本发明涉及呼气一氧化氮测量方法。
背景技术：
：呼气一氧化氮作为气道炎症的标志物用于哮喘等呼吸病的检测分析已经获得医疗界充分肯定。欧洲与美国分别在1997年与1999年制定了呼气一氧化氮检测推荐标准，并在2005年联合制定与公布了该项标准（“ATS/ERSRecommendationsforStandardizedProceduresfortheOnlineandOfflineMeasurementofExhaledLowRespiratoryNitricOxideandNasalNitricOxide,2005”，ATS为美国咽喉学会缩写，ERC为欧洲呼吸学会缩写），并在2011年制定了呼气一氧化氮临床应用指南（AnOfficialATSClinicalPracticeGuideline:InterpretationofExhaledNitricOxideLevels(FENO)forClinicalApplications），用来指导如何进行呼气一氧化氮检测及如何将检测结果用于哮喘等呼吸病的诊断与疗效评价。呼气NO由肺泡区及气道区共同产生，关于肺中ＮＯ产量和扩散目前主要有三个模型：二室模型、三室模型及喇叭模型，可以分析四个与流量无关的参量：稳态肺泡浓度（Calv）、最大气道壁扩散量（Jaw=Cw*Daw）和气道扩散系数（Daw）。该模型的提出加深了人们对NO交换机制及这些参数与生理病理间关系的理解，这三个参参数临床上可以表达为降低、不变、升高三种可能，对应组成27种可以区分的组合方式或病理状态。（StevenC.Georgeetc.,JApplPhysiol96:831-8392004）。有关呼气一氧化氮检测方法方面的文献很多，对现有各种测量方法，Hogman（J.BreathRes.7(2013)017104）及George（J.applPhysiol104909,2008）分别做了相对全面及客观的介绍，这些方法的基础都是呼气一氧化氮两室模型。概括而言，所述方法分为两大类,其一为恒定呼气流量测量方法：通过至少两次不同呼气流量的呼气测量结果，通过线性或非线性拟合算法公式计算各种呼气NO参数，对Calv,Jaw测量所用呼气流量范围为100~500ml/s；对Daw、Cw测量所用呼气流量范围为<10ml/s；为了计算Daw，采用恒定流量呼气测量技术时，由于呼气流量要小于10ml/s，对呼气控制来说难度较大（在50ml/s的呼气流速下持续呼气4~10s相对来说容易实现，而更低的流速（如10ml/s的呼气流速至少需要恒定流速呼气20秒）及较高的呼气下（呼气阻力较大）持续呼气都会较为困难）。其二为一口气变流量测量方法(（George,JApplPhysiol91477-487,2001），通过憋气20秒后呼气，在呼气过程中连续调控呼气流量（从300ml/s到50ml/s），测量并记录与呼气流量及时跟随的呼气NO浓度变化曲线，然后根据两室模型，调整Jaw、Calv、Daw等参数拟合呼气测量曲线，通过最小二乘法选择确定最合适的参数。所述方法未考虑憋气时气道NO气体轴向扩散及气道内不同部位Cw不一致对测量结果产生的影响。文献所述气道参数测量方法所用仪器均为化学发光仪(SiversNOA280orAerocrineNIOX)，该仪器响应时间快（t90<100ms）、分辨率高（NO测量分辨率<1ppb），是测量NO的金标准，但该设备较为复杂，且应用维护成本较高，在普通临床应用上逐渐被更低成本的电化学分析方法所替代，但由于电化学气体传感器响应时间较慢，其时间分辨率无法满足呼气动态测量要求，在应用上存在一定的局限性不适用于对时间分辨率要求较高的动态测量应用。针对所述方法所存在的缺陷，尚沃通过对气路、分析方法及算法的改进，（中国专利201510782786.1）将电化学传感器的时间分辨率提高到了0.1秒，进而实现了对呼气过程NO浓度的一口气变流量测量，可用于计算Jaw、Calv、Vaw等气道参数。但所述专利方法还不能用于测量计算Daw。本发明的一个目的是在尚沃前述工作的基础上通过方法创新实现对气道参数Daw相对简单的测量，解决文献方法的缺陷，扩展仪器的应用范围。技术实现要素：本发明揭示了一种呼气一氧化氮气道扩散系数的方法，其特征在于所述测量至少分两次完成，其中：1）第一次测量：不憋气，通过改变呼气流量测量计算最大气道通量Jaw及肺泡一氧化氮浓度Calv参数；2）第二次测量：憋气一定时间后持续呼气，测量持续呼气所得到的呼气NO总量；3）参数计算：将第一次测量所得到的Jaw、Calv、Cair等参数代入相关公式，计算理论呼气NO总量，调整另外一个参数Daw参数使其与持续呼气所得到的呼气NO总量最为接近。所述第一次测量可通过一口气变流量方法实现，也可以通过改变呼气流量多次恒流量呼气测量实现。在所述方法中，憋气时间一般选择为5~30秒，优选20秒，憋气后持续呼气一般要求呼出气体积为死腔气体体积的1~8倍，优选为2~4倍。