5.2.1.1 臨床應(yīng)用

心肺運(yùn)動試驗(yàn)(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(jī)能水平的檢查之一，被認(rèn)為是功能能力評估的“金標(biāo)準(zhǔn)”。它在負(fù)荷遞增的運(yùn)動中通過測定氣體交換將外呼吸和細(xì)胞呼吸聯(lián)系起來，反映人體的心肺功能狀態(tài)，經(jīng)過對各項(xiàng)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(fù)治療方案和運(yùn)動處方的制定提供定量、安全和有效的保障。

目前心肺運(yùn)動試驗(yàn)評估系統(tǒng)已廣泛用于臨床醫(yī)學(xué)、運(yùn)動醫(yī)學(xué)、航空醫(yī)學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。主要的臨床價值如下:

評估心肺儲備功能

定量運(yùn)動新功能分級

預(yù)測危險分層，疾病功能受限嚴(yán)重程度客觀定量分級

麻醉手術(shù)危險性評估

評估心肺移植選擇

定量評估藥物、手術(shù)治療效果

指導(dǎo)心血管病和呼吸系統(tǒng)疾病運(yùn)動康復(fù)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(yùn)動受限的器官水平

評估運(yùn)動員:進(jìn)行后備人員的選拔、預(yù)測運(yùn)動成績、評估訓(xùn)練計劃等。

5.2.1.2 器械構(gòu)成

心肺運(yùn)動試驗(yàn)設(shè)備主要由肺功能測試部分、運(yùn)動心電 / 血壓 / 血氧監(jiān)測部分、運(yùn)動設(shè)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(jìn)行分析計算。系統(tǒng)定標(biāo)單元是另一核心組成，包括環(huán)境定標(biāo)、氣體流量定標(biāo)和氣體成分定標(biāo)三部分，測試前的系統(tǒng)定標(biāo)保證了測試的精度。

運(yùn)動心電 / 血壓 / 血氧監(jiān)測部分通過監(jiān)測患者在運(yùn)動過程中的心電圖、血壓和血氧指標(biāo)，結(jié)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(yùn)動設(shè)備一般采用立式踏車，功率的準(zhǔn)確度對測試結(jié)果的判讀至關(guān)重要。根據(jù)臨床實(shí)際需求，運(yùn)動設(shè)備也可以擴(kuò)展為跑臺、臥式功率計和四肢聯(lián)動設(shè)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(shí)時顯示肺功能的心電測試的各參數(shù)及曲線、和預(yù)計之間的關(guān)系以及風(fēng)險預(yù)警。

5.2.1.3 技術(shù)發(fā)展歷程

CPET 始于 20 世紀(jì) 50 年代，初時多應(yīng)用于心臟功能的臨床研究。60 年代后受到普遍關(guān)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(yīng)用。1982 年 Weber 報道慢性心衰患者，并應(yīng)用 CPET 測定百例。此后國內(nèi)外學(xué)者先后報道了肺部疾病時 CPET 的特點(diǎn)。目前心臟康復(fù)還處于發(fā)展階段，國際上僅有 54.7% 的國家或地區(qū)在進(jìn)行心臟康復(fù)，除了少數(shù)發(fā)達(dá)國家的心臟康復(fù)參與率達(dá)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(guān)注及研究逐步加深，各大醫(yī)院已經(jīng)開始設(shè)立心臟康復(fù)中心，著手對心臟康復(fù)進(jìn)行干預(yù)和指導(dǎo)，力求對心血管進(jìn)行生命周期的健康管理。

近二十余年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，測定設(shè)備、運(yùn)動器械以及計算技術(shù)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(shù)(breath by breath)是當(dāng)今氣體代謝測試技術(shù)的主流，而越來越快的breath by breath 肯定是將來發(fā)展的方向，因?yàn)楦叩牟蓸臃治鏊俣纫馕陡迂S富的測試內(nèi)容以及測試數(shù)據(jù)的更加精確。

2)三大核心部件的技術(shù)發(fā)展

1.流速傳感器   

發(fā)展過程:    

第一階段:閉合模式技術(shù)   

第二階段:開放模式技術(shù)    

技術(shù)要點(diǎn):

a. 阻力要小。運(yùn)動過程中的通氣量很大，最高可達(dá)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(shè)計并且體積要小、重量要輕。以便于運(yùn)動，不會給受試者增加負(fù)荷和帶來負(fù)擔(dān)。

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?yàn)榱魉賯鞲衅鹘佑|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(jìn)行消毒。

2. 氧氣傳感器

發(fā)展過程:

第一階段:差分順磁技術(shù):早期的運(yùn)動產(chǎn)品采用差分順磁技術(shù)，壽命長，但由于順磁技術(shù)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(xué)技術(shù)(氧化鋯):前期的電化學(xué)技術(shù)響應(yīng)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(yùn)動呼吸頻率快時會有延遲和樣本點(diǎn)不足。

第三階段:快反映氧電池:改進(jìn)的電化學(xué)技術(shù)，大大提高了響應(yīng)時間，得以實(shí)現(xiàn)真正的每口氣測試。

技術(shù)特點(diǎn):

a. 響應(yīng)時間:響應(yīng)時間的快慢，決定了采樣是否會產(chǎn)生延遲，決定了所采集到的樣本點(diǎn)的多少，從而決定了是否能夠進(jìn)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(zhǔn)確穩(wěn)定而且重復(fù)性好。

b. 測量范圍:決定了是否能夠滿足極限運(yùn)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(dǎo)慧斯通電橋

第二階段:快反應(yīng)紅外光譜吸收

技術(shù)要點(diǎn):

a. 響應(yīng)時間:響應(yīng)時間的快慢，決定了采樣是否會產(chǎn)生延遲，決定了所采集到的樣本點(diǎn)的多少，從而決定了是否能夠進(jìn)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(zhǔn)確穩(wěn)定而且重復(fù)性好。

b. 測量范圍:決定了是否能夠滿足極限運(yùn)動測試的要求。

5.2.1.4 技術(shù)發(fā)展方向

日前隨著心臟康復(fù)的蓬勃發(fā)展，作為功能能力評估的“金標(biāo)準(zhǔn)”的運(yùn)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(shè)備的操作流程，做到易學(xué)易用，誰都會用;滿足不同階段全周期患者的應(yīng)用，做到誰都能用;和中國心臟康復(fù)臨床緊密結(jié)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(shù)方面的體現(xiàn)是無線遙測技術(shù)，心肺康復(fù)全周期適用?；颊吲宕骱酶鞣N傳感器和采集器后和設(shè)備主機(jī)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(yùn)動設(shè)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(yàn)。

2)“誰都會用”體現(xiàn)在易用易學(xué)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(fù)，中國患者人數(shù)眾多，除了易學(xué)易用的特點(diǎn)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(jù)和常模也是中國心臟康復(fù)的重要需求。

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CCI心血管醫(yī)生創(chuàng)新俱樂部

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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