心肺运动试验评估系统

                                          心肺运动试验评估系统

 临床应用

心肺运动试验(cardio pulmonary exercise testing，CPET)是国际上普遍使用的衡量人体呼吸系统、心血管系统和循环系统机能水平的检查之一，被认为是功能能力评估的“金标准”。它在负荷递增的运动中通过测定气体交换将外呼吸和细胞呼吸联系起来，反映人体的心肺功能状态，经过对各项参数的综合分析，了解心脏、肺脏和循环系统之间的相互作用、有氧耐力和贮备能力，为康复**方案和运动**的制定提供定量、**和有效的保障。

目前心肺运动试验评估系统已广泛用于临床医学、运动医学、航空医学、康复医学等领域。主要的临床价值如下:

·       评估心肺储备功能

·       定量运动新功能分级

·       预测危险分层，**功能受限严重程度客观定量分级

·       麻醉手术危险性评估

·       评估心肺移植选择

·       定量评估**、手术**效果

·       指导心血管病和呼吸系统**运动康复**厨房

·       鉴别呼吸困难的原因:心源性或肺源性

·       了解患者运动受限的器官水平

·       评估运动员:进行后备人员的选拔、预测运动成绩、评估训练计划等。

5.2.1.2 器械构成

心肺运动试验设备主要由肺功能测试部分、运动心电 / 血压 / 血氧监测部分、运动设备以及软件系统组成。

肺功能测试部分的核心部件是气体流量和气体成分分析单元。流量和成分分析单元连接流量传感器和气体采样管，通过呼吸面罩采集患者吸入和呼出的气体的流量和成分，并进行分析计算。系统定标单元是另一核心组成，包括环境定标、气体流量定标和气体成分定标三部分，测试前的系统定标保证了测试的精度。

运动心电 / 血压 / 血氧监测部分通过监测患者在运动过程中的心电图、血压和血氧指标，结合患者的临床表现和测试的终止条件保证测试的**性和有效性。

在 CPET 测试中运动设备一般采用立式踏车，功率的准确度对测试结果的判读至关重要。根据临床实际需求，运动设备也可以扩展为跑台、卧式功率计和四肢联动设备。

软件系统由肺功能测试软件和心电软件组成，在测试过程中能实时显示肺功能的心电测试的各参数及曲线、和预计之间的关系以及风险预警。

5.2.1.3 技术发展历程

CPET 始于 20 世纪 50 年代，初时多应用于心脏功能的临床研究。60 年代后受到普遍关注，1973 年 Wasserman 等报道了气体变化的参数，1975 年 Jones 论述 CPET在呼吸**中的应用。1982 年 Weber 报道慢性心衰患者，并应用 CPET 测定百例。此后国内外学者先后报道了肺部**时 CPET 的特点。目前心脏康复还处于发展阶段，国际上仅有 54.7% 的国家或地区在进行心脏康复，除了少数发达国家的心脏康复参与率达到 50% 以上，大部分国家的参与率都很低。目前我国对这方面的关注及研究逐步加深，各大医院已经开始设立心脏康复中心，着手对心脏康复进行干预和指导，力求对心血管进行生命周期的健康管理。

近二十余年，随着科学技术的发展，测定设备、运动器械以及计算技术都有了不断的发展。

1)测试方法的发展过程

**阶段:道格拉斯气袋法(Dagalas bag) **阶段:混合气袋法(mixing bag) 第三阶段:每次呼吸气法 第四阶段:每口气法(breath by breath)

从目前来看，每口气法技术(breath by breath)是当今气体代谢测试技术的主流，而越来越快的breath by breath 肯定是将来发展的方向，因为更高的采样分析速度意味更加丰富的测试内容以及测试数据的更加**。

2)三大核心部件的技术发展

1.流速传感器   

发展过程:    

**阶段:闭合模式技术   

**阶段:开放模式技术    

技术要点:

a. 阻力要小。运动过程中的通气量很大，*高可达平静呼吸时的 36 倍，因此流速传感器的阻力略微增大都会给受试者带来不适。

b. 采用开放模式设计并且体积要小、重量要轻。以便于运动，不会给受试者增加负荷和带来负担。

c. 死腔量要尽量小。以避免因系统死腔过大而造成测试误差。

d. 方便**。因为流速传感器接触患者呼吸的气体甚至口水飞沫，需要做到每个患者测试前进行**。

2. 氧气传感器

发展过程:

**阶段:差分顺磁技术:早期的运动产品采用差分顺磁技术，寿命长，但由于顺磁技术故障率较高，易受震动的干扰，现已基本被淘汰。

**阶段:电化学技术(氧化锆):前期的电化学技术响应时间较长、采样速度较慢，因此不是真正的每口气测试法，在剧烈运动呼吸频率快时会有延迟和样本点不足。

第三阶段:快速反应氧电池:改进的电化学技术，大大提高了响应时间，得以实现真正的每口气测试。

技术特点:

a. 响应时间:响应时间的快慢，决定了采样是否会产生延迟，决定了所采集到的样本点的多少，从而决定了是否能够进行真正的每口气法测试，*终决定了所测出的摄氧量数值，尤其是*大摄氧量值是否准确稳定而且重复性好。

b. 测量范围:决定了是否能够满足极限运动测试要求。

3. 二氧化碳传感器

发展过程:

**阶段:红外热传导慧斯通电桥

**阶段:快反应红外光谱吸收

技术要点:

a. 响应时间:响应时间的快慢，决定了采样是否会产生延迟，决定了所采集到的样本点的多少，从而决定了是否能够进行真正的每口气法测试，*终决定了所测出的二氧化碳排出量数值是否准确稳定而且重复性好。

b. 测量范围:决定了是否能够满足极限运动测试的要求。

5.2.1.4 技术发展方向

日前随着心脏康复的蓬勃发展，作为功能能力评估的“金标准”的运动心肺评测系统，也在不断的发展。发展的方向主要围绕高度集成化、小型化、简化设备的操作流程，做到易学易用，谁都会用;满足不同阶段全周期患者的应用，做到谁都能用;和中国心脏康复临床紧密结合，跟上临床发展的需求，不断迭代升级。

1)“谁都能用”在技术方面的体现是无线遥测技术，心肺康复全周期适用。患者佩戴好各种传感器和采集器后和设备主机没有任何线缆连接，可以在评测室使用也可以推到床旁使用，运动设备可以配备立式踏车、跑台、卧式功率车和四肢联动，适合早、中、后全周期心肺功能评估患者使用，也可用于 6 分钟步行试验。

2)“谁都会用”体现在易用易学方面，从硬件的高度集成到软件的操作流程，更加便捷和自动化。

3)适合中国心脏康复，中国患者人数众多，除了易学易用的特点之外，各种节省临床操作时间、提高工作效率、能建立中国人自己的数据和常模也是中国心脏康复的重要需求。

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本期策划：沈雳

本文作者：徐亚伟、刘伟静等