文摘
婴儿小气道疾病的特点是不正常肺体积和通风分布不均匀。惰性示踪气体衣服又堆/冲刷技术使用了一种脉冲超声波流量计测量功能余气量(FRC)和通风分布自发呼吸和unsedated婴儿。
用超声脉冲发送通过流量计的主流,流,可以计算体积和毫米的呼吸气体。六氟化硫作为一种示踪气体。在机械肺模型(音量范围53 - 188毫升)和12个健康的婴儿(年龄在38.3±9.2天;均值±sd)技术评估的准确性和重现性。通风分布指数如alveolar-based意味着稀释号码(AMDN)和肺清关延迟(PCD)计算。
指肺体积测量误差模型是0.58%(变异系数(CV) 1.3%)。FRC在低预测范围正常婴儿·kg(18.0±2.0毫升−1)和高度可再生的(5.5±1.7% intra-subject简历)。AMDN金刚石是1.63±0.15,52.9±11.1%。
测量功能余气量和通风使用六氟化硫分布衣服又堆/冲刷和超声波流量计被证明是高度精确和可再生的肺模型和在健康、自然的呼吸和unsedated婴儿。
本研究由瑞士国家基金会(分32 - 51974.97),澳大利亚国家健康与医学研究理事会,瑞士CF基金会,阿斯利康(瑞士)
婴儿与小气道疾病如气喘疾病,肺囊性纤维化和慢性肺病飞速膨大和通风尺度1,2。在婴儿很难目标小气道功能。胸的快速压缩技术,提出了全身体积描记法提供的小气道功能,然而这些方法能力有限,需要镇静和可能不适合大的流行病学研究。
量化程度的肺功能异常和研究吸入支气管扩张剂或局部抗炎药物的治疗效果,准确和易于使用的技术来测量肺容积和通风分布在婴儿是必要的。这可以通过多个呼吸气体冲洗技术。气体稀释技术确定功能余气量(FRC)通过测量领域的肺,容易沟通与中央航空公司在潮汐呼吸。两种气体稀释技术常用关闭氦(他)稀释和开路multiple-breath氮冲刷(MBNW)。尽管MBNW可以很容易进行,气体粘度的相当大的变化在冲刷策略显著影响气体流量的准确性(V由pneumotachography′)测量3,4。后者他稀释技术避免了这个问题,但基于闭合电路和测量系统泄漏减少其准确性5。除了他的技术已经很长一段时间常数,不能用来评估气体混合。六氟化硫(科幻小说6儿童)冲刷可能是一个合适的技术,包括那些需要近100%的氧气(O2)来维持正常的血红蛋白饱和度6,7。
本研究的目的是开发一个简单的方法可以测量肺容积(FRC)和通风尺度自发呼吸婴儿在不改变婴儿的呼吸和减少由于泄漏问题。目的是验证一个新的科幻的准确性和可行性6衣服又堆/冲刷技术在肺力学模型和unsedated健康的婴儿。
材料和方法
主题
十二个健康婴儿(四女,八公),年龄在38.3±9.2天(平均数±标准差)测量。婴儿没有报道呼吸事件研究招生之前,足月出生,和父母没有哮喘病史,或吸烟。这项研究是通过大学儿童医院的伦理委员会,伯尔尼和书面的知情同意之前获得的测量。
研究设计
旧金山6衣服又堆/冲刷技术最初评估肺力学模型,随后测试nonsedated自发呼吸健康的婴儿。测量FRC通风和指数分布比较文献报道结果。
六氟化硫multiple-breath衣服又堆/冲刷系统
FRC和通风指数测定multiple-breath衣服又堆使用科幻/冲刷技术6作为一种示踪气体。系统使用的是改编自一项研究FRC在通风的孩子和动物8。系统(图。1⇓)包括一台计算机、一个常数旁路流(8 - 12 L·分钟−1)、超声波流量计(Spiroson®科学;ECO医生AG)、瑞士Durnten)和密闭面罩。压力驱动搅拌器,由计算机控制被用来从室内空气开关气体混合物包含室内空气和4%的科幻小说6。吸气和呼气V′与超声波流量计测量和综合计算启发和过期卷(V)。流是由测量脉冲超声波渡越时间的穿越流媒体。声音是加速或de-accelerated通过介质的运动,造成,跨媒介对于一个固定的距离,减少下游和上游渡越时间的增加。这种变化在运输途中时间是与气速有关。