摘要
准确、可重复和便携的床边肺容量监测可能有助于早期识别通气和不通气受试者的肺过胀和过胀。这项研究询问了便携式超声波流量计的原型是否能提供有效和可靠的功能剩余容量(FRC)测量我们)与质谱仪(FRC多发性硬化症)。
配对,随机测量FRC多发性硬化症和FRC我们用六氟化硫(SF6)23个健康婴儿中的多口气冲洗技术,中位数(范围)后龄34.6(1.3-92.6)周和重量为8.3(3.9-11.7)kg。
FRC我们(95% CI: 1.0-10.4%)比FRC多发性硬化症相当于大约1ml·kg的差异−1.两种技术之间的95%一致性限制(LA)相对较宽(95% LA: - 17.5%至29%),尽管与之前报道的患者肺体积测量变异性相一致。FRC的主体内变异系数无显著差异多发性硬化症(3.7%)和FRC我们(5.2%)。
本研究中使用的超声波流量计提供了可重复测量功能性残留能力的可重复测量,所述功能残留能力在自发呼吸健康婴儿中,近似在质谱期间获得的婴儿。
This research was supported by a Neil Hamilton Fairley NHMRC Postdoctoral Fellowship (J.J. Pillow), a European Respiratory Society Long Term Research Fellowship (H. Ljungberg), the Innovative Medizinische Forschung, University of Münster, Germany, and the Gesellschaft für Pädiatrische Pneumologie (G. Hülskamp) and Portex Ltd (J. Stocks). Research at the Institute of Child Health and Great Ormond Street Hospital for Children NHS Trust benefits from R&D funding received from the NHS Executive.
肺部和过度排放的识别可以在治疗患有呼吸疾病的婴儿期间向临床医生提供重要信息,并促进早期的治疗机构,可以防止进一步的临床恶化。尽管普遍了解卷塑造潜在的不利后果,但缺乏准确地检测到溢出或过度的可用,便携式和无创临床工具,却阻碍了实现这一目标的试图。迫切需要技术发展,可促进婴儿和幼儿功能剩余能力(FRC)的准确测量。
虽然体积描记术被认为是FRC的金标准测量方法,但它对环境条件很敏感,不容易在床边使用,因为气体稀释技术提供了另一种方法。多呼吸洗脱技术由于其可同时评估通气不均匀性指数而受到广泛的欢迎1.质谱仪通常被认为是气体稀释技术的金标准,尽管大多数质谱仪与环境条件的尺寸和敏感性通常不能被用作便携式设备。
该领域最近的发展是超声波流量计。最初在Buess 1986年报道et al。2在美国,使用原型系统测量肺容量和通气不均匀性指数的研究最近已在实验动物模型上发表3.在非透明的4和通风3.婴儿和儿童。同时,测量体积的准确性已得到确认在体外4,5在美国,该技术在健康婴儿群体中的验证尚未见报道。本研究旨在确定在健康婴儿多次呼吸洗脱(FRC)过程中使用超声传感器是否可以获得有效和可靠的FRC测量值我们),将它们与在同一测试场合使用质谱仪测量的FRC (FRC)进行比较多发性硬化症).
