在门诊环境中进行呼吸示波法

摘要

我们展示了进行呼吸示波的标准操作规程，突出了关键的质量控制和保证程序。

摘要

呼吸示波法是肺功能测试的一种不同方式，越来越多地用于临床和研究环境，以提供有关肺力学的信息。呼吸示波法通过三次可接受的潮气测量进行，并且可以在最小的禁忌症下进行。由于认知或身体障碍而无法进行肺活量测定的幼儿和患者通常可以完成示波法。呼吸示波术的主要优点是，与传统的肺功能检查相比，它需要最少的患者合作，并且在检测小气道变化方面更敏感。商业设备现已上市。最近发布了更新的技术指南、标准操作规程和质量控制/保证指南。参考值也可用。

我们在实施正式的呼吸波波纹培训计划和标准操作协议之前和之后进行了示波测试审核。我们观察到已完成的测试质量有所改善，可接受和可重复的测量数量显着增加。

本论文概述并演示了在门诊环境中进行呼吸示波的标准操作规程。我们强调了根据推荐的欧洲呼吸学会（ERS）指南确保可接受和可重复的质量测量的关键步骤，因为质量控制对于测量精度至关重要。还讨论了潜在的问题和陷阱，并提出了解决技术错误的建议。

引言

呼吸示波法测量肺的阻抗，对呼吸力学的变化^{非常敏感1}，特别是外周肺和小气道，这些区域不能通过传统的肺功能测试很好地评估。

在过去几年中，商业设备的可用性以及更新的技术和质量控制/保证标准^2，3 导致示波法越来越多地用于临床和研究目的。然而，迄今为止，它不是肺功能模式库中的常规测试，但随着对其临床效用的日益认识，该技术预计将得到更广泛的应用。呼吸示波法的总体目标是测量正常呼吸过程中的呼吸力学和评估肺功能，这是目前的肺活量测定法和体积描记法无法识别的。与传统的肺功能测试相比，示波法具有其他优势，因为它可以在非常年轻，老年人或认知障碍患者中进行，在这些患者中，肺活量测定所需的用力呼气操作是不可能的。此外，示波法可以对任何佩戴鼻夹时可以自发呼吸的人进行示波。与标准肺功能检查不同，白内障、腹腔内或心胸手术后，急性心肌梗死和心力衰竭后也不禁忌使用。最后，目前可用的几种示波设备是便携式的，可以在诊断实验室以外的环境中使用，包括诊所和办公室环境，床边或工作场所。

示波法测量多频振荡压力波的总呼吸阻抗（Zrs）^{1，2，4，5，6}。阻抗由呼吸阻力 （Rrs） 和电抗 （Xrs） 的复数之和组成。Rrs反映了气道的阻力，并且在健康方面在很大程度上与频率无关^4，7，8。在小气道疾病中，Rrs变得频率依赖性，并且在较低频率中增加更多^5，9，10，因此在5和19 Hz（R5-19）或5和20 Hz（R5-20）之间频率处的RR差异表明肺不同区域的小气道阻塞和通气异质性^10，11，12.Xrs测量呼吸系统的弹性和惯性阻抗的平衡。在较低频率（例如，5至11 Hz）下，Xrs反映肺和胸壁组织的刚度或弹性^13，14。在较高频率下，Xrs由导电气道中气柱的惯性主导。谐振频率（Fres）是弹性和惯性电抗的大小相等的点。AX 是 Xrs 的积分指数，计算为 5 Hz 和 Fres 之间的 Xrs 与频率图下的面积。AX具有弹性单位，并且与通气时肺的体积成反比。AX随着限制性过程和外围不均匀性而增加。X5变得越来越阴性，而AX和Fres在阻塞性和限制性肺部疾病中都增加^4，5。有关这些指标的描述，请参阅图 1。