摩尔质量(毫米g·摩尔−1)的气体流量计可以计算的主流的交通时间和精度高,它的值是直接与介质的密度成正比。MM可以评估Spiroson®超声波流量计的摩尔质量的范围20-45 g·摩尔−1精度为0.01 g·摩尔−1。因此使用公式: MM可以计算(φ是气体密度,MM是摩尔质量,p是压强,R是气体常数和T是温度)。然而,精确的温度必须确定沿着声音传播路径。由于温度的确定的复杂性以及声音传播路径和因为小潮期间温度变化存在呼吸,沿着声音路温度的变化可以用温度模拟模型。温度测量流模型使用,仪器死腔和预设温度(在身体的温度和环境压力和饱和水蒸气(btp)校正参数)的吸气和呼气气体计算温度变化沿着声音传播路径。吸入气体的组成不同于呼气肺气体交换。通常情况下,吸入气体构成21% O2和79%氮(N2)导致毫米28.85 g·摩尔−1。在过期MM略高是由于二氧化碳(公司的存在2),MM∼29.09 g·摩尔−1。考虑到这些影响毫米上的温度和气体成分的信号,作者减去从MM在衣服又堆和冲刷,测量获得的基线MM在相应阶段的潮汐呼吸前科幻6衣服又堆(假设在呼吸的测量条件保持不变)。测量和基线毫米之间的差异被称为ΔMM。科幻的衣服又堆或冲刷曲线6使用ΔMM被描述。获取瞬时科幻6分数在每一刻在衣服又堆和冲刷,ΔMM除以MM科幻6(146.05 g·摩尔−1)。毫米的两点校准信号进行使用室内空气和4%的科幻小说6。
一个婴儿超声波流量计(1.3毫升)的死腔是用于测量婴儿。中型超声波流量计(3.2毫升)的死腔大内径是用于肺模型由于更高的流模型时遇到的通风率为60分钟−1和一个潮汐卷(VT80毫升)。流量计的校准高精度校准注射器(汉斯·鲁道夫,5510系列;Gambro AG)、Hunebach、瑞士),被认为是校准充分如果综合成交量在100毫升的1%。作者保证流头20而言不啻是密封的压力2o .的MM,呼出气体超声波流量计测量(图2所示⇓)。的信号V′和MM收购Spiroson控制单元,数字化和采样率200 Hz。数字化信号处理和存储在电脑上。
通风计算功能余气量和指数分布
冲刷的FRC除以测量获得的过期的科幻小说6体积end-tidal科幻6浓度之前惨败。最初的科幻小说6体积流量计内的连接器从总额减去呼出科幻小说6体积。衣服又堆FRC的决心同样使用的数学镜像冲刷的信号。FRC在重复测量每个衣服又堆/惨败。在每个婴儿至少三个科幻小说6衣服又堆/褪色和六个FRC值计算执行。V′,V和FRC纠正btp条件。的计算冲刷计算指标仅限于最常报道和原始作者所描述的一样。肺间隙指数(LCI)是卷失误的数量需要减少end-tidal科幻6浓度为四十分之一的示踪剂浓度的衣服又堆/冲刷9。alveolar-based意味着稀释(AMDN)数量之间的比率是第一的零时刻冲刷曲线。卷失误被数的计算使用累积过期肺泡体积(VT减去死腔体积)10。数量意味着稀释(MDN)计算类似AMDN但累计过期肺泡体积不是纠正福勒死腔3。肺清关延迟(PCD)被定义为100×(实际平均时间示踪气体仍然在肺部,理想的时间)/理想的时间9。混合比率之间的比率是呼吸的观察和理想的数量需要减少end-tidal示踪气体浓度为四十分之一的浓度开始时惨败11。低价值的指数表明即使通风。
福勒死空间(VD)是获得前三个期间到期的惨败9。VD被定义为卷过期当科幻小说吗6end-tidal科幻的浓度达到50%6浓度的呼吸。至少有四个VT之前和之后,科幻小说6衣服又堆记录评估如果在科幻的呼吸模式的变化6衣服又堆。
FRC和通风指数计算使用软件提供的超声波流量计和作者自身的算法编写的虚拟仪器5.0。
测量在婴儿
科幻小说6衣服又堆/冲刷在正常睡眠没有镇静和执行在仰卧位。经皮的血红蛋白饱和度期间不断监视测量(Ohmeda 3800脉搏血氧计,芬兰赫尔辛基)。面罩,鼻子和嘴部周围密封,以确保密封配合,精心操作到位的测量。的面罩死了一个有效空间5毫升(以水位移)。至少有三个衣服又堆/冲刷的科幻小说6进行每一个婴儿。
