心肺運動試驗評估系統

 臨床應用

心肺運動試驗(cardio pulmonary exercise testing，CPET)是國際上普遍使用的衡量人體呼吸系統、心血管系統和循環系統機能水平的檢查之一，被認為是功能能力評估的“金標準”。它在負荷遞增的運動中通過測定氣體交換將外呼吸和細胞呼吸聯系起來，反映人體的心肺功能狀態，經過對各項參數的綜合分析，了解心臟、肺臟和循環系統之間的相互作用、有氧耐力和貯備能力，為康復**方案和運動**的制定提供定量、**和有效的保障。

目前心肺運動試驗評估系統已廣泛用于臨床醫學、運動醫學、航空醫學、康復醫學等領域。主要的臨床價值如下:

·       評估心肺儲備功能

·       定量運動新功能分級

·       預測危險分層，**功能受限嚴重程度客觀定量分級

·       麻醉手術危險性評估

·       評估心肺移植選擇

·       定量評估**、手術**效果

·       指導心血管病和呼吸系統**運動康復**廚房

·       鑒別呼吸困難的原因:心源性或肺源性

·       了解患者運動受限的器官水平

·       評估運動員:進行后備人員的選拔、預測運動成績、評估訓練計劃等。

5.2.1.2 器械構成

心肺運動試驗設備主要由肺功能測試部分、運動心電 / 血壓 / 血氧監測部分、運動設備以及軟件系統組成。

肺功能測試部分的核心部件是氣體流量和氣體成分分析單元。流量和成分分析單元連接流量傳感器和氣體采樣管，通過呼吸面罩采集患者吸入和呼出的氣體的流量和成分，并進行分析計算。系統定標單元是另一核心組成，包括環境定標、氣體流量定標和氣體成分定標三部分，測試前的系統定標保證了測試的精度。

運動心電 / 血壓 / 血氧監測部分通過監測患者在運動過程中的心電圖、血壓和血氧指標，結合患者的臨床表現和測試的終止條件保證測試的**性和有效性。

在 CPET 測試中運動設備一般采用立式踏車，功率的準確度對測試結果的判讀至關重要。根據臨床實際需求，運動設備也可以擴展為跑臺、臥式功率計和四肢聯動設備。

軟件系統由肺功能測試軟件和心電軟件組成，在測試過程中能實時顯示肺功能的心電測試的各參數及曲線、和預計之間的關系以及風險預警。

5.2.1.3 技術發展歷程

CPET 始于 20 世紀 50 年代，初時多應用于心臟功能的臨床研究。60 年代后受到普遍關注，1973 年 Wasserman 等報道了氣體變化的參數，1975 年 Jones 論述 CPET在呼吸**中的應用。1982 年 Weber 報道慢性心衰患者，并應用 CPET 測定百例。此后國內外學者先后報道了肺部**時 CPET 的特點。目前心臟康復還處于發展階段，國際上僅有 54.7% 的國家或地區在進行心臟康復，除了少數發達國家的心臟康復參與率達到 50% 以上，大部分國家的參與率都很低。目前我國對這方面的關注及研究逐步加深，各大醫院已經開始設立心臟康復中心，著手對心臟康復進行干預和指導，力求對心血管進行生命周期的健康管理。

近二十余年，隨著科學技術的發展，測定設備、運動器械以及計算技術都有了不斷的發展。

1)測試方法的發展過程

**階段:道格拉斯氣袋法(Dagalas bag) **階段:混合氣袋法(mixing bag) 第三階段:每次呼吸氣法 第四階段:每口氣法(breath by breath)

從目前來看，每口氣法技術(breath by breath)是當今氣體代謝測試技術的主流，而越來越快的breath by breath 肯定是將來發展的方向，因為更高的采樣分析速度意味更加豐富的測試內容以及測試數據的更加**。

2)三大核心部件的技術發展

1.流速傳感器   

發展過程:    

**階段:閉合模式技術   

**階段:開放模式技術    

技術要點:

a. 阻力要小。運動過程中的通氣量很大，*高可達平靜呼吸時的 36 倍，因此流速傳感器的阻力略微增大都會給受試者帶來不適。

b. 采用開放模式設計并且體積要小、重量要輕。以便于運動，不會給受試者增加負荷和帶來負擔。

c. 死腔量要盡量小。以避免因系統死腔過大而造成測試誤差。

d. 方便**。因為流速傳感器接觸患者呼吸的氣體甚至口水飛沫，需要做到每個患者測試前進行**。

2. 氧氣傳感器

發展過程:

**階段:差分順磁技術:早期的運動產品采用差分順磁技術，壽命長，但由于順磁技術故障率較高，易受震動的干擾，現已基本被淘汰。

**階段:電化學技術(氧化鋯):前期的電化學技術響應時間較長、采樣速度較慢，因此不是真正的每口氣測試法，在劇烈運動呼吸頻率快時會有延遲和樣本點不足。

第三階段:快速反應氧電池:改進的電化學技術，大大提高了響應時間，得以實現真正的每口氣測試。

技術特點:

a. 響應時間:響應時間的快慢，決定了采樣是否會產生延遲，決定了所采集到的樣本點的多少，從而決定了是否能夠進行真正的每口氣法測試，*終決定了所測出的攝氧量數值，尤其是*大攝氧量值是否準確穩定而且重復性好。

b. 測量范圍:決定了是否能夠滿足極限運動測試要求。

3. 二氧化碳傳感器

發展過程:

**階段:紅外熱傳導慧斯通電橋

**階段:快反應紅外光譜吸收

技術要點:

a. 響應時間:響應時間的快慢，決定了采樣是否會產生延遲，決定了所采集到的樣本點的多少，從而決定了是否能夠進行真正的每口氣法測試，*終決定了所測出的二氧化碳排出量數值是否準確穩定而且重復性好。

b. 測量范圍:決定了是否能夠滿足極限運動測試的要求。

5.2.1.4 技術發展方向

日前隨著心臟康復的蓬勃發展，作為功能能力評估的“金標準”的運動心肺評測系統，也在不斷的發展。發展的方向主要圍繞高度集成化、小型化、簡化設備的操作流程，做到易學易用，誰都會用;滿足不同階段全周期患者的應用，做到誰都能用;和中國心臟康復臨床緊密結合，跟上臨床發展的需求，不斷迭代升級。

1)“誰都能用”在技術方面的體現是無線遙測技術，心肺康復全周期適用。患者佩戴好各種傳感器和采集器后和設備主機沒有任何線纜連接，可以在評測室使用也可以推到床旁使用，運動設備可以配備立式踏車、跑臺、臥式功率車和四肢聯動，適合早、中、后全周期心肺功能評估患者使用，也可用于 6 分鐘步行試驗。

2)“誰都會用”體現在易用易學方面，從硬件的高度集成到軟件的操作流程，更加便捷和自動化。

3)適合中國心臟康復，中國患者人數眾多，除了易學易用的特點之外，各種節省臨床操作時間、提高工作效率、能建立中國人自己的數據和常模也是中國心臟康復的重要需求。

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本期策劃：沈靂

本文作者：徐亞偉、劉偉靜等