方法
学习人口,道德和背景数据
从霍默顿医院和伦敦大学学院医院招募没有先天性异常或新生儿呼吸障碍的健康婴儿作为正在进行的流行病学研究的对照6,7.当地的研究伦理委员会批准了这些研究,并在肺功能检测之前获得了书面的父母知情同意。当婴儿在临床上至少三周没有呼吸道感染时进行测试。
学习规划
该研究被设计为两种不同测量FRC方法的随机比较观察研究。
设备和测试方案
使用多呼吸洗脱技术通过质谱仪测量未镇静和镇静婴儿的FRC (FRC)多发性硬化症;艾米斯2000;Innovision,欧登塞,丹麦)与定制软件(TestPoint;资本设备公司,比利卡,MA,美国)和目前,商业可用的原型超声波流量计(FRC我们;Eco Medics,Duernten,瑞士)使用采集和分析软件(Wbreath V3.8.22; NDD,苏黎世,瑞士)。在行为确定的安静睡眠期间,在仰卧位研究受试者8.产后6周以上的婴儿口服或直肠剂量为50-100 mg·kg−1水合氯醛。在任何其他肺功能测试和启动顺序之前,连续进行FRC测量多发性硬化症与FRC我们)是随机的。两组测量在镇静婴儿〜20分钟内完成,而无需检测的研究占1小时。
大众景观
FRC多发性硬化症是否如前所述使用设备和程序获得9.使用管肺血管谱仪(Fleisch No.0; Fleisch,Lausanne,Switzerland)记录流程。根据婴儿的年龄使用Rendell-Baker尺寸1或2面膜(表1⇓),并用呼吸质谱仪从面罩中采样气体浓度(图1a)⇓).气体采样和测量与流量信号之间的延迟纳入校准过程中。试验气体混合物(4%硫化硫化物(SF6),4%他,21%o2和平衡n2)管理通过一个T型偏置气流系统连接到气速仪的外端,直到失效并激发SF6浓度的时候。在呼气过程中,释放示踪气体的偏置气流被断开,从而在下一次吸气时开始与室内空气发生冲蚀,并一直持续到尾潮SF6<起始浓度的2.5% (即。0.1%的科幻小说6年底到期)。计算被限制在冲刷阶段。
原型超声波流量计
超声波流量计的设计包括两个侧腔,超声波换能器位于侧腔内,与主流道相对,但可以自由通信(图1b和c)⇑).流道穿过插入流量计的死区减速器。根据婴儿体重是否低于(集1)或高于(集2)8 kg(图1),使用两种不同的deadspace减重器和口罩⇑,表1⇑).一次性细菌过滤器(SpiretteTM)包围了死亡的空间减速机。附加的胶带被贴在Spirette上TM在组装以改善密封件之前,并且没有泄漏的情况得到确认高达2kPa。使用含有4%SF的偏置流动混合物进行多呼吸冲洗6和21%啊2.测量与使用质谱仪获得的测量值不同,因为在整个测量中没有延迟分子量和流量测量,并且在整个测量中保持恒定的偏置流动(4%SF6记录的痕迹长度略长(包括潮末SF后至少5次呼吸)6达到起始浓度的<2.5%)。流量由每个换能器发出的超声脉冲飞行时间的差值计算,而摩尔质量是绝对飞行时间的函数3.,从而可以估计示踪气体的浓度。只有冲刷数据用于与质谱仪FRC测量值进行比较。
计算与统计分析
FRC多发性硬化症和FRC我们数据由两名研究人员(j·p和h·l·)独立分析,他们都不知道从替代技术获得的结果。只有在正常呼吸、呼气末水平稳定的情况下,数据才可用于分析7如果没有泄露的证据。根据公布的指导方针,通过测试传感器来排除泄漏11,在患者的鼻腔和口腔实现口罩密封后,观察流量环路,并通过检查试验痕迹,观察在冲洗时激发磨牙质量的突然变化和在冲洗或冲洗期间流量减少。记录的流量和体积被转换为体温和压力,饱和(BTPS)条件。超声冲蚀分析包括对侧腔储层效应的修正,循环内温度变化对分子质量的影响使用前面描述的温度模型进行了解释3..
两种系统之间的FRC比较是在技术上可接受的SF的前三次(最小二次)之间进行的6褪色。FRC根据过期SF的累积量计算6除以冲蚀开始时和冲蚀结束时潮底气体浓度的差值。在每个软件包中的示踪气体的偏置流和测量点之间,自动校正了再激发的示踪气体的呼出量。软件报告的FRC测量结果进一步修正了气道开口和示踪气体测量点之间的死区,包括面罩的“有效”死区10.对于质谱仪,这包括嘴唇和取样毛细管之间的掩模体积,而对于超声波流量计,这包括掩模体积、VolSen3和VolSen2的50%(图1)⇑,表1⇑).