肺模型
肺模型被描述12。总结不久,一个线性泵(加拿大蒙特利尔Scireq Inc .) 0.5%的精度(中风),使模拟潮汐和强制流动模式使用13。的VT也可以复制精度为±1%,频率每分钟10 - 120次(bpm)之间。系列线性泵是连接到一个已知的卷(55岁,60岁,80,90,95,110,115,120,125,130,135,140和185毫升)。在目前的实验中,肺模型被使用呼吸频率为20,40和60 bpm和VT24,34岁,40岁,49岁,56岁,68年、74年和79毫升。的比例VT在0.4 - -0.6之间FRC被选为。满铜和铜的卷了羊毛为了最大化,使均匀散热。从水中这些元素的确切数量计算位移以及从他们的物理维度,铜羊毛和连接器数量考虑在内。观察肺模型的最小泄漏20而言不啻使用压力2o .泄漏是依赖于频率和压力VT。量化的影响泄漏FRC的精度测量使用以下设置:肺模型刷新科幻室内空气的混合物为4%6。空橡胶气球在末端的超声波流量计。线性泵肺通气模型在不同频率(20到60 bpm)和VT有一个调整吗VT/ FRC比率为0.4和0.6。空高度兼容的橡胶气球需要实现一个封闭的系统在不增加死亡空间和保持系统内的压力类似FRC测量中遇到的婴儿。因此气球作为储层,以确保一个近似恒定体积低压封闭系统在整个呼吸周期。MM信号然后测量在260年代(大约五倍的平均衣服又堆/冲刷时间肺模型)。毫米表示的任何减少科幻的丧失6因此允许泄漏的大小量化。
统计数据
每个参数和6测量(三个衣服又堆和三个冲刷)均值±sd计算。系统的再现性在体外和在活的有机体内被评估计算变异系数(CV)。测量的准确性(协议)的局限性肺机械模型评估与测量体积和的均值之间的差异测量和预设卷14。检查的影响VTFRC的精度测量肺模型使用双向方差分析。每分错误被定义为:100×的绝对值(预设体积−测量体积)/预设体积。不同体积测量肺模型使用配对t检验进行评估。一个假定值< 0.05被认为是重要的。
结果
肺模型
台测试机械肺模型显示高度准确的体积测量使用科幻6气体衣服又堆/冲刷技术。FRC的测量误差为0.62±1.49毫升(范围:0 - 3.66毫升),1.3%的简历和表达的错误百分比为0.58±1.3%(范围:0 - 3.2%)。奥特曼和乏味14绘制在图3中⇓显示测量之间的协议和已知体积的机械肺癌模型。的变化VT或呼吸速率没有影响肺模型中的体积测量的准确性(p = 0.46)。表1⇓比较结果与类似的台架试验测量在文献中报道。观察到的最大泄漏60 bpm和呼吸频率VT74毫升。MM信号减少在这些设置的速度每分钟0.014 g·摩尔−1(0.24%的观察end-washin科幻6与0.00052 g·摩尔浓度)或每呼吸−1(0.009%)。作者因此补偿测量FRC肺模型的测量数据泄漏。测量的精度在规定推荐的测量变化最近ERS-standards婴儿肺功能设备17,18(< 2.5%,婴儿肺容积在50到300 mL,最少2毫升)。
讨论
肺容积的测量(FRC)和通风尺度婴儿用小气道疾病管理是很重要的治疗干预措施的效果,如支气管扩张剂和吸入局部类固醇。breath-by-breath惰性气体冲刷法提供了一个独特的机会来诊断这种情况没有辐射或开放肺活检或至少减少这样的使用方法。一个新的科幻6衣服又堆/冲刷技术测量FRC和通风分布在肺机械模型和验证unsedated健康,自然呼吸的婴儿。同时超声波流量传感器是用来测量V′,V和示踪气体浓度。高准确性和重现性的测量技术可以在一个机械演示肺癌模型。SF6衣服又堆/冲刷测量可以很容易地获得在所有婴儿,和可再生的FRC和通风计算分布数据。