虽然最初专注于儿童肺功能的测量，但新兴数据显示，示波法也为成人提供了有用的临床信息。它越来越多地用于临床环境^{15，16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，30，31，32，33，34，35，36，37，38，39，40，41，42，43，44，45}.示波法在阻塞性肺疾病中得到了最广泛的研究，在哮喘控制方面，示波法比肺活量测定法提供更好的诊断信息^31，32，^33，34，35，与症状的相关性更好^23，34，以及早期发现^36，37，38的慢性阻塞性肺疾病（慢性阻塞性肺病）。我们的小组已经证明，示波法在跟踪肺移植后移植物损伤方面比肺活量测定法更敏感⁴⁶。一些研究表明，Xrs，特别是5 Hz时平均吸气和呼气电抗的差异，可以区分间质性肺病（ILD）与哮喘和^COPD47的限制性缺陷，并且可以区分肺纤维化和肺气肿联合与ILD-only48^，49。图2显示了正常、限制性和阻塞性肺疾病的典型示波模式。人们越来越有兴趣实施示波法作为肺功能检测的另一种常规方式，以补充并可能取代目前肺功能监测的一些检测方式^50，51。

我们认为，示波法可用于筛查肺部疾病、随访已知阻塞性和限制性肺疾病的患者以及肺移植后。商用设备适用于2岁的儿童。目前正在对更年轻的人群^{进行研究52}，随着该领域的发展，评估婴儿和新生儿可能是可能的。

当前手稿的目标是为临床医生、技术人员和研究人员提供一份关于如何按照国际标准操作规程和质量控制指南进行示波的适当操作的培训手册。由于大多数商用示波器占用空间小，示波法可以在多种设置中实现。概述的协议适用于肺功能实验室，医生办公室，诊所环境和其他门诊环境，如工作场所职业健康单位。

研究方案

呼吸示波法研究已获得大学健康网络研究伦理委员会（REB# 17-5373，17-5652和19-5582）的批准。在示波测试之前，从参与者那里获得了书面知情同意。

注:本视频概述了示波法的标准操作程序。我们的实验室使用Thorasys Thoracic Medical Systems Inc.制造的设备，但无论制造商如何，技术都是相同的。每个制造商的软件程序都不同，就像不同的商业肺活量计具有用于数据收集和显示的唯一专有软件一样。以下协议适用于所有呼吸示波设备。读者将定向到其商业设备的手册，并参考有关其设备软件的具体说明。

1. 测试前患者筛查/准备

1. 确保患者没有任何活动性或疑似传染性呼吸道感染，如冠状病毒或结核病。
2. 确保患者最近没有做过任何牙科或面部手术，例如拔牙，并且可以在烟嘴周围形成适当的紧密密封。
3. 确保患者尽可能放松，不穿紧身衣物，并在检测前至少1小时不吸烟和剧烈运动。
4. 如果转诊医生要求，请在常规肺功能检查（如肺活量测定法）之前进行示波法。
   注意:请参阅 补充表1 ，了解肺活量测定法/肺功能检查的禁忌症。
5. 确保患者在测试前停用支气管扩张剂，除非转诊医生指示继续使用支气管扩张剂药物。
   注意:PFT支气管扩张剂预扣时间参考补充表 2 ，甲基胆碱激发试验支气管扩张剂预扣时间 参考补充表3 。

2. 设备/材料准备

1. 设备准备
   1. 在患者测试之前，通过使用有效的工厂校准机械测试负载来验证示波器的电阻负载。
   2. 取下机械测试载荷两端的防尘帽，并连接到示波器上。
   3. 从示波器软件菜单中选择校准，然后继续进行阻抗测试负载验证。
      注:建议的验证容差为≤ ±10%或±0.1 _cmH2O·s/L，以先达到者为准。
   4. 验证成功后，保存并继续测试。
2. 材料准备
   1. 拥有多个"单一患者使用细菌/病毒"过滤器和鼻夹。
   2. 准备好个人防护装备（PPE），如手套和口罩，以及消毒湿巾。
      注:请参阅个人防护装备穿脱实验室政策以及感染控制指南。

