新一代肺功能测量系统
作者：曾碧新 陈式苏 黄敏
单位：曾碧新(温州医学院 (浙江，温州，325000))；陈式苏(温州医学院 (浙江，温州，325000))；黄敏(温州医学院 (浙江，温州，325000))
关键词：用力呼吸肺功能指标；静态呼吸通气功能；新测量方法
中国医疗器械杂志000206 提 要：由Fleisch流量换能器、压力换能器、放大器、A/D转换器、486微机组成，用于测试静态呼吸状态下的通气功能指标、潮气流量—容量环形状指标、被动呼吸动力学指标等参数的系统。
分类号：R443.8 文献标识码：A
文章编号：1000-6974(2000)02-0086-03
A New Generation of Pulmonary Function Measuring System
, http://www.100md.com
ZENG Bi-xin CHEN Shi-su HUANG Min.
(Wenzhou Medical college (325000))
Abstract：A system for measuring the pulmonary function was reported. The System consists of Fleisch flow transducer， a pressure transducer an amplifier， A/D converter， and a 486 computer. It can measure the indices of respiratory function under tidal breathing， the indices of tidal breathing flow volume loop and the dynamic indices of passive respiration.
, 百拇医药
Key words：Pulmonary function indices of forced respiration; Static respiration ventilation function;New measuring method▲
用力呼气肺功能指标，如用力肺活量(FVC)、50%、75%肺活量最大呼气流量V50、V75，1s用力呼气容积FEV1，最大呼气流量PEF，最大呼气中段流量MMF，流量-容积曲线(MEFV)，容积-时间曲线(FVC-t)等，是用于呼吸系统健康检查的重要指标。由于这些指标与受检者使用的方法有关，使得检查者在测定前需对受检者教授其方法，如若受检者方法掌握不当或检查者教授的方法不同，即使同一个人测试的结果也会不同，因而用力呼气肺功能的测量在临床上受到很大的限制，目前这种方法只是停留在健康检查的项目中。八十年代以来，国外开展在静态呼吸状态下的通气功能(呼吸频率RR、潮气量TV、潮气峰值流量PTEF等指标)、潮气流量—容量环形状指标(吸气时间/总呼吸时间TiTot、到达呼气峰流量时间/呼气时间TPF、到达潮气呼气峰流量时的呼出气量/潮气量VPF、呼出75%潮气量时的呼气流量PF25、潮气呼气中期流量/潮气吸气中期流量ME/MI)、呼吸动力学指标(呼吸系统静态顺应性Crs、呼吸系统阻力Rrs，被动呼气时间常数Trs)替代用力呼气肺功能指标[1-3]。国内目前已有一些大医院购买进口的此类肺功能仪，但由于其价格昂贵，而难以在临床上推开。为此，我们设计了一个能测试以上指标的肺功能系统，使得肺功能指标的测试方法更科学、临床意义更大、更易于推广。新一代肺功能测试仪由此制成。
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1 装置结构与原理
1.1 测试原理：
系统整个装置的总框图如图1.所示。由Fleisch流量换能器、压力换能器、放大器、A/D转换器、486微机组成。
图1 系统装置框图
测试时将受试者的鼻子夹住，使受试者的全部呼吸气流都通过Fleisch流量管，转换成压差信号，再由压力换能器转换成电信号，经放大、A/D转换后输入微机。然后由微机进行采样、积分等运算，得出结果。
(1) 压力测量
压力测量由三部分组成。首先将流量转换成压差。它是利用一段Fleisch流管(用瓦楞状铜皮卷成的一段卷筒)，将气流分成很多细流，成为泊肃叶流，因此其两端的压差和流量成正比。然后将压差转换成电压(用MPX11D压力传感器)。最后是放大和滤波。在Fleisch管的出口加接一电磁阀，由开关控制其流量的瞬时通断，作为被动肺功能测量之用。
, 百拇医药
(2) 流量测量
流量测量方法和压力测量基本相同，只是不再需要Fleisch管所进行的流量——压力转换，直接在Fleisch管近口腔端引一根管至压力传感器，再将传感器的输出信号放大和滤波即可。
1.2 软件设计
1.2.1 通气功能指标和反映潮气流量——容量环形状指标测定：
(a) 在静态呼吸状态下，用汇编语言对流量信号进行采样，并存贮当前流量；
(b) 将当前流量累加(对流量求积分)，得当前时间肺容量并存贮；
(c) 判别流量是否为最大值，是则存(计算峰值流量PEFV)，不是则继续；
(d) 判别时间是否为呼气结束，是则存贮当前的时间(Thu)和潮气量(TV)，不是则继续；
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(e) 判别时间是否为吸气结束，没结束转(a)，结束则存当前时间(Tm)；
(f) 用C语言计算通气功能指标：呼吸频率、潮气量、潮气峰值流量等指标；
