脉冲振荡技术在呼吸系统疾病中的临床应用

姚智聪　荣福

【摘要】 脉冲振荡技术（impulse oscillometry system，IOS）是一项非侵入性的技术，可以测量被检查者在平静呼吸时的呼吸系统的阻抗（resistance，R）和电抗（reactance，X）。现在，该项技术在临床上越来越得到广泛的应用，尤其在支气管哮喘和慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）方面的应用。该检查技术具有无创、无痛及无明显禁忌证等优势，几乎可以应用在所用患者中，尤其是在儿童、老人和重症患者。

【关键词】 脉冲振荡技术; 呼吸系统疾病; 临床应用

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2019.04.087 文献标识码 A 文章编号 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

脈冲振荡技术（impulse oscillometry system，IOS）用于测定患者的肺功能已经有较长的历史，因为各种因素的限制，该项技术在临床上发展的时间并不长，并且与其他测量方法（如体容积描记法是测定气道阻力的金标准）对比，IOS在临床上几乎是辅助评价标准。传统测量呼吸器官阻力是把患者作为被测试对象和测定过程中必不可少的信号源，这要求患者要很好地配合检查，才能产生较好的检查结果，不然就有可能得到较大的误差。这个时候IOS的优点就突现出来，该项技术把被测试对象和信号源分开，使信号源外置，通过将外部发生器产生的矩形电磁脉冲叠加在被检查者的静息呼吸上，并连续记录在外加振荡频率下被检查者的自主呼吸时的气道压力和流速，进而计算黏性阻力、弹性阻力和惯性阻力等数据，在这个过程中，因为信号源不是患者，所以患者只需要正常的自然呼吸就获得结果。整个过程无须特殊配合，只要平静呼吸即可测量出结果。随着现在医疗技术的发展，脉冲振荡技术作为一个测量肺功能在临床上得应用越来越受到重视，同时关于阻塞性肺疾病应用脉冲振荡肺功能的相关文献研究报道也越来越多。以下将对目前IOS的肺功能内容和临床应用相关研究进展进行总结阐述。

1 IOS测量的肺功能内容

1.1 肺功能内容

IOS测量的肺功能内容包括参数、结构参数图、阻抗容积图、阻抗的潮气呼吸图、频谱分析图及频谱微分均值图。以下重点介绍IOS参数。

1.2 IOS参数

呼吸总阻抗（impedance，Zrs）：IOS特有的概念，实质上是阻抗和电抗之和，习惯定义为黏性阻力、弹性阻力和惯性阻力的总和，一般小于0.5 kPa/（L·S），因为惯性阻力方向和弹性阻力方向相反，两者可相互抵消，所以呼吸总阻抗主要反映黏性阻力的大小，呼吸总阻抗的大小和阻抗5大小接近。共振频率（resonance frequency，Fres）：弹性阻力与惯性阻力相等时候的频率，是IOS检测中反映气道阻力增加最为敏感的指标。阻抗（resistance，R）：呼吸总阻抗中同相位的成分，其实质是呼吸系统的黏性阻力。电抗（reactance，X）：是呼吸总阻抗中不同相位的成分，为弹性和惯性阻力的总和。阻抗5（resistance 5，R5）：当振荡频率是5 Hz时候的阻抗，反映总呼吸阻力，主要是气道的黏性阻力，在预计值的150%以内为正常，与Zrs类似。阻抗20（resistance 20，R20）：当振荡频率是20 Hz时候的阻抗，主要反映中心呼吸阻力，在预计值的150%以内为正常。阻抗5与阻抗20的差值（resistance 5-resistance，R5-R20）：是R5与R20的差值，反映的是周边黏性阻力，在预计值的150%以内为正常。电抗5（reactance 5，X5）：当振荡频率是5 Hz时候的电抗，反映胸肺周边的弹性阻力。电抗20（reactance 20，X20）：振荡频率是20 Hz是的电抗，反映呼吸系统的惯性阻力。中心阻力（central resistance，Rc）：中心部位不容易扩张的大气道、胸廓、横膈的黏性阻力，在结构参数图中常用到。外周阻力（peripheral resistance，Rp）：是周边部位较容易扩张的小气道的黏性阻力，在结构参数图中常用到。

1.3 其他

结构参数图是以图解的方法形象直观地显示出中心阻力、外周阻力和传统力学意义上的弹性阻力、惯性阻力的分布。阻抗容积图是以横坐标为肺容积、纵坐标为呼吸阻抗来分析阻抗和容积依赖性的关系曲线。阻抗的潮气呼吸图用于IOS测量时的质量控制，临床意义不大。频谱分析图是将外加脉冲振荡信号的呼吸波进行频谱分析后得到的曲线图。频谱微分均值图是分析阻抗和电抗的容积依赖性和流量依赖性关系的图形。