3. 患者准备

1. 人体测量学
   1. 验证患者的信息:名字和姓氏、出生日期、出生性别、身高、体重和性别认同（如适用）。
   2. 测量患者不穿鞋的身高，双脚并拢，尽可能高地站立，眼睛水平，直视前方，背部与墙壁或平坦的表面齐平。
      注意:对于无法直立的患者，可以使用臂展估计身高。对于 25 岁或以上的患者，如果之前曾在同一实验室进行过身高测量，则在 1 年内的后续就诊时可能没有必要重新测量身高。
   3. 每次访问时更新体重测量值。
   4. 记录患者使用支气管扩张剂，剂量，最后一次给药的时间/日期以及任何药物过敏，如沙丁胺醇。
2. 示波测试准备
   1. 要求患者在进入测试站之前消毒双手。
   2. 概述30秒的测试持续时间和三次试验的最低要求。
   3. 解释振荡产生的感觉，如"振动"或"颤动"。
   4. 确保患者以轻微的"下巴向上"姿势正确坐下，双脚放在地板上。避免懒洋洋地靠在椅背上或双腿交叉。
   5. 指导患者正常呼吸，同时用手掌和手指握住脸颊，并在测量期间用拇指支撑下颌的软组织。
      注意:加强颊部和口腔底部支撑，以避免上气道分流。如果口腔的脸颊和软组织没有得到支撑，则在口腔处测量的流量在上气道壁的运动中丢失。
   6. 向患者解释，在测试过程中应避免吞咽，舌头必须在烟嘴下方。
      注意:上述说明适用于儿童和成人。根据孩子的年龄，在孩子面前拿着照片或其他形式的视觉干扰可以帮助确保在示波记录期间保持头部姿势。对于有认知障碍的成年人，考虑在附近有一个陪同人员来指导和平静患者正常呼吸。对于有身体障碍的患者，一些示波设备是便携式的，可以带到病人的床边或轮椅上。还要考虑要求陪同人员或其他人在测试期间提供脸颊和下颌支撑。

4. 软件设置

注:有关个别说明，请参阅制造商的说明手册。

1. 新的患者设置
   1. 选择" 新患者 "并输入患者的信息，例如姓名、出生日期、出生性别、身高、体重、种族（如适用）和吸烟史。
   2. 在选择" 标准测试"之前，请检查输入的所有信息是否正确。
   3. 确保选择了正确的波长设置。在本演示中，从模板下拉菜单中选择电波示波法。特定波长和波长组合的选择在不同的制造商之间会有所不同。按照特定设备的软件说明手册进行操作。
   4. 确保选择适当的参考值集:成人的Oostveen et ^al.56 或Brown et ^al.57 ，以及3至17岁儿童的Nowowiejska et ^al.58 。
      注意:参考值的首选值和可用性可能因每个实验室的策略和示波器制造商而异。
2. 现有患者设置
   1. 单击 "选择患者" ，然后通过验证患者的名字和姓氏以及出生日期等信息来选择正确的患者文件。
   2. 确保在开始测试之前更新患者的体重和身高（如适用）。
   3. 选择标准测试，然后从模板下拉菜单中选择电波示波。另请参见 4.1.3 节。

