试谈声门声门孔径变动强迫振荡技术测量呼吸系统阻力影响

论文导读：
摘要：强迫振荡技术（forced oscillation technique，FOT）是通过施加一个小振幅的压力振荡到呼吸气流之上，通过计算振荡压力和流量的商得到呼吸道阻力（respiratorysystem resistance，Rrs）的肺功能检测策略。和传统的呼吸量测定法（spirometry）相比，FOT提供了一种仅需被测试者被动合作就可获取肺部力学特性的策略，不仅可以用于成人，尤其适用测量儿童、老年人以及采取机械通气的病人等人群。。每次肺功能测量历程中，受试者的呼吸会周期性的变化，其声门孔径也随着呼吸历程发生变化，以而影响到测量所得的呼吸系统阻力的结果。在平静呼吸状态，当吸入气体时声门孔径变大，呼出气体时声门孔径变小。而当吞咽或者说话时等，声门孔径也会突然发生变化。一般而言，普遍接受的说法是整个上呼吸道会对呼吸系统阻力贡献45%，其中声门孔径的影响最大。但是，每个人的贡献值不同，甚至同一个人在不同情况下的贡献值也不同。Ferris在他的文章中也提到声门可能会对呼吸系统阻力有20%的影响。但是这些都只是猜想，据我们所知还没有具体的实验来量化声门孔径对呼吸系统阻力的影响，尤其是采取FOT技术来量化这种影响。这里我们采取的FOT仪器是一种叫做OS（Oscillation Spirometer）的新型医学仪器，由Geoffrey Maksym博士的实验室开发，不但可以用于标准的肺功能测试（同肺活量计），也可以用于检测Rrs和呼吸系统阻力的可变性（variationof airway resistance，VAR)。在本探讨中，呼吸道阻力和声门孔径将被同时记录，探讨目的在于了解声门的变化特点以及这种变化对于Rrs的影响。这里采取鼻咽内窥镜和FOT同时采集，前者用于记录声门的变化，后者用于记录Rrs的变化，以而浅析声门孔径的变化对Rrs的影响。利用OS来分别检测10名哮喘病患者和9名健康人的Rrs，每次信号采集历程为1分钟。这里OS采集的Rrs将和后来模拟的声门阻力进行比较。在Rrs采集的历程中，声门的变化通过鼻咽内窥镜同时采集并保存为视频。而且我们探讨了一种视频图像处理算法来浅析声门孔径面积的变化。为了实现声门面积以像素到真实大小的转换，我们还对鼻咽内窥镜摄像头进行了标定。得知了声门的具体面积大小以后，我们还需要估算声门的阻力，由此搭建了一个声门机械模型，以而估算不同声门孔径面积下的阻力大小。我们发现这个建立在高斯平滑滤波、阈值分割和微分法基础上的图像处理算法能有效地检测出声门的孔径变化，经过初步探讨还发现声门孔径的变动和呼吸历程密切相关。为此对Rrs和声门的变化曲线做了相关性浅析，证实每个受试者的相联系数都不同（-0.20到-0.65之间）。声门孔径随着呼吸基本都呈现出显著的变化，只有在2名哮喘病患者中不显著。但是，Rrs都随呼吸展现出显著的变化。Rrs的变化和声门的变化呈负相关，也就是说当声门面积变小时呼吸系统阻力变大。这个结论也可以在声门机械模型中得到了证实，声门面积减小时，声门的阻力变大。总的来说，哮喘组和健康组的平均声门最大张开（正常呼吸情况下）的面积值分别为0.97±0.26cm2和0.74±0.23cm2。经过t检验得到P0.05，两组受试者的声门最大张开面积没有显著差别。估算的声门阻力和呼吸系统阻力进行比较，发现比值在10%到50%之间，平均比值为25.5%（健康组：23.1%；哮喘组：27.7%）。也就是说，通过对一组哮喘人和正常人的探讨发现声门可能会对呼吸系统阻力贡献25.5%左右，这个结论非常重要，因为以前都认为呼吸系统阻力只和肺的内部结构有关。关键词：哮喘论文呼吸道论迫振荡技术论文声门论文阻力论文肺论文
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ABSTRACT5-10
英文缩写索引10-12
1 绪论12-32

