[发明专利]呼吸系统功能测试方法和装置

说明书

一种呼吸系统功能测试装置，其包括:呼吸气路单元、振荡压力发生单元、压力和流量检测单元、氧气和氮气浓度控制单元、气体浓度传感器、单向阀或者气阻、脑氧代谢检测单元、数据采集和控制单元、计算单元；在测量呼吸系统力学特性同时评估心肺系统气体交换、氧代谢和储备能力，通过强迫振荡技术产生高频气体振荡，激励受试者呼吸系统，通过系统辨识算法获得呼吸系统力学特性，在强迫振荡激励检测的同时，控制受试者吸入的氧气和氮气的浓度和持续时间，确定脑氧饱和度上升曲线和下降曲线，确定时延和时间常数，据此来评估受试者心肺系统的气体交换、氧代谢效率和机体氧储备能力。

技术领域

本发明涉及呼吸系统力学特性与心肺系统气体交换功能同步测量和评估，尤其涉及一种呼吸系统功能测试方法和装置。

背景技术

肺有多种功能，呼吸是其主要功能，目前临床上肺功能测定实质上是呼吸功能的测定。利用肺功能检测结果可对受试者呼吸功能进行评价，明确其呼吸功能是否减损、减损程度、减损类型等。呼吸运动本质上是一种机械运动，目前临床上的肺功能检测技术也多是将呼吸系统等效为力学模型来研究。目前临床上已经发展出多种形式的肺功能检测技术。

相对于传统肺功能仪(如spirometry和body plethysmography)，振荡肺功能仪是一种较新型的呼吸系统功能测试仪器，最早由DuBois及其同事提出，通过给呼吸系统一定激励(压力振荡)，观察系统响应(流量)的方法，运用系统辨识技术，研究呼吸系统的力学特性。该技术经过50多年的发展，由实验室原型技术，逐渐发展成可应用于临床疾病诊断的成熟技术。2005年欧洲呼吸协会(European Respiratory Society,ERS)针对强迫振荡技术(Forced Oscillation Technique,FOT)的临床应用提出了相应的技术规范，标志着该技术逐渐走向技术成熟期。相比于传统肺功能检测技术，FOT技术的最大优点是受试者配合少，在平静自主呼吸状态下，较短的时间内即可完成呼吸系统力学特性分析，适合老年人和儿童肺功能测试使用。FOT技术尤其对气道阻力变化更加敏感，通过选择不同的激励频率(通常是4～40Hz)，可以实现对呼吸气道不同部位和不同成分阻力变化的检测，且可以进一步分辨出吸气相和呼气相阻力变化，因此对慢性阻塞性肺疾病、哮喘以及急性肺损伤等病人的指导用药和疗效观察具有重要价值。

振荡肺功能的技术发展分为三个阶段：第一阶段为单频振荡，代表性的产品为20世纪70年代西门子的FDS-5，德国Custo也属于此类产品。由于单频振荡得到的信息比较有限，而且不能区分各种不同性质的呼吸阻力，所以就发展到第二阶段，多频振荡，如伪随机振荡或者伪随机噪声，如美国费迪思ROS，它们都是连续频谱的外加激励信号，能很好的反映呼吸阻抗，但是存在测试过程漫长的缺点(数十分钟)，难以被广泛接受。德国耶格公司等经过研究，取得突破性进展，进入第三阶段：脉冲振荡激励，它继承了多频振荡激励的连续频谱的有点，同时大大缩短了检测时间，且提供了丰富的呼吸力学信息，逐渐广泛用于临床，德国耶格公司的MasterScreen IOS和日本Chest公司的MostGraph产品都属于第三代振荡肺功能技术。