5. 测试程序

1. 示波设备设置
   1. 将"单一患者使用细菌/病毒"过滤器连接到示波设备。
   2. 确保示波器设备在测试模式下已准备就绪。
2. 光谱测量
   注:视频中所示设备中的电波示波频率为 5-37 Hz。
   1. 提醒患者30秒的测试持续时间和三次测量的最低要求。
   2. 指示患者佩戴鼻夹，并提供步骤3.2.4和步骤3.2.5中描述的说明。
   3. 将示波器设备调整到患者的头部水平。
   4. 指示患者在将嘴唇缠绕在烟嘴上以形成适当，紧密的密封之前弄湿他/她的嘴唇。指导患者开始正常呼吸。
      注:检查烟嘴和鼻夹周围是否存在潜在的空气泄漏。在测量过程中必须关闭辅助氧气，以避免任何漂移进入示波器。
   5. 观察患者的呼吸模式，并在至少三次稳定的潮汐呼吸后开始记录。
      注意:（可选）:在测试期间，告知患者每次测量期间的剩余时间。
   6. 在每次测量之间提供足够的休息时间，并根据患者进行相应调整。
      注意:补充氧气的患者可能需要更长的休息间隔。在休息期间根据需要提供补充氧气。
   7. 在至少三次测量后，继续执行步骤6以评估可接受性和再现性。
3. 支气管扩张剂后反应 - 可选
   1. 通过垫片给予支气管扩张剂（沙丁胺醇或异丙托溴铵）。
   2. 记录给药方法和剂量数量。
   3. 等待沙丁胺醇/沙丁胺醇后10分钟和吸入异丙托溴铵后20分钟。
   4. 重复步骤5.2以评估支气管扩张剂后的反应
4. 10 Hz（气中）测量 - 可选
   1. 提醒患者，每次测试持续时间为30秒，至少将获得三次测量。
   2. 确保为气内测量选择了正确的波长设置。
   3. 重复步骤 5.2.2 到 5.2.6。

6. 可及性可接受性和再现性

1. 可接受性
   1. 确保测量值的有效性大于 70%。
   2. 检查测量值旁边的符号是否已获得复选标记。
      注意:如果存在"警告"符号，则表示测量值不可接受。
   3. 检查每次测量是否有异常或伪影，这些异常或伪影可能是由咳嗽、舌头梗阻、声门闭合、烟嘴周围的漏气、试图说话、吞咽和深呼吸引起的。
      注意:如果观察到患者深呼吸，请重置示波仪设备，因为用力呼吸会破坏电机和后续测量的质量。若要重置，请停止测试，然后单击" 零通道"。
   4. 查看软件自动排除的测量结果;这些包括异常或伪影，如咳嗽或声门闭合。
   5. 排除步骤 6.1.3 中概述的任何不可接受的异常测量值，并重复步骤 5.2 以获得其他测量值。
2. 再现性
   1. 确保记录至少三个可接受的测量值。
   2. 确保 Rrs（呼吸系统阻力）的方差系数 （CoV） 在成人中为 ≤10%，在儿童中为 ≤15%。
   3. 如果 3 项可接受的测量结果的 CoV >成人为 10%，儿童为 >15%，则重复步骤 5.2 以获得额外的测量值。
   4. 重复6.1以确定可接受性并报告三个可接受的测量值，其中CoV在成人中≤10%，在儿童中≤15%。

7. 消毒

1. 将患者的烟嘴和鼻夹丢弃到垃圾桶中。
2. 使用消毒湿巾清洁示波器和患者椅。
3. 脱下手套并消毒双手。
4. 将红色防尘帽放回示波仪设备上，以避免任何污染。
   注意:每个实验室的感染控制政策可能不同。

8. 报告结果

注:有关详细信息，请参阅 图 3 。

1. 包括患者的名字和姓氏、身高、体重、年龄、出生性别、BMI 和吸烟史。
2. 包括设备名称、型号、软件版本和制造商。
3. 包括输入信号频率和单个录音的持续时间。
4. 报告可接受且可重复的测量值的平均值以及这些报告测量值的 CoV。
   注意:如果CoV高于指定的上限，则应标记结果，以便口译医生可以谨慎解释结果。
5. 选取参考方程式。
6. 包括阻抗图，显示 Rrs 和 Xrs 与振荡频率的关系。
7. 包括支气管扩张剂后的反应，剂量和给药方法，包括 z 评分和绝对百分比变化 - 可选