将原型超声流量计获得的死空间校正FRC值与使用Bland和Altman方法的“金标准”质谱计获得的值进行比较12.由于对象内的可变性系数(CV = 100×SD /平均值)数据不是通常分布的,因此这些数据被记录转换并确定了它们的差异(logfrcCV,US-logfrc.简历,女士).两个几何手段的对数之间的差异给出了它们的比率,而不是它们的差异。通过获得防止歌来获得这些数据的后回变换以获得几何平均值的比率。如果没有差异,该比率的95%CI将跨越113.目前的作者认为FRC我们将是FRC的合理替代品多发性硬化症如果两种FRC测量值之间的差异≤5%,并且在任何给定测试场合的一致限度(LA:平均值差值±1.96 sd)在测量平均值差值的±20%之内14,15.
结果
研究人群
23名健康婴儿(12名男性)27次获得了技术上满意的FRC平行测量。婴儿的中位(范围)妊娠期为39.7周(31.4-42.4),出生后年龄为34.6周(1.3-92.6),体重8.3(3.9-11.7)公斤,体长70(52.5-87)厘米。7项研究(出生后小于6周)在没有镇静的自然睡眠中进行。
质谱仪和超声波流量计功能剩余容量的比较
FRC之间的比较相关的生理数据多发性硬化症和FRC我们如表2所示⇓.使用对受试者内的平均值(范围)的技术获得高度可重复的结果,用于FRC的3.7%(0.4-9.7%)多发性硬化症FRC的5.2%(0.9-14.1%)我们.两种方法的CV和测得潮气量之间没有显著差异。在超声流量计的研究中,平均呼吸频率和分钟容积略低。
从两种技术获得的FRC测量值在统计上有一个小的显著差异我们平均(95% CI)比FRC低5.7% (1.0-10.4%)多发性硬化症(表2.⇑和图2⇓).协议的限制(平均差异±1.96 SD)介于-29.0%和17.5%之间(即。−5.7%±23.2%)。在27项研究中,只有两项研究超过了预定义的可接受限度,即平均值之间差异的±20%。
讨论
概括
使用超声波流量计获得的FRC略低,尽管明显低于使用质谱仪获得的SF6在1.3 - 92.6周校正后的健康婴儿中,对FRC的多次呼吸洗脱估计使用超声波流量计的测量是可重复的,尽管受试者与使用质谱仪获得的测量结果的一致性刚刚超过了研究预定义的名义可接受限度。FRC的成对测量的相当大的离散性表明了FRC测量的潜在变异性。造成这种差异的原因可能是方法学的、技术的或生理的。
方法论和技术性变异性
本研究涉及在两个独立,持续的纵向流行病学研究中参与健康控制的婴儿。理想情况下,相同的面部将用于目前的方法研究中的两种技术,但这是由于需要维持流行病学研究的标准操作方案。一项研究掺入了一个固有面罩的肺体积的体积测量(如.兰德尔Baker)是至关重要的16.一些婴儿也参与了肺生长和发育的纵向评估,其中使用Laerdal面罩测量FRC,因为这更适合非镇静剂床边研究。由于时间的限制,对同一婴儿使用不同口罩进行相同技术的效果评估是不可行的。因此,两个FRC使用相同的(油灰衬里)口罩多发性硬化症和FRC我们测量仅用于> 8kg的镇静婴儿(图2)⇑).即使在这些婴儿中,在FRC期间也存在额外的2.5 mL总死亡空间我们与FRC期间相比的测量值多发性硬化症(table 1⇑).相比之下,FRC期间,总面具 - 设备死亡空间较低我们在小于8公斤的婴儿中,小于3个月婴儿的差异为3.5毫升,>婴儿的差异为6毫升(表1)⇑).虽然目前的作者试图纠正由这些不同的掩模流量计配置产生的物理差异,但这种调整不能考虑不同死亡空间和阻抗负荷可能发生的肺部体积和呼吸模式的任何生理变化。在本研究中,在超声波流量计研究期间记录了稍微较低的呼吸速率。根据欧洲呼吸协会(ERS)指导方针188bet官网地址10,对于任何给定的口罩(即。水量的50%)。这种方法只能表示一个平均值,不会考虑占用容量较小的不同死空间与更大的面,以及由于使用不同程度的压力和/或腻子而产生的变异性。对于具有70 mL FRC的婴儿,估计死区校正误差仅为3.5 mL,将使该测量值与真实值的散射值增加5%。在两种不同的设置下,超声测量的平均系列死区(代表没有气体交换明显的系统组件)分别为7.5±4.0 mL和12.7±2.3 mL,小于各自超声波流量计设置中用于死区校正的8.2 mL和15 mL (50% VolSen2+VolSen3+掩膜用于FRC我们).
