IOS脉冲振荡原理.doc

IOS脉冲强迫振荡脉冲强迫振荡肺功能测定技术其突出优点是受试者可以自主呼吸，无需配合，无创伤性，病人无痛苦，无禁忌症，适用范围广泛，特别是可用于老年人，儿童和肺功能差的重症患者的肺功能检查。由于测试过程更符合生理，因此所得结果更能反映呼吸生理，重复性好，所得到的参数多，能比较全面地反映病人呼吸生理的动力学特征.脉冲振荡（IOS）肺功能仪为代表的新一代设备是传统体积描记法测定气道阻力的技术突破和理想升级。IOS肺功能测试系统的内容非常丰富，难于全面概括，因此这里介绍IOS对哮喘等阻塞性气道疾病的早期诊断问题。一， 脉冲强迫振荡技术与传统肺功能测定有何不同？1 传统肺功能：包括静态肺容量和动态肺容量a) 静态肺容量：基础肺容量：肺活量VCmax，补呼气量ERV，补吸气量IRV，残气量RV；复合肺容量：肺总量TLC，功能残气量FRC。主要参数：残气量RV，肺总量TLC，残/总比RV/TLC等。意义：是肺通气功能的重要参数，但不能反映气道的早期病变。b) 动态肺容量：主要是测定用力呼气时气流在气道内通过时的速度，气道阻塞时必定要减缓呼气气流的速度，即减少单位时间（秒）的呼气容积。主要参数：临床上放映动态肺容量的参数很多，但主要是下列几种：n FEV1.0：是最常用的动态肺容量参数，可以从其绝对值和实测值占预计值的比率（%）来了解气道阻塞的基本情况。它反映的是综合的因素，而且必须在正确用力呼气的条件下才能得到可信的结果，因此有下列的缺点：1)受病人配合程度的影响；2)受病人呼气时用力大小的影响；3)肺功能严重受损的患者无法测定；4)小儿难以得到准确的结果；不能反映气道的早期阻塞性病变。n FEV25-75：反映小气道的功能状态，因此.是早期气道阻塞性病变的指标，它不受用力大小的影响，但仍然受病人配合好坏的影响。另一个缺点是在气道可逆性试验（即支气管舒张试验）和平喘药疗效观察中，其数值变化不稳定，不敏感。2. 什么叫脉冲强迫振荡？ 振荡：用最通俗的话来说，振荡就是颤动，是物体对外加激励信号的反应，是作用力于反作用力的一种形式。实际例子很多，人的耳朵鼓膜发生振荡，又如扬声器之所以能产生声音是由于电磁场的不断变化使膜片发生震动，导致声波发生不同频率的变化。用脉冲强迫振荡技术检测气道阻力为主的肺功能所根据的基本原理也在于此。 脉冲：就是有节奏，有规律地产生激励信号，使被作用物（如气道和肺组织）发生相应的振荡。脉冲振荡的频率以赫兹（Hz）表示。 强迫：有两个含义：信号源在体外，由人为外置的信号源产生的激励信号作用到气道，使气道产生反应。振荡频率不同，气道反应也不同。二、IOS肺功能检测系统的基本原理 1、脉冲信号的产生利用计算机的脉冲生成模块控制。不同的产品脉冲激励的频率范围可能有所不同，如德国CUSTO公司为早期单频正弦波，其频率为8，10，12HZ，德国耶格公司为多频脉冲振荡，振荡频率为5-35hz,，我国中科院半导体研究所研制的强迫振荡肺功能测试系统为矩形方波振荡，其频率为4-50Hz。 计算机脉冲生成模块的不同模式的电波需经波带过滤器和放大器，其最终产生的激励信号叠加到呼吸波上，使呼吸波发生相应频率的变化。放大了的脉冲电波使喇叭（Loudspeaker）的磁场发生节律性的变化。从而使喇叭的膜片发生相应频率的振荡。这使产生的激励信号发生相应频率的变化。2、为什么要进行频率分析：IOS主要测定气道阻力，其测定原理与电学中电阻的测定相似。 气流流速的测定比较容易，但压差的测定比较困难。 脉冲振荡产生的压力信号叠加到呼吸波以后，气流速度曲线也要发生快速的改变，这时如果我们仍然用常规的时间域（横坐标为时间）来表示，那么我们就必须画出非常多的曲线来表示压力与流速的关系。