres/pre的差異最為突出[24]。有文章指出，對戒煙后被檢查者進行IOS檢查，發現Zrs、Fres、R5小于戒煙前，R20無明顯變化，X5則高于戒煙前。指出戒煙可以減輕小氣道功能的損害，同時進行脈沖振蕩肺功能可敏感的反映出吸煙對小氣道的影響[25]。除了IOS在上述不同疾病中的應用，還可在其他疾病的檢查應用。

6 脈沖振蕩技術存在的問題

目前，IOS作為獨特的肺功能檢測手段，雖然有常規肺功能不能取代的優點，但IOS是一項成熟度仍然欠缺的技術，和傳統肺功能檢查有較大的差別。在臨床上，IOS應該與常規肺功能互相補充使用[26]。IOS的測量結果會出現較大的波動，重復性不好，同一個患者可能會出現兩次不同的數據。國內缺乏共振頻率、電抗、阻抗和其他參數的正常值范圍，多采用國外的數據，注意不同廠家的數據也不一樣，不同人種的體型存在差異，在一定的程度上，這很有可能影響患者呼吸總阻抗、阻抗、電抗等大小，在臨床操作中，直接使用國外的數據明顯是不合適的。另外，在應用IOS的過程中，除了常規的檢測指標，還要綜合分析結構參數圖、頻譜分析圖和頻譜微分均值圖。所以，分析IOS的測量結果需要綜合評估。

總而言之，IOS是一項有前景的測定肺功能技術，它既有優點，也有缺點，需要一定時間逐漸發展完善的過程。

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