2 慢性阻塞性肺疾病中的应用

根据美国调查报告显示，慢性阻塞性肺疾病（COPD）成为2010年全球患者死亡的主要原因之一[1]。COPD是一种不完全可逆的持续性、进行性气流受限性疾病[2]。在COPD的诊治中，常规肺功能检查对于诊断COPD、评估气流受限严重程度及随访评估具有重要意义，需注意该项检查的缺点在于需要被检查者一定的配合，并不是每个患者都能配合完成，作为另外一种检测气道阻抗的技术，IOS能够弥补传统肺功能检测的不足，并且能得到客观数据反映气道阻力，更早更准确地发现肺部病变。何光辉等[3]通过选取慢阻肺患者120例为观察组，其中Ⅱ级64例，Ⅲ级56例，与同期60例肺功能正常的志愿者作为对照组，通过比较不同分级的慢阻肺患者与对照组的脉冲振荡肺功能、常规肺功能参数等，发现对照组X5高于观察组，除X5外，脉冲振荡肺功能的其余指标明显低于观察组，同时慢阻肺Ⅲ级患者的R5-R20、Frex均高于慢阻肺Ⅱ级患者，X5低于慢阻肺Ⅱ级患者，对照组常规肺功能各项指标高于观察组，并且随病情程度加重，常规肺功能各指标水平随之下降，其中脉冲振荡肺功能中X5与常规肺功能指标呈现正相关，其余指标与常规肺功能指标呈现负相关，可以看出IOS与COPD的严重程度有很好的相关性，并且能够对疾病的病情进行较为准确的评估。孟丹等[4]则是着重观察稳定期COPD患者，以100例稳定期COPD为实验组，也得到了IOS检查提供的数据能够客观地反映气道阻力，同时与传统肺功能指标有良好的相关性，在临床上值得作为一种新的COPD诊断手段。另外，有国内学者补充，在COPD患者的IOS检测中，Fres是诊断COPD气流受限最敏感的指标，而X5是判断COPD严重程度的最好指标[5]。也有学者更进一步地通过对215例COPD患者进行传统的常规肺功能和IOS检测，得到FEV1%预计值、MMEF 75%～25%、RV/TLC、Z5、R5、R20、R5，Fres、Ax、X5等数据，并进行数据分析，发现IOS和常规肺功能有很好的相关性，同时从分析中显示电抗比阻抗更能体现出相关性。对于COPD患者而言，除了常规肺功能，IOS也可以作为另外一种评估肺功能的可靠检测方法[6]，同时，IOS配合常规肺功能检查，能更好地判断患者的气道堵塞及病情程度[7]。IOS除了能够协助明确诊断以外，在鉴别诊断上也起到了一定作用，有研究通过应用IOS鉴别COPD急性加重期（A组72例）与慢性心力衰竭（B组72例），分别得到两组数据，发现A组的IOS检测中的R5、R20、fres等均高于B组，而A组周边弹性阻力小于B组，对于鉴别COPD急性加重期与慢性心力衰竭起到了一定的作用[8]。综上所述，IOS的应用价值正在不断地被发掘，随着IOS发展和完善，在传统肺功能的应用基础上，对慢性阻塞性肺疾病的诊断和病情评估也起到了越来越大的作用。

3 支气管哮喘中的应用

支气管哮喘是世界上最常见的慢性疾病之一，是由多种细胞（嗜酸性粒细胞、肥大细胞、T淋巴细胞等）和细胞组分参与的气道慢性炎症性疾病，有气道高反应性、气道重构及可逆性气流受限等特点。临床表现为反复发作的喘息、气急、胸闷或咳嗽等症状。有研究表明，我国的支气管哮喘患者总体患病率为1.24%，并且患病率呈明显上升趋势[9]。而在支气管哮喘的诊断中，肺功能检查起到了重要的作用，其中IOS在临床上可提供支气管哮喘的诊断依据[10]。国外有学者认为IOS可以提高对于儿童哮喘或成人哮喘的管理质量，同时可以发现早期外周气道功能障碍[11]。高艳等[12]以100例儿童支气管哮喘患者作为研究对象，以其中临床缓解期患者50例为临床缓解组，以急性发作期患者50例为急性发作组，另外随机选取50例健康儿童作为正常对照组。使用IOS对3组被检查者进行检测，比较R5、R20、R5-R20、X5、Zrs、Fres等各项指标。发现急性发作组各项指标值均高于临床缓解组和正常对照组，临床缓解组的R5、Zrs和Fres较正常对照组高，R20、R5-R20、X5与正常对照组间差异无统计学意义。说明IOS能够在临床上为急性发作患者和临床缓解期患者提供各项肺功能数据。国内也有学者进行类似的研究，通过IOS检查能够得到诊断哮喘、判断疾病严重程度及指导治疗较为客观的指标，同时指出当哮喘患者病情发生变化时，IOS能及时发现，医护人员可以根据肺功能的改变调整用药，说明通过IOS检测值得推广[13]。相关文章指出，IOS能反映COPD与哮喘之间气流阻塞部位的差异，从而在两者的诊断以及鉴别诊断上起到一定的作用[14-16]。简而言之，IOS在支气管哮喘的诊断和治疗起到了一定的作用，尤其在儿科中具有独特的优势[17]。