(g) 用C语言计算反映潮气流量—容量环形状指标：吸气时间/总呼吸时间、到达潮气呼气峰流量时的呼出气量/潮气量、呼出75%潮气量时的呼气流量、潮气呼气峰流量/潮气量、潮气呼气中期流量/潮气吸气中期流量。
1.2.2 被动流量—容量测定
在吸气末瞬时阻断气道，通过诱发肺牵张反射，使吸气抑制转为呼气相，吸气肌与呼气肌均完全松弛而得出被动呼气流量—容量曲线。将曲线降支中后段线性部分分别延至流量和容量轴得出最大被动呼气流量(Fo)及总被动呼气容量(Ve)，根据同时测出的气道开放压(Pao)计算：呼吸系统静态顺应性Crs=Ve/Pao、呼吸系统阻力Rrs=Pao/Fo、被动呼气时间常数Trs=呼吸系统静态顺应性*呼吸系统阻力=Ve/Fo[7]。
, 百拇医药
(a) 在吸气末阻断气道，吸气转为呼气相时，测出气道开放压Pao；
(b) 记录、显示被动呼吸流量—容量环；
(c) 测量呼气流量—容量曲线峰值处的容量值，过曲线中点对曲线中后段值作一元线性回归，得出呼气流量—容量曲线中后段线性近似；
(d) 将曲线降支中后段线性部分分别延至流量和容量轴得出最大被动呼气流量(Fo)及总被动呼气容量(Ve)；
(e) 计算Crs、Rrs、Trs。
2 结果与讨论
2.1 结果
以本单位一同志(男，60岁)作为测试对象进行初步试验，测试5次取平值，通气功能及反映潮气流量—容量环形状指标(由潮气流量—容量环得出)被动呼吸动力学指标(被动呼气流量—容量环得出)如表所示： TV=463(ml)
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RR=19(1/min)
PTEF=155(ml/s)
TiTot=0.733
TPF=0.2531
VPF=0.3181
PF25=0.6676
ME/MI=0.9811
Rrs=0.1183(kPa/1/s)
Crs=0.210(1/kPa)
Trs=0.0248(s)
潮气流量—容量环如图2所示，被动呼气流量—容量环如图3所示。
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图2 潮气流量—容量环
图3 被动呼气流量—容量环
2.2 讨论：
(1) 本系统流量换能器为Fleisch型，压力换能器为横向压阻器敏型，经测试，在整个量程内(0—8L)，非线性误差不大于2%。该肺量计与浮筒式肺量计比较具有体积小，操作方便等优点易于推广使用。
(2) 用德国耶格公司Master Screen仪器测试上述对象平静呼吸时的肺功能指标，用强迫振荡法测试呼吸系统阻力和顺应性，结果为每分钟通气量(MV=9.151/min)、肺阻抗(Crs=0.251/kPa)、肺顺应性(Rrs=0.13kPa/1/s)，与用我们系统所测得的结果相近(MV=8.791/min，Crs=0.2101/kPa，Rrs=0.1183kPa/1/s)，说明我们的方法可行。
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(3) 用潮气呼吸流量—容量曲线替代最大呼气流量—容量曲线和用被动呼气流量容量技术测定呼吸系统阻力和顺应性，无须受检者配合、又无创伤性，从而使得肺功能指标测试方法更科学、临床意义更广泛、更易于推广。■
参考文献：
[1]Stezler A. Tidal flow volume loops in newborns and infants. Pediatr Res.1984.14：652
[2]陈式苏，曾碧新等.新生儿肺功能检测系统.中国医疗器械杂志.1989；13(3)：135
[3]Hyall RE et al. The flow-volume curve. Am Rev Respir Dis.1973.107：191
[4]Kosch PC. Dynamic maintenance of end-expiratory lung volume infull-term infants. J Appl Physiol，1984，57：1126
[5]许群等.肺阻抗强迫震荡法中的口腔压的测量.温州医学院学报.1995.3：129
[6]Lesouef PN. Passive respiratory mechanics in news and children. Am Rev Respir Dis.1984.129：152
[7]刘玺诚等.新生儿的肺功能测量.中华医学杂志.1995.75(8)：489
收稿日期：1998-11-13, http://www.100md.com
单位：曾碧新(温州医学院 (浙江，温州，325000))；陈式苏(温州医学院 (浙江，温州，325000))；黄敏(温州医学院 (浙江，温州，325000))
关键词：用力呼吸肺功能指标；静态呼吸通气功能；新测量方法
中国医疗器械杂志000206 提 要：由Fleisch流量换能器、压力换能器、放大器、A/D转换器、486微机组成，用于测试静态呼吸状态下的通气功能指标、潮气流量—容量环形状指标、被动呼吸动力学指标等参数的系统。
分类号：R443.8 文献标识码：A
文章编号：1000-6974(2000)02-0086-03
A New Generation of Pulmonary Function Measuring System
, http://www.100md.com
ZENG Bi-xin CHEN Shi-su HUANG Min.