实际上这是不可能的。然而，任何一种曲线，不管其形态多么复杂，都可由简单的频率变化的正弦函数的叠加来表示。呼吸系统对外界激励信号的响应函数可组成高阶微分方程组。这时若改用频谱分析技术，即快速富立叶转换（FFT），我们就可以把测得的时域信号转变为频域信号（横坐标为频率，而不是时间），再经数据处理模块的求解和分析就可以得出该呼吸模型中的所有呼吸力学参数，包括气道阻力，顺应性和气道粘滞度等。 3、气道压力差的测定：在常规肺功能的阻力测定中，一般有四种方法：阻断法，食道测压法，体描法和强迫振荡法。1) 阻断法：用阻断后的口腔压代替阻断前的肺泡压；2) 食道测压法：用食道内压代替胸内压；3) 体描法：先阻断呼吸通路，并让受试者继续保持呼吸动作，通过测量口腔压（代替肺泡压）和体描箱内压力的变化计算出胸腔气量，呼吸的压差就由箱压的变化求得。4) IOS：将信号源与被测试对象分离，信号源外置，由振荡器产生外加的压力信号，测量呼吸系统对该压力的流速改变，这样就可测得呼吸阻力，外置的信号源一般从口腔给予，加到整个呼吸系统上，所以从IOS所测得的阻力不只是一般所说的气道阻力（粘性阻力），而是整个呼吸系统的呼吸阻力，即为呼吸阻抗。 4、呼吸阻抗：呼吸系统由气管（含大、小气道）、肺组织和胸廓组成。它们对呼吸阻力的影响不同，因此呼吸阻抗（俗称呼吸阻力，Impedance，简称Zrs）实际上是指呼吸的粘性阻力、弹性阻力和惯性阻力的总和。 粘性阻力（Resistance，用R表示）：即为一般临床上所说的气道阻力，来自气道和肺组织，但绝大部分来自气道，包括中心气道阻力（Rz）和周边气道（Rp）阻力两部分。 弹性阻力（Capacitance，用Ers表示）：主要分布于肺组织（包括肺间质和肺泡）和可扩展的细支气管。临床上所说的肺顺应性（Compliance）即为弹性阻力的倒数。肺弹性阻力越大，肺顺应性就越小。惯性阻力（Inertance，用Lz表示）：主要分布于大气道和胸廓。 三、IOS检测报告的分析1、IOS主要参数及其意义：Zrs：呼吸总阻抗，正常值一般小于05KPa/L/S，数值增大，表示由呼吸阻力存在。R：呼吸阻抗中的粘性阻力部分。R5：气道总阻力，若实测值预计值的150%，则表示气道总阻力增加R20：中心气道阻力，若实测值预计值的150%，即为正常。X：呼吸阻抗中弹性阻力和惯性阻力 和X5：周边弹性阻力，若X5Rp，阻塞程度取决于R5； 周边气道阻塞患者：RpRc，阻塞程度取决于R54、阻抗容积图（Z-V图）分析： 这是检查呼吸总阻抗与肺活量关系的图解，阻抗（Zrs）急剧升高的拐点就是小气道闭合点，那么该点的容积就是闭合气量。 正常人（潮气量位时）：1）Zrs应小于0.5 kpa/l/s；2）呼气阻抗与吸气阻抗接近；3）呼吸阻抗无容积依赖性。 COPD病人：呼气阻抗和吸气阻抗分离，呈山峰状起伏；出现气体陷闭（Airtrapping）现象。四、IOS的临床应用及其指标健康受试者：1 正常呼吸时R保持2kpa/L/S以下，且从5Hz到35Hz几乎一样：2 正常呼吸时在5Hz时X几乎为零，达到35Hz时仅升高约2kpa/L/S;3 正常呼吸时几乎没有流量或容积的频率依赖性；4 所以正常呼吸时整个的结构参数几乎保持不变；5 在VC呼吸方式过程中的整个容积变化范围内，5Hz时R和X的容积依赖性明显，最大呼气比最大吸气R高3kpa/L/S，这些差别随频率增加而减小到领。阻塞性通气功能障碍；1 在气道阻塞明显的病例Rp和Rz（程度较低）全部升高，但早期病例基础测定的振荡结果，正常呼吸的全部平均值可完全正常；2 甚至在鉴别评价时吸气末阻力和电抗值往往正常；3 但在吸气过程