5.2.1.1 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(tǒng)、心血管系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)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(lián)系起來，反映人體的心肺功能狀態(tài)，經過對各項參數(shù)的綜合分析，了解心臟、肺臟和循環(huán)系統(tǒng)之間的相互作用、有氧耐力和貯備能力，為康復治療方案和運動處方的制定提供定量、安全和有效的保障。

目前心肺運動試驗評估系統(tǒng)已廣泛用于臨床醫(yī)學、運動醫(yī)學、航空醫(yī)學、康復醫(yī)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，疾病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

定量評估藥物、手術治療效果

指導心血管病和呼吸系統(tǒng)疾病運動康復治療廚房

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(jiān)測部分、運動設備以及軟件系統(tǒng)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(tǒng)定標單元是另一核心組成，包括環(huán)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(tǒng)定標保證了測試的精度。

運動心電 / 血壓 / 血氧監(jiān)測部分通過監(jiān)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(xiàn)和測試的終止條件保證測試的安全性和有效性。

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(lián)動設備。

軟件系統(tǒng)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(shù)及曲線、和預計之間的關系以及風險預警。

5.2.1.3 技術發(fā)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(shù)，1975 年 Jones 論述 CPET在呼吸疾病中的應用。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疾病時 CPET 的特點。目前心臟康復還處于發(fā)展階段，國際上僅有 54.7% 的國家或地區(qū)在進行心臟康復，除了少數(shù)發(fā)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(yī)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(fā)展，測定設備、運動器械以及計算技術都有了不斷的發(fā)展。

1)測試方法的發(fā)展過程

第一階段:道格拉斯氣袋法(Dagalas bag) 第二階段: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(fā)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(shù)據的更加精確。

2)三大核心部件的技術發(fā)展

1.流速傳感器   

發(fā)展過程:    

第一階段:閉合模式技術   

第二階段: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，最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(tǒng)死腔過大而造成測試誤差。

d. 方便消毒。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消毒。

2. 氧氣傳感器

發(fā)展過程:

第一階段: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(xiàn)已基本被淘汰。

第二階段: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:快反映氧電池:改進的電化學技術，大大提高了響應時間，得以實現(xiàn)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，最終決定了所測出的攝氧量數(shù)值，尤其是最大攝氧量值是否準確穩(wěn)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(fā)展過程:

第一階段:紅外熱傳導慧斯通電橋

第二階段: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，最終決定了所測出的二氧化碳排出量數(shù)值是否準確穩(wěn)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(fā)展方向

日前隨著心臟康復的蓬勃發(fā)展，作為功能能力評估的“金標準”的運動心肺評測系統(tǒng)，也在不斷的發(fā)展。發(fā)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(fā)展的需求，不斷迭代升級。

1)“誰都能用”在技術方面的體現(xiàn)是無線遙測技術，心肺康復全周期適用?；颊吲宕骱酶鞣N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(lián)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(xiàn)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(shù)眾多，除了易學易用的特點之外，各種節(jié)省臨床操作時間、提高工作效率、能建立中國人自己的數(shù)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

后期制作：凌武娟 

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