(Wenzhou Medical college (325000))
Abstract：A system for measuring the pulmonary function was reported. The System consists of Fleisch flow transducer， a pressure transducer an amplifier， A/D converter， and a 486 computer. It can measure the indices of respiratory function under tidal breathing， the indices of tidal breathing flow volume loop and the dynamic indices of passive respiration.
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Key words：Pulmonary function indices of forced respiration; Static respiration ventilation function;New measuring method▲
用力呼气肺功能指标，如用力肺活量(FVC)、50%、75%肺活量最大呼气流量V50、V75，1s用力呼气容积FEV1，最大呼气流量PEF，最大呼气中段流量MMF，流量-容积曲线(MEFV)，容积-时间曲线(FVC-t)等，是用于呼吸系统健康检查的重要指标。由于这些指标与受检者使用的方法有关，使得检查者在测定前需对受检者教授其方法，如若受检者方法掌握不当或检查者教授的方法不同，即使同一个人测试的结果也会不同，因而用力呼气肺功能的测量在临床上受到很大的限制，目前这种方法只是停留在健康检查的项目中。八十年代以来，国外开展在静态呼吸状态下的通气功能(呼吸频率RR、潮气量TV、潮气峰值流量PTEF等指标)、潮气流量—容量环形状指标(吸气时间/总呼吸时间TiTot、到达呼气峰流量时间/呼气时间TPF、到达潮气呼气峰流量时的呼出气量/潮气量VPF、呼出75%潮气量时的呼气流量PF25、潮气呼气中期流量/潮气吸气中期流量ME/MI)、呼吸动力学指标(呼吸系统静态顺应性Crs、呼吸系统阻力Rrs，被动呼气时间常数Trs)替代用力呼气肺功能指标[1-3]。国内目前已有一些大医院购买进口的此类肺功能仪，但由于其价格昂贵，而难以在临床上推开。为此，我们设计了一个能测试以上指标的肺功能系统，使得肺功能指标的测试方法更科学、临床意义更大、更易于推广。新一代肺功能测试仪由此制成。
, http://www.100md.com
1 装置结构与原理
1.1 测试原理：
系统整个装置的总框图如图1.所示。由Fleisch流量换能器、压力换能器、放大器、A/D转换器、486微机组成。
图1 系统装置框图
测试时将受试者的鼻子夹住，使受试者的全部呼吸气流都通过Fleisch流量管，转换成压差信号，再由压力换能器转换成电信号，经放大、A/D转换后输入微机。然后由微机进行采样、积分等运算，得出结果。
(1) 压力测量
压力测量由三部分组成。首先将流量转换成压差。它是利用一段Fleisch流管(用瓦楞状铜皮卷成的一段卷筒)，将气流分成很多细流，成为泊肃叶流，因此其两端的压差和流量成正比。然后将压差转换成电压(用MPX11D压力传感器)。最后是放大和滤波。在Fleisch管的出口加接一电磁阀，由开关控制其流量的瞬时通断，作为被动肺功能测量之用。
, 百拇医药
(2) 流量测量
流量测量方法和压力测量基本相同，只是不再需要Fleisch管所进行的流量——压力转换，直接在Fleisch管近口腔端引一根管至压力传感器，再将传感器的输出信号放大和滤波即可。
1.2 软件设计
1.2.1 通气功能指标和反映潮气流量——容量环形状指标测定：
(a) 在静态呼吸状态下，用汇编语言对流量信号进行采样，并存贮当前流量；
(b) 将当前流量累加(对流量求积分)，得当前时间肺容量并存贮；
(c) 判别流量是否为最大值，是则存(计算峰值流量PEFV)，不是则继续；
(d) 判别时间是否为呼气结束，是则存贮当前的时间(Thu)和潮气量(TV)，不是则继续；
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(e) 判别时间是否为吸气结束，没结束转(a)，结束则存当前时间(Tm)；
(f) 用C语言计算通气功能指标：呼吸频率、潮气量、潮气峰值流量等指标；