4 间质性肺疾病中的应用

间质性肺疾病（interstitial lung disease，ILD）是一种以肺泡壁为主要病变所引起的异质性疾病[18]，主要累计肺间质和肺泡腔，导致肺泡-毛细血管功能单位丧失的弥散性肺疾病。根据病因、临床表现及病理，可将ILD分为已知原因的ILD（过敏性肺炎、石棉沉着病等）、特发性间质性肺炎（特发性肺纤维化、非特异性间质性肺炎等）、肉芽肿性ILD（结节病）和罕见ILD（肺泡蛋白沉积症、肺淀粉样变等）[19]。国内学者过程试验发现，ILD患者肺功能改变与肺部受累的程度有关，与导致纤维化的病因无关，另外指出常规肺功能的用力肺活量（FVC）和肺一氧化碳弥散（DLCO）、IOS的X5和Fres对肺间质纤维化的诊断有一定的意义，并且两者对诊断ILD的敏感性并无明显差异[20]。刘月英[21]以诊断特发性肺纤维化（IPF）明确的45例患者为IPF组，另外选取27例健康人为对照组，两组均进行常规肺功能及脉冲振荡肺功能检查，得到R5、R20、X5等各项指标，通过分析IPF组与对照组肺功能数据，显示出IOS能够早期为特发性肺纤维化患者提供诊断依据。王玉等[22]对187例矽肺患者进行IOS，同时进行常规肺功能检查，结果发现矽肺患者IOS三项指标（Fres、R5-R20、X5）的阳性率显著高于常规肺功能指标VC%，IOS总阳性率为89.3%，显著高于常规通气检测阳性率78.1%，明显可以看出IOS能够增加矽肺早期检出率。国外学者通过对ILD组、哮喘组和COPD组分别进行IOS检查，发现ΔX5在ILD组中具有典型的特征，可能与疾病的嚴重程度和生理变化有一定的关系[23]。

目前，IOS在间质性肺疾病的应用不多，随着人们对IOS的重视程度逐步提高，将来关于间质性肺疾病相应的研究会越来越多。

5 其他应用

有学者通过对周围型组肺癌26例、中央型肺癌组26例、肺癌伴胸腔积液组15例和COPD组30例，进行常规肺功能和脉冲振荡肺功能，得到残气容积肺总量百分比（RV/TLC）、Fres、Fres与预计值比值（Fres/pre）、R5、第1秒用力呼气容积（FEV1）、第1秒用力呼气容积与预计值比值（FEV1/pre）、呼气峰流量与预计值比值（PEF/pre）等参数，IOS对于诊断COPD与各种类型肺癌的肺功能区别上有很大的优势，其中以Fres、Fres/pre的差异最为突出[24]。有文章指出，对戒烟后被检查者进行IOS检查，发现Zrs、Fres、R5小于戒烟前，R20无明显变化，X5则高于戒烟前。指出戒烟可以减轻小气道功能的损害，同时进行脉冲振荡肺功能可敏感的反映出吸烟对小气道的影响[25]。除了IOS在上述不同疾病中的应用，还可在其他疾病的检查应用。

6 脉冲振荡技术存在的问题

目前，IOS作为独特的肺功能检测手段，虽然有常规肺功能不能取代的优点，但IOS是一项成熟度仍然欠缺的技术，和传统肺功能检查有较大的差别。在临床上，IOS应该与常规肺功能互相补充使用[26]。IOS的测量结果会出现较大的波动，重复性不好，同一个患者可能会出现两次不同的数据。国内缺乏共振频率、电抗、阻抗和其他参数的正常值范围，多采用国外的数据，注意不同厂家的数据也不一样，不同人种的体型存在差异，在一定的程度上，这很有可能影响患者呼吸总阻抗、阻抗、电抗等大小，在临床操作中，直接使用国外的数据明显是不合适的。另外，在应用IOS的过程中，除了常规的检测指标，还要综合分析结构参数图、频谱分析图和频谱微分均值图。所以，分析IOS的测量结果需要综合评估。

总而言之，IOS是一项有前景的测定肺功能技术，它既有优点，也有缺点，需要一定时间逐渐发展完善的过程。

参考文献

[1] Lozano R，Naghavi M，Foreman K，et al.Global and regional mortality from 235 causes of death for 20 age groups in 1990 and 2010：a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2010[J].Lancet，2012，380（9859）：2095-2128.