9. 质量控制/质量保证

1. 根据实验室中示波测试的量执行定期审核（每周或每月）。
2. 使用标准化清单评估每个操作员，以确保准确和专业地进行示波测试。
3. 定期向操作员提供反馈，并举行季度质量保证会议，以反思实验室事项。
4. 确保每周对至少两名健康的非吸烟受试者进行生物质量控制，并且测量值在其平均基线的±2SD范围内。
   注意:当实验室中有多个示波仪设备时，这对于验证测试设备和程序非常重要。
5. 对示波器设备进行季度自检和年度工厂维护，以进行校准和质量检查。

结果

从 2017 年 10 月 17 日至 2018 年 4 月 6 日，我们对 197 次示波测试进行了首次质量保证/质量控制 （QA/QC） 审核³。尽管所有操作人员在对患者进行一小时研讨会和现场测试之前都接受了培训，但确定了10个（5.08%）不可接受和/或不可重复的测量结果。根据最初建议的ERS指南，由于咳嗽，舌头梗阻和CoV大于15%，这些测量结果被排除在外⁵²。生物质量控制（BioQC）没有定期进行。研究人员接受了额外的示波训练，并制定了标准操作规程，以确保适当的ERS指南和医疗专业精神到位。BioQC是一种验证测试设备和程序的工具，向研究人员强调了其重要性，他们被提醒定期进行BioQC测试。³ 在随后的 QA/QC 审核中发现改进。在2018年4月9日至2019年6月30日进行的总共1930次示波测试中，只有三次（0.0016%）测试是无效测量;这些的CoV大于15%。在 2019 年 7 月 2 日至 2020 年 3 月 12 日期间，进行了 1779 次示波测试，其中 9 次 （0.005%） 被认为是不可接受的，包括声门闭合、漏气和 CoV 大于 15% 的测量结果。有关其他信息，请参阅 表 1 。

自2018年4月加强BioQC以来，研究人员定期进行BioQC。在我们中心，四名健康的非吸烟者在最初的2周内每天进行示波测量，以收集至少10次测量值，其平均值为上限和下限（±2SD或标准偏差），在我们实验室的两个示波设备中，Rrs之间的变异系数≤10%。2021年8月30日，我们观察到BioQC测量值超出了个人的平均±2SD。个体观察到的R5为3.36 _cmH2O·s/L（开放圈），而最近20次记录的R5平均值为4.95 cmH2O.s/L ±2SD（虚线，下限为4.03，上限为5.86; 图 4）。第二个人在同一天使用相同的示波设备进行了BioQC示波，观察到的R5测量值也超出了平均±2SD。这些发现表明了与文书有关的问题，而不是与程序有关的问题。随后，联系了制造商，并将设备送去维修。设备归还后，BioQC于2021年10月15日重复，以确保在我们实验室重新部署设备之前，其在个人的R5测量范围内。

图 1:阻抗与频率示波图，包括电阻曲线（实线）和电抗曲线（虚线），以及进行测量的频率（每条曲线中的实心圆和开环）。 电抗面积（AX，阴影区域），谐振频率（Fres.X）和5 Hz至19 Hz之间的电阻（R5-19;双面箭头）如图所示。 请点击此处查看此图的放大版本。

图2:正常（A），限制性（B）和阻塞性（C）肺部疾病之间的典型示波模式差异。 注意限制性疾病（B）中电抗曲线（开环，虚线）的右移，以及阻塞示波图（C）的喇叭形图案，电阻曲线（实心圆和线）向上移位，R5-19增加，阻力曲线向下和向右移位（虚线;开环）。 请点击此处查看此图的放大版本。

图 3:我们机构中用于报告示波的标准模板。 我们使用标准化的X-Y轴显示示波图，并以不同的颜色突出显示相关的支气管扩张前和后测量值，以便于解释结果。 请点击此处查看此图的放大版本。