每种技术获取的数据略有不同。质谱仪的采样频率(33 Hz)低于超声波流量(100 Hz)和超声波流量计的摩尔质量信号(200 Hz),在婴儿呼吸频率过快可能导致一些不准确的情况下还有待验证。FRC测量的算法也略有不同。质谱仪提供了高度特异性的气体分析,而摩尔质量信号反映了呼吸气体成分的所有变化,因此需要通过软件对每次呼吸中温度、湿度和二氧化碳含量的循环变化进行校正。从冲蚀测量到示踪剂浓度低于FRC起始浓度的2.5%为止,计算FRC多发性硬化症,而它是源于FRC在高原的最后一次呼吸我们.然而,更重要的是,目前超声流量计的侧腔原型(目前市面上唯一的版本)包含了对示踪气体进出换能器腔扩散的经验推导修正,这可能导致两种方法之间的观察差异。
生理变异性
尽管试验的开始顺序是随机的,并且只接受那些在行为决定的安静睡眠期间获得的测量结果,但FRC中残留的生理变异很可能已经存在。由于在健康婴儿中两种试验的短期重复性数据的缺乏,估计这可能对结果产生的影响是有限的。已公布的多次呼吸洗脱FRC值17,在FRC的最大流动14,强制过期的卷15在婴儿14,17和年长的孩子15建议这些参数的变化不大可能是显著的,除非它们超过20%,甚至更大的变异性的参数,如强迫流动或阻力18.按上述任何一项标准,财务汇报局与财务汇报局之间的协议均须遵守多发性硬化症和FRC我们在肺功能研究中,受试者内、试验间变异性接近目前接受的范围。
临床意义
鉴于FRC测量在临床决策中的潜在应用远远超出了那些身体上能够访问肺功能实验室的患者,迫切需要一种有效的、便携的FRC测量。这项研究表明,便携式超声流量计原型可以用于获得健康婴儿侧面的FRC的重复性测量,与质谱计获得的测量结果近似。未来的改进将从换能器侧腔中隔离流道,可能会进一步提高该设备的准确性。
虽然该技术将承担作为肺功能的有用床头旁测量,但是当前原型具有用户需要了解哪些原型。作为当前在实验室中发现的作者,测量和分析软件不是用户证明和收集,不适当的选择可以影响结果的准确性。本提交人强烈建议在分析之前以原始的未加工格式保存所有数据,以便在分析算法发生变化时促进重新分析。
结论
目前的研究表明,在健康、不通风的婴儿安静睡眠期间,使用原型超声流量计获得的功能剩余容量测量值与使用质谱仪获得的值近似。这种测量功能剩余容量的流量计的可靠性,将有助于身体上不能参加专门的肺功能实验室的患者床边肺容量监测。虽然在数据收集和分析过程中改进质量控制是必要的,但超声流量计在床边肺功能应用的发展中迈出了令人鼓舞的一步。
致谢
作者要感谢我们的学习婴儿及其家庭,让他们参加这项研究。他们也很感激A. Cantarella,A-F。HOO和S. lum为他们提供招聘和数据收集,C. Buess,A. Schibler和R.Isler提供了关于分析超声波流量计数据的技术咨询,以及P.Gustafsson的投入进入质谱研究。
- 已收到2003年8月7日。
- 接受2003年11月26日。
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