[2]中華医学会呼吸病学分会慢性阻塞性肺疾病学组.慢性阻塞性肺疾病诊治指南（2013年修改版）[J].中华结核和呼吸杂志，2013，36（4）：255-264.

[3]何光辉，黄民强，伍北寿.脉冲振荡肺功能（IOS）与慢性阻塞性肺疾病病情严重程度的相关性[J].临床肺科杂志，2017，22（2）：259-261.

[4]孟丹，张晓燕，朱健武，等.脉冲振荡肺功能测定在稳定期慢性阻塞性肺疾病治疗中的应用价值[J/OL].中华肺部疾病杂志：电子版，2017，10（3）：313-316.

[5]樊满齐，陈宇英，刘翱，等.脉冲振荡法测定慢性阻塞性肺病呼吸阻抗的应用价值探讨[J].实用诊断与治疗杂志，2005，19（9）：627-630.

[6] Wei X，Shi Z，Cui Y，et al.Impulse oscillometry system as an alternative diagnostic method for chronic obstructive pulmonary disease[J].Medicine，2017，96（46）：e8543.

[7]章敬玉，罗勇，沈礼娟，等.脉冲振荡法测定在COPD患者中的应用研究[J].临床肺科杂志，2014，19（2）：208-211.

[8]金兵，朱述阳，陈碧，等.脉冲振荡肺功能在鉴别慢性阻塞性肺疾病急性加重期和慢性心力衰竭所致呼吸困难的价值[J].江苏医药，2014，40（15）：1788-1790.

[9]冯晓凯.我国支气管哮喘患病情况及相关危险因素的流行病学调查[D].北京：北京协和医学院，2014.

[10]许萍，刘晓静，徐春燕，等.脉冲振荡技术在支气管哮喘诊断中的临床应用[J].重庆医学，2011，40（1）：7-8.

[11] Galant S P，Komarow H D，Shin H，et al.The case for impulse oscillometry in the management of asthma in children and adults[J].Annals of Allergy，Asthma & Immunology，2017，118（6）：664-671.

[12]高艳，陈海娟，李芳侠.儿童支气管哮喘采用脉冲振荡肺功能的临床意义及应用[J].宁夏医学杂志，2015，54（2）：170-172.

[13]张义，靳蓉，苏守硕，等.肺功能脉冲振荡在学龄前期儿童哮喘中的应用[J/OL].中华临床医师杂志：电子版，2016，11（11）：279-280.

[14]何菁子，胡耀明.采用脉冲振荡法（IOS）对哮喘和COPD患者进行鉴别诊断的研究分析[J/OL].中国医院药学杂志，2018，4（29）：1-4.

[15]刘长智，郑晓滨，陈超琳，等.脉冲振荡技术在COPD与支气管哮喘鉴别诊断中的价值[J].临床肺科杂志，2013，18（5）：851-853.

[16]刘晓菊，包海荣，方应根，等.老年哮喘和慢性阻塞性肺疾病患者的呼吸阻抗[J].中国老年学杂志，2011，31（22）：4305-4308.

[17]张利兵，孟令玲.脉冲振荡肺功能检查在儿童哮喘规范化治疗中的应用探讨[J].基层医学论坛，2016，18（31）：4388-4389.

[18]于润江.间质性肺疾病的分类[J].中华结核和呼吸杂志，2002，25（9）：4-7.

[19] ATS/ERS.American Thoracic Society/European Respiratory international multidisciplinary consensus classification of the idiopathic interstitial pneumonia[J].Am J Respir Crit Care Med，2002，165（2）：277-304.

[20]刘新民，李小玲，徐建华，等.脉冲振荡肺功能在间质性肺疾病诊断中的意义[J].北京大学学报：医学版，2002，34（6）：713-715.

[21]刘月英.脉冲振荡法在诊断特发性肺纤维化（IPF）的价值[D].长春：吉林大学，2012.

[22]王玉，李曙芳，李海峰，等.脉冲振荡法测定矽肺患者肺功能的临床意义[J].临床肺科杂志，2009，31（4）：461.

[23] Sugiyama A，Hattori N，Haruta Y，et al.Characteristics of inspiratory and expiratory reactance in interstitial lung disease[J].Respiratory Medicine，2013，107（6）：875-882.

[24]何約明，李翠梅，郭伟峰，等.脉冲振荡联合常规肺功能检测在肺癌和COPD中的应用价值[J].福建医药杂志，2013，21（4）：102-105.

[25]周胜亮，许萍，李平，等.戒烟对男性吸烟者脉冲振荡肺功能影响研究[J].江西医药，2011，12（9）：828-830.

[26] Shirai T，Kurosawa H.Clinical Application of the Forced Oscillation Technique[J].Internal Medcine，2016，55（6）：559-566.