1.1 不足提出的背景与探讨作用12-17

1.1 呼吸系统疾病12

1.2 肺功能测试策略12-15

1.3 呼吸系统阻力15-17

1.4 不足的提出17

1.2 国内外探讨近况17-27

1.2.1 FOT论文导读：FOT32-392.1.1FOT介绍32-332.1.2FOT的进展背景33-352.1.3FOT设备的技术要求35-362.1.4呼吸系统阻力（Rrs）的测量36-372.1.5FOT的临床运用37-392.2OS仪器39-422.3OS的性能优化42-492.3.1降低制约回路延迟的理由及目的42-432.3.2频带宽度调试432.3.3稳态误差测量43-442.3.4调整位置灵敏探测器的线性化电路44-4
的国内外探讨近况17-22

1.2.2 内窥镜的进展及其国内外近况22-25

1.2.3 声门探讨的国内外近况25-27

1.3 本论文探讨的目的和探讨内容27-32

1.3.1 本论文的探讨目的27-28

1.3.2 本论文的探讨内容28-32

2 强迫振荡仪器32-54

2.1 FOT32-39

2.

1.1 FOT 介绍32-33

2.

1.2 FOT 的进展背景33-35

2.

1.3 FOT 设备的技术要求35-36

2.

1.4 呼吸系统阻力（Rrs）的测量36-37

2.

1.5 FOT 的临床运用37-39

2.2 OS 仪器39-42

2.3 OS 的性能优化42-49

2.3.1 降低制约回路延迟的理由及目的42-43

2.3.2 频带宽度调试43

2.3.3 稳态误差测量43-44

2.3.4 调整位置灵敏探测器的线性化电路44-46

2.3.5 MAX 芯片对性能的影响46-47

2.3.6 贝塞尔滤波器对性能的影响47-48

2.3.7 Max 芯片和贝塞尔滤波器对性能的联合影响48-49

2.4 OS 仪器的初步测量探讨49-52

2.4.1 实验目的49

2.4.2 实验原理49-50

2.4.3 被测试者50

2.4.4 实验策略50

2.4.5 实验结果50-52

2.3.6 实验结论52

2.5 小结52-54

3 设备系统建模54-70

3.1 磁线圈驱动器的软件模拟54-60

3.

1.1 线性模型54-56

3.

1.2 非线性模型56-58

3.

1.3 模拟的病人负载58-60

3.2 制约器的建模设计和优化60-63

3.3 呼吸系统阻抗（Zrs）定义模型63-67

3.1 动态表征63-65

3.2 Zrs 定义模型的验证65-67

3.4 小结67-70

4 声门变动的检测70-82

4.1 声门70-71

4.2 声门图像采集技术71-73

4.

2.1 喉镜71-72

4.

2.2 声门的测量72-73

4.

2.3 声门图像采集73

4.3 基于柔性鼻咽喉镜的声门变动检测73-80
4.

3.1 实验目的73-74

4.

3.2 实验策略74-79

4.

3.3 结果79-80

4.4 小结80-82
5 声门孔径变化对呼吸系统阻力的影响82-98

5.1 引言82

5.2 实验策略82-88

5.

2.1 材料与仪器82-83

5.

2.2 受试者83

5.

2.3 实验策略83-84

5.

2.4 实验步骤84-87

5.

2.5 数据处理和浅析87-88

5.3 实验结果88-96
5.

3.1 呼吸系统阻力和声门孔径的变动88-89

5.

3.2 呼吸系统阻力和声门孔径变动的联系89-90

5.

3.3 呼吸系统阻力的变化90-91

5.

3.5 声门阻力91-94

5.

3.6 呼吸系统阻力和声门阻力94-96

5.4 讨论和结论96-98
6 结论与展望98-102

6.1 主要结论98

6.2 讨论98-101

6.3 后续工作展望101-102

致谢102-104
参考文献104-118
附录118
A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录118
B．作者在攻读学位期间参加会议情况118