声门孔径变动对于强迫振荡技术测量呼吸系统阻力的影响

发布时间：2019-07-13 20:41

【摘要】：强迫振荡技术（forced oscillation technique，FOT）是通过施加一个小振幅的压力振荡到呼吸气流之上，通过计算振荡压力和流量的商得到呼吸道阻力（respiratorysystem resistance，Rrs）的肺功能检测方法。和传统的呼吸量测定法（spirometry）相比，FOT提供了一种仅需被测试者被动合作就可获取肺部力学特性的方法，不仅可以用于成人，尤其适用测量儿童、老年人以及采用机械通气的病人等人群。。每次肺功能测量过程中，受试者的呼吸会周期性的变化，其声门孔径也随着呼吸过程发生变化，从而影响到测量所得的呼吸系统阻力的结果。在平静呼吸状态，当吸入气体时声门孔径变大，呼出气体时声门孔径变小。而当吞咽或者说话时等，声门孔径也会突然发生变化。一般而言，普遍接受的说法是整个上呼吸道会对呼吸系统阻力贡献45%，其中声门孔径的影响最大。但是，每个人的贡献值不同，甚至同一个人在不同情况下的贡献值也不同。Ferris在他的文章中也提到声门可能会对呼吸系统阻力有20%的影响。但是这些都只是猜想，据我们所知还没有具体的实验来量化声门孔径对呼吸系统阻力的影响，尤其是采用FOT技术来量化这种影响。这里我们采用的FOT仪器是一种叫做OS（Oscillation Spirometer）的新型医学仪器，由Geoffrey Maksym博士的实验室开发，不但可以用于标准的肺功能测试（同肺活量计），也可以用于检测Rrs和呼吸系统阻力的可变性（variationof airway resistance，VAR)。在本研究中，呼吸道阻力和声门孔径将被同时记录，研究目的在于了解声门的变化特点以及这种变化对于Rrs的影响。这里采用鼻咽内窥镜和FOT同时采集，前者用于记录声门的变化，后者用于记录Rrs的变化，从而分析声门孔径的变化对Rrs的影响。使用OS来分别检测10名哮喘病患者和9名健康人的Rrs，每次信号采集过程为1分钟。这里OS采集的Rrs将和后来模拟的声门阻力进行比较。在Rrs采集的过程中，声门的变化通过鼻咽内窥镜同时采集并保存为视频。而且我们研究了一种视频图像处理算法来分析声门孔径面积的变化。为了实现声门面积从像素到真实大小的转换，我们还对鼻咽内窥镜摄像头进行了标定。得知了声门的具体面积大小以后，我们还需要估算声门的阻力，因此搭建了一个声门机械模型，从而估算不同声门孔径面积下的阻力大小。我们发现这个建立在高斯平滑滤波、阈值分割和微分法基础上的图像处理算法能有效地检测出声门的孔径变化，经过初步研究还发现声门孔径的变动和呼吸过程密切相关。为此对Rrs和声门的变化曲线做了相关性分析，证实每个受试者的相关系数都不同（-0.20到-0.65之间）。声门孔径随着呼吸基本都呈现出明显的变化，只有在2名哮喘病患者中不明显。但是，Rrs都随呼吸展现出明显的变化。Rrs的变化和声门的变化呈负相关，也就是说当声门面积变小时呼吸系统阻力变大。这个结论也可以在声门机械模型中得到了证实，声门面积减小时，声门的阻力变大。总的来说，哮喘组和健康组的平均声门最大张开（正常呼吸情况下）的面积值分别为0.97±0.26cm2和0.74±0.23cm2。经过t检验得到P0.05，两组受试者的声门最大张开面积没有明显差异。估算的声门阻力和呼吸系统阻力进行比较，发现比值在10%到50%之间，平均比值为25.5%（健康组：23.1%；哮喘组：27.7%）。也就是说，，通过对一组哮喘人和正常人的研究发现声门可能会对呼吸系统阻力贡献25.5%左右，这个结论非常重要，因为以前都认为呼吸系统阻力只和肺的内部结构有关。
文内图片： FOT简单示意图

图片说明：强迫振荡技术(Forced Oscillation Technique, FOT)[27-29]。 1956 年首次被 Dubois 和他的同事用于呼吸系统力学研究过振荡发生器产生一个特定频率和振幅的压力振荡，振荡并叠加在呼吸气流之上，随气流进入气道和肺组织，通过收并折射的压强和流速，计算振荡压力和流量傅立叶变换（得呼吸系统的呼吸系统总阻抗（respiratory system impeda量，它包含实部和虚部，可用公式表达为公式 1.1：Zrs = Rrs + jXrs 是呼吸系统阻力（respiratory system resistance, Rrs）代表了气道和肺组织的粘性阻力，主要分布在大小气道，高道粘性阻力的大小，低频阻抗则反映了所有气道粘性阻力统电抗（respiratory system reactance，Xrs）代表了 Zrs 的肺组织的弹性阻力（elestance, E）和惯性阻力（inertance布在肺组织和细小支气管，而惯性阻力则主要存在于大气
文内图片： a)FOT仪器；b)呼吸量测定法

图片说明：经显示出较好的重复性[36-38]。Rrs 的均值在健康儿童、哮喘病儿童和肺部囊性纤维化的儿童中也显示出良好的重复性。此外，这些测量结果还和能用肺活量测定法的儿童用 FEV1的测量结果高度一致[32, 39-42]。成年人 FOT 的学习研究指出 Rrs 的均值和 Xrs 可以反应气道直径的差别，因此可以用于哮喘、慢性支气管炎、肺气肿、肺部囊性纤维化和睡眠窒息的区别诊断[43-46]。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R318.6

【共引文献】