(g) 用C语言计算反映潮气流量—容量环形状指标：吸气时间/总呼吸时间、到达潮气呼气峰流量时的呼出气量/潮气量、呼出75%潮气量时的呼气流量、潮气呼气峰流量/潮气量、潮气呼气中期流量/潮气吸气中期流量。
1.2.2 被动流量—容量测定
在吸气末瞬时阻断气道，通过诱发肺牵张反射，使吸气抑制转为呼气相，吸气肌与呼气肌均完全松弛而得出被动呼气流量—容量曲线。将曲线降支中后段线性部分分别延至流量和容量轴得出最大被动呼气流量(Fo)及总被动呼气容量(Ve)，根据同时测出的气道开放压(Pao)计算：呼吸系统静态顺应性Crs=Ve/Pao、呼吸系统阻力Rrs=Pao/Fo、被动呼气时间常数Trs=呼吸系统静态顺应性*呼吸系统阻力=Ve/Fo[7]。
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(a) 在吸气末阻断气道，吸气转为呼气相时，测出气道开放压Pao；
(b) 记录、显示被动呼吸流量—容量环；
(c) 测量呼气流量—容量曲线峰值处的容量值，过曲线中点对曲线中后段值作一元线性回归，得出呼气流量—容量曲线中后段线性近似；
(d) 将曲线降支中后段线性部分分别延至流量和容量轴得出最大被动呼气流量(Fo)及总被动呼气容量(Ve)；
(e) 计算Crs、Rrs、Trs。
2 结果与讨论
2.1 结果
以本单位一同志(男，60岁)作为测试对象进行初步试验，测试5次取平值，通气功能及反映潮气流量—容量环形状指标(由潮气流量—容量环得出)被动呼吸动力学指标(被动呼气流量—容量环得出)如表所示： TV=463(ml)
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RR=19(1/min)
PTEF=155(ml/s)
TiTot=0.733
TPF=0.2531
VPF=0.3181
PF25=0.6676
ME/MI=0.9811
Rrs=0.1183(kPa/1/s)
Crs=0.210(1/kPa)
Trs=0.0248(s)
潮气流量—容量环如图2所示，被动呼气流量—容量环如图3所示。
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图2 潮气流量—容量环
图3 被动呼气流量—容量环
2.2 讨论：
(1) 本系统流量换能器为Fleisch型，压力换能器为横向压阻器敏型，经测试，在整个量程内(0—8L)，非线性误差不大于2%。该肺量计与浮筒式肺量计比较具有体积小，操作方便等优点易于推广使用。
(2) 用德国耶格公司Master Screen仪器测试上述对象平静呼吸时的肺功能指标，用强迫振荡法测试呼吸系统阻力和顺应性，结果为每分钟通气量(MV=9.151/min)、肺阻抗(Crs=0.251/kPa)、肺顺应性(Rrs=0.13kPa/1/s)，与用我们系统所测得的结果相近(MV=8.791/min，Crs=0.2101/kPa，Rrs=0.1183kPa/1/s)，说明我们的方法可行。
, 百拇医药
(3) 用潮气呼吸流量—容量曲线替代最大呼气流量—容量曲线和用被动呼气流量容量技术测定呼吸系统阻力和顺应性，无须受检者配合、又无创伤性，从而使得肺功能指标测试方法更科学、临床意义更广泛、更易于推广。■
参考文献：
[1]Stezler A. Tidal flow volume loops in newborns and infants. Pediatr Res.1984.14：652
[2]陈式苏，曾碧新等.新生儿肺功能检测系统.中国医疗器械杂志.1989；13(3)：135
[3]Hyall RE et al. The flow-volume curve. Am Rev Respir Dis.1973.107：191
[4]Kosch PC. Dynamic maintenance of end-expiratory lung volume infull-term infants. J Appl Physiol，1984，57：1126
[5]许群等.肺阻抗强迫震荡法中的口腔压的测量.温州医学院学报.1995.3：129
[6]Lesouef PN. Passive respiratory mechanics in news and children. Am Rev Respir Dis.1984.129：152
[7]刘玺诚等.新生儿的肺功能测量.中华医学杂志.1995.75(8)：489
收稿日期：1998-11-13, http://www.100md.com