任何气体稀释技术测量FRC有内在的局限性。他稀释可以确定FRC高度准确,提供的系统中没有泄漏。这项技术是有限的,然而,当他分析器对气体敏感,其他比他,如有限公司2阿,2N2和水蒸气。此外,它是不可能评估肺的通气分布与他稀释技术作为end-tidal浓度不分析呼吸呼吸。FRC和通风与multiple-breath N分布可以测量2惨败。然而,MBNW使用100% O2呼吸气体应该避免,换气纯O2改变了在测量呼吸模式15。尽管MBNW简单执行自发呼吸婴儿,气体粘度的变化和旅行时间的样品气体的N次方2分析器将大大影响测量的准确性23。科幻小说6冲刷是一种潜在适合婴儿的技术,包括那些需要接近100%2维持正常的血红蛋白饱和度。科幻小说6浓度之前一直使用一个红外分析仪测量,然而这些分析器低信噪比和变量的响应时间6,7。科幻小说6,他和N2可能由质谱仪测量精度高,但设备笨重,需要有经验的人员操作。气体稀释技术使用超声波流量计是独一无二的,V′和MM可以同时测量。流是由测量脉冲超声波渡越时间的穿越流媒体。MM (g·摩尔−1)随后可以从运输时间和精度高,计算它的值是直接与介质的密度成正比。超声波流量传感器在以前的衣服又堆/冲刷技术相比具有很多优点。流和气体浓度测量的同时,没有繁琐的校准和调整流量和示踪气体信号之间的延迟时间是必要的。任何惰性气体与空气不同的MM (28.85 g·摩尔−1)如科幻小说6(146克·摩尔−1)或他(4 g·摩尔−1)可以用作示踪气体。此外,可以使用相同的设备在自主呼吸和机械通风8。旧金山6因此技术非常适合测量FRC和通风分布。
健康婴儿的FRC值在当前研究明显低于计算预测值由他稀释技术测定19(表2⇑)。一些但不是全部差异也可能被解释成不同的本生灯系数(溶解度)他和科幻小说6(αSF6气体= 0.0086和α他α= 0.0068分别SF6气体/α他= 0.79),这将导致更高的肺部和可能导致他reabsorbtion FRC 1.2%相比,科幻的高估6。科幻小说6MM 36-fold高于他(146 g·摩尔−1和4 g·摩尔−1分别)。婴儿呼气肺的收卷在潮汐呼吸。它可以推测,更多的SF6气体是被困在这些相关的部分比他的肺部,导致低估的。此外他或N的先前的研究2稀释技术更高的工具性死空间,这可能导致artifactually FRC值高。然而,这些差异并不是临床相关性。相比MBNW O为100%215旧金山6衣服又堆/冲刷并没有改变呼吸模式的调查与测量对象VT在科幻小说保持不变6衣服又堆/冲刷。的不同变化测量卷在肺模型(1.3%)和健康的婴儿(5.5%)也可能被解释成婴儿的不规则的呼吸模式。测量的可变性FRC在当下研究的健康婴儿相似值在文献中报道,在接受的范围内对婴幼儿肺功能测试7,15。
只有有限值的正态分布指数报告文学(表3所示⇑)。目前作者先前计算AMDN MDN, LCI MBNW自主呼吸婴儿肺部疾病15。低价值的指数表明即使通风。AMDN歧视之间的健康婴儿的研究和先前描述的婴儿肺部疾病。PCD值高于Vilstrup报道et al。(健康早产儿)7但低于价值以通风肺部疾病的孩子8。肺部疾病患儿支气管反应性研究需要准确量化的敏感性分布指数报告。
结论
大多数当前的方法来测量功能余气量使用N2冲刷或稀释技术在肺部疾病患儿。这些技术只用于研究目的和没有商业化。一体化超声波流量计是非常适合测量功能余气量和通风自流分布,能同时测量体积和气体浓度使用单一信号的脉冲超声波,没有繁琐的校准和信号测量前调整是必要的。目前作者已经证明,这种技术可以接受的准确性和重现性很好在体外以及在活的有机体内。一套完整的测量可以很容易地获得在正常和unsedated睡在健康的婴儿。研究婴儿的呼吸模式是测量技术的影响。因此科学家发明了一种新的非侵入性技术,可以很容易地评估通风尺度和肺容积,潜在的敏感标记unsedated小气道疾病的婴儿。这使得该技术用于大型流行病学研究健康婴儿或简单的使用在临床设置。
- 收到了2001年3月15日。
- 接受2002年3月22日。
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