图4:2020年5月至2021年11月一个人的R5测量值的生物质量控制（BioQC）摘要。 在2021年8月30日观察到了落在个体平均值（实心灰线）±2SD（虚线）之外（开放圆圈）的测量值。 请点击此处查看此图的放大版本。

	第一次审计	第二次审计	第三次审计
	2017年10月17日至2018年4月6日	2018年4月9日至2019年6月30日	2019年7月2日至2020年3月12日
有效	187	1927	1770
无效	10	3	9

表1:示波测试在三个时间点的可接受性比较

在第一次审计之后，工作人员接受了示波法的进修培训。我们还实施了在肺功能实验室进行示波的标准操作规程。符合可接受质量控制的测试百分比发生了显着改善，并且随着时间的推移而持续。这些结果表明了制定和遵守标准操作规程和质量控制指南的有效性。

补充表1。 肺活量测定法的禁忌症^53，54请点击这里下载此表。

补充表2。 支气管扩张剂肺功能检查的扣留时间^53，54请点击这里下载此表。

补充表3。 支气管扩张剂支气管激发试验的扣留时间^53，55请点击这里下载此表。

讨论

高质量示波测量中的关键步骤可分为患者、设备和操作员等领域。确保患者放松舒适，以便收集的测量值处于静止功能残余体积是关键。患者的姿势非常重要;确保患者坐直，双脚在地上，没有交叉双腿。加强脸颊和下颌支撑，良好的鼻夹位置，并确保嘴唇密封在烟嘴周围，将消除分流和漏气^1，2，3。设备在使用前必须经过校准和验证。操作员必须能够识别可接受和不可接受的记录，并能够排除不可接受读数或伪影的根本原因，以确保报告的测量结果具有CoV≤10%^1，2，3。必须保持质量控制和保证，不仅要确保示波器得到验证，还要确保测试质量。

培训操作员识别常见人工制品（如吞咽，泄漏和分流）产生的模式，以便及时重复测量以获得质量测试。有些情况下，示波术是在不同的肺容积下进行的（例如，仰卧位）。在这些情况下，协议中描述的所有步骤仍然可以应用。

虽然示波法是一种更简单、更快速的肺功能检测方式，但如果出现偏离标准化方案和质量控制步骤的情况，测量和解释也会出现错误。我们的协议基于我们中心使用的设备。示波法的执行在各个设备之间是相同的。但是，在校准和软件应用程序的技术方面会有所不同。建议读者遵循不同仪器的手册。

示波法比肺活量测定法更快、更容易执行。此外，患有语言、身体和/或认知障碍的幼儿和成人，阻碍了进行肺活量测定所需的强制呼气操作的能力，仍然可以进行示波测量，因为它是在正常呼吸期间进行的。在一些中心，示波法已经取代肺活量测定法成为肺部疾病的初始筛查工具。加强示波法的训练，将促进其作为诊断工具的更广泛应用，并确保对所进行的测试进行质量控制。

虽然示波法是一种快速简便的技术，但需要质量控制来确保准确和可重复的测量。通过遵循国际指南，可以适当地解释研究和临床示波数据，以便将研究结果应用于不同的患者群体。

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Accel Prevention Disinfectant wipes - 160/canister	Diversey Care	100906721	https://diversey.com/en/
clearFlo F-100 - 100 Airwave Oscillometry filters	Thorasys	101635	https://www.thorasys.com/
Noseclip w/cushions, "Snuffer", bx/1000	McArthur Medical Sales Inc.	785-1008BULK	https://mcarthurmedical.com/
Tremoflo C-100 Airwave Oscillometry System	Thorasys	101969	https://www.thorasys.com/ Software verison: 1.0.43 build 43 Signal Type: Pseudo-random, relative primes Frequencies (Hz): 5, 10, 11, 14, 17, 19, 23, 29, 31, 37
Tremoflo C-100 Calibrated Reference Load 15 cm H2O. s/L	Thorasys	101059	https://www.thorasys.com/