Impulsní oscilometrie
 
ÚVOD TECHNIKY NUCENÝCH KMITŮ PRINCIP IOS NÁHRADNÍ MODEL PLIC LITERATURA

kodovani ISO 8859-2
Impulsní oscilometrie (IOS) je citlivá a neinvasivní metoda pro plicní diagnostiku. Oproti starším metodám má některé výhody.

1. Úvod

Pro vyšetřování plicních funkcí existuje několik metod. Mezi klasické patří body plethysmografie (tzv. body test) a spirometrie. Především první z nich si získala statut standardní techniky a je na ni nahlíženo jako na jistou referenci i pro ostatní. Každý z výše uvedených postupů má i svoje nedostatky.

Body plethysmografie

Testovaná osoba sedí v uzavřené kabině s pevnými stěnami a dýchá pomocí trubice, kterou lze uzavřít klapkou (obr.1). Dýchání způsobuje změny tlaku. Lze předpokládat, že alveolární tlak PA lze snímat na ústech [1]. Změny PA a tlaku v kabině PB mají opačný směr. Pokud je znám objem vzduchu v kabině, lze alveolární objem vypočítat z poměru PA/PB. Objem vzduchu v kabině lze určit v první (kalibrační) fázi, kdy je klapka na dýchací trubici uzavřená a do kabiny je přidáno známé množství vzduchu. Objem se pak určí ze změny tlaku PB. Ve druhé fázi se klapka otevře a testovaná osoba může dýchat pomocí trubice. Současně se snímačem v náustku měří průtok vzduchu V´. Odpor dýchacích cest R je dán poměrem PA/V´. Jak je vidět, metoda je poměrně náročná na technické vybavení, které je navíc i dosti rozměrné a drahé.
 

Princip body plethysmografie
Obr.1 Princip body plethysmografie

Spirometrie

Při spirometrii se určují statické a dynamické vlastnosti plic na základě měření průtoku a objemu. Výsledkem je křivka průtok/objem (flow/volume loop) (obr.2), ze které lze odečíst množství parametrů jako jsou např. objem plic, obstrukce a restrikce v dýchacích cestách, pružnost plic a hrudníku, atd. Způsob popisu křivky je mezinárodně standardizován. Celé zařízení je nesrovnatelně mobilnější a levnější než u body testu, ale celá metodika má některá omezení. Nejzávažnější z nich je skutečnost, že je u ní vyžadován usilovný výdech a pacient musí aktivně spolupracovat. To v řadě případů není možné.
 

Princip spirometrie
Obr.2 Princip spirometrie
 
obsah

2. Techniky nucených kmitů

Na rozdíl od předchozích metod určují tlakovou odezvu dýchacího systému. Do proudu vzduchu při přirozeném, spontánním dýchání se přidávají akustické impulsy z externího generátoru. Proud vzduchu se dělí na dvě větve. Je to způsobeno paralelní kombinací referenční impedance Z0 a impedance dýchací soustavy Zrs. Pro celkovou impedanci lze psát vztah
 

(1)

Tlak P0 se periodicky mění a sleduje křivku průtoku V´os s jistým časovým zpožděním.
 

(2)

Protože hodnota Z0 je známa, lze určit fázový posuv dýchací soustavyphi. Pro reálnou a imaginární složku impedance lze psát vztahy
 

(3)

V případě nesinusového (monofrekvenčního) průběhu průtoku můžeme impedanci posuzovat i hlediska její frekvenční závislosti. V případě buzení obdélníkovým průběhem impulsů se jedná o impulsní oscilometrii (Müller a Vogel, 1981).
 

Princip techniky nucených kmitů
Obr.3 Princip techniky nucených kmitů
 
obsah

3. Princip impulsní oscilometrie

Pacient dýchá volně přes pneumotachograf a článek Y. Jeho jedna větev je zakončena rezistorem o hodnotě menší než 0,1 kPa/l/s. Ke druhé větvi je připojen externí generátor impulsů (reproduktor). Budící signál je v Y článku přidáván do proudícího vzduchu. Snímače v pneumotachografu sledují průběhy tlaku P a průtoku V´. Jak tlak, tak i průtok obsahují složku odpovídající spontánnímu dýchání a přidaný impulsní signál. Tyto dvě části je třeba od sebe oddělit. Lze to provést filtrací pásmovou propustí. Díky tvaru budícího signálu obsahuje odezva informaci o všech spektrálních složkách. Zde je největší rozdíl od původních metod využívajících nucených kmitů. Impedance dýchacích cest Z se určí jako poměr Fourierových obrazů změřených časových průběhů P a V´. Přitom se filtrem vybere jen pásmo od 5 Hz do 35 Hz [3]. Na vyšších frekvencích již klesá energie signálu a ten se tak nehodí pro diagnostické účely, naopak nízké frekvence jsou ovlivněny spontánním dýcháním.
 

Princip impulsní oscilometrie
Obr.4 Princip impulsní oscilometrie

Sledované parametry

Reálná část impedance R reprezentuje tření na stěnách dutin a v elektrickém modelu jí odpovídá spotřeba energie. Naopak, imaginární část, reaktance X, představuje akumulaci energie. Stejně jako v elektrickém modelu lze reaktanci rozdělit na dvě části
 

(4)

kde kapacitní složka C zastupuje především pružnost a I popisuje setrvačnost vzduchového sloupce v bronchiálním stromě.

Pro lékařské účely jsou zjišťovány hodnoty resistence a reaktance na frekvencích 5 a 20 Hz. Resistence R5hz představuje celkový odpor dýchacích cest, R20Hz odpor centrální části dýchacích cest a reaktance X5Hz centrální kapacitu. V případě že se vliv C a I vyrovná, je impedance čistě reálná a jde o rezonanci. Rezonanční frekvence  Fres je také zaznamenána do lékařské zprávy.
 

obsah

4. Náhradní model plic

Skutečná dýchací soustava je velice komplikovaná. Proto je nezbytné určité zjednodušení. Jako užitečné se ukázalo rozdělení modelu na centrální a periferní část a posléze přidat oropharyngeální sekci. Výsledkem analýz a řady měření je obecný model plic složený ze sedmi prvků. Jsou to:
 

Rz centrální resistence 
Rp periferní resistence
Cl poddajnost plic
Cw poddajnost hrudní stěny
Cb bronchiální poddajnost
Lz centrální inertance
Cm oropharyngeální poddajnost

 
Náhradní model plic
Obr.5 Náhradní model plic
 
obsah

5. Závěr

Impulsní oscilometrie je perspektivní metoda pro oblast plicní diagnostiky. Její velkou výhodou je skutečnost, že při jejím provádění není třeba nějaké zásadní spolupráce s pacientem. Proto mohou být vyšetřovány i malé děti [2], velmi staří, nebo nemocní lidé (např. v porovnání se spirometrií, viz výše).
 

obsah

Odkazy
 
[1]  Vogel, J., Smidt, U.: Impulse oscillometry: analysis of lung mechanics in general practise and clinic, epidemiological and experimental research, pmi Verlagsgruppe GmbH, Franfurkt am Main, 1994
[2]  Čáp, P., Bičíková, K., Paul, T.: Impulsní oscilometrie - nová metoda měření plicních funkcí, Alergie 4(2), 2000
[3] Smith, H.J., Vogel, J.: Impulse Oscillometry IOS, Jaeger/Toennies, 1997


Tento text vznikl jako semestrální práce z předmětu TSS na katedře teorie obvodů ČVUT. Poslední úprava 29.7.2001

Petr Prášek: xprasek@feld.cvut.cz