所述测量呼气ＮＯ总量的测量有两种方法：其一为记录全呼气过程呼气NO浓度变化曲线，通过曲线积分的方法计算呼气ＮＯ总量；其二为将呼出气体全部收集于一气袋中，呼气结束后对气袋中的气体平均浓度进行测量，然后根据气袋中气体的平均浓度及体积计算呼气NO总量。所述二室模型所得到的呼气ＮＯ总量的理论计算公式为：其中：呼气残留时间τe通过呼气流量及气道死腔体积间的关系求出：吸气残留时间τin通过吸气流量及气道死腔体积间的关系求出：。本发明方法通过呼气方法的设计降低了呼气过程控制的难度，提高了测量的成功率与可靠性，通过算法的优化避免了二室模型过于简单所带来的测量误差，使测量结果更加可靠。附图说明图1肺泡及气道一氧化氮产生及扩散双室模型。图2憋气20秒后以50ml/s流量呼气6秒呼气NO浓度测量曲线与理论呼气NO曲线间的比较。具体实施方式本发明所述方法的理论基础基于被公认的呼出气一氧化氮生理模型-----二室模型（如图1所示），从简化的生理模型切入分析，然后根据实际情况对所得计算公式进行适当修正并合理应用，使理论与实验结果更为接近。利用呼气一氧化氮二室模型进行分析时一般假定：1）呼出气NO来源于肺泡和气道（在关闭软腭的条件下，不考虑鼻腔气的干扰）；2）呼气过程中，肺泡中的NO(Calv)浓度较小且保持恒定（一般小于5ppb，这是因为由肺泡产生或在吸气过程由上气道吸入的NO会很快与血红蛋白结合）；3）当肺泡气流经气道并在口腔排出前，NO浓度会逐渐上升，其原因在于气道皮质细胞产生的NO在气道壁上的浓度（Cw）远大于气道内气体NO浓度(Ca)，这样NO持续会由气道壁向气道扩散，其扩散速度满足Fick定律；4）在气道不同解剖部位气道壁NO浓度Cw是一致的。在此前提下，考虑不同呼气状态下呼气NO浓度与气道参数，特别是Daw间的关系有：1）当呼气体积大于气道死腔气体积时（此时呼出气体积Ve>气道死腔气体积Vaw,呼气时间te>呼气残留时间τe）此时呼出气NO浓度满足关系：（1）其中Ce为呼出气NO浓度，Cw为气道壁NO浓度，Calv为肺泡NO浓度，Daw为气道扩散系数，Vaw为气道死腔气体积,τe为呼气残留时间；在恒定呼气流量Fex的条件下，有：(2)此时（1）式可简化为：（3）由此可见，将死腔气呼出后，呼气NO浓度与憋气时间无关，而与肺泡浓度(Calv)、最大气道壁扩散量（Jaw）、气道扩散系数Daw有关，但由于Daw对Ce的影响只有在保留时间τe足够长或者说呼气流量足够慢（Fex足够小，τe=Vaw/Fex,其中Vaw为气道死腔气体积）时才能显现出来，实际应用有点难度。所以文献报道利用该公式计算Daw时呼气流量一般都要小于10ml/s，而在该流量下要排掉气道死腔气，至少要以该流量持续呼气20秒以上，呼气控制非常困难，临床上很难得到应用。2）当呼气气体体积小于死腔气体积时（Ve<Vaw,te<τe）此时呼气NO浓度满足关系：（4）当tin>τin时有：（5）由公式（4）、(5)可知，此时呼气NO的浓度与吸入空浓度Cair、吸气、呼气时间tin、te及气道参数Cw、Daw、Vaw、Jaw等7个因子有关，（定义Jaw=Daw*Cw），如Jaw、Vaw已知，tin、te、Ce、Cair可测量，理论上只要根据这段时间的呼气NO曲线，取至少两个不同时间下的Ce值组成通过联立方程就可将Daw求出。在呼气流量较大时，（4）、（5）式中的指数项数值较小，对呼气NO浓度Ce的影响不大，而采用憋气后测量的方法，呼气NO浓度满足关系：（6）这可见可大大提高指数项因子对Ce的贡献，此时Daw对呼气NO的影响也就凸显出来，因而采用憋气后呼气测量可提高Daw计算的可靠性。但当本发明者试图利用（6）式进行测试时发现：实际憋气后呼气NO浓度随时间变化曲线与理论曲线间存在较大的差异，而且利用所述公式对健康人群进行测量计算时所得Daw值分布范围为20~50ml/s，远大于文献报道值（3.1~9.2ml/s)，且重现性较差，说明所述方法还存在一定缺陷。分析其原因可能有两点：一是公式推导所用的生理模型过于简化，实际上气道并不是均匀的圆形管道，且气道各部分NO产生于扩散的速度也不一定是均一的，因而用此简化模型很难准确地模拟呼气NO浓度变化情况；二是在憋气过程中，由于气道NO浓度的较高，气道不同位置，大气道、小气道间的NO存在较大的浓度梯度，轴向浓差扩散的影响已不可忽略。由于上述二室模型在恒定呼气流量下且呼气时间大于残留时间τe时已被广泛证实是近似有效的（必要时可进行气道喇叭模型修正），这说明所述二室模型在一定程度上反映了气道NO产生于扩散的生理状态，所述模型有一定的合理性。这是因为在恒定呼气流量下且呼气时间大于残留时间τe时，所述模型中各参数Daw、Cw、Jaw、Calv、Vaw对呼气NO浓度的影响是在残留时间τe内累积的，因而反应的是一个平均的结果，通过恒流量呼气（用不同的呼气流量多次测量）测量所得结果反映的也是一个气道参数的均值。因此，一个优选的测量方法应该是分析呼气NO总量与气道参数间的关系。考虑NO轴向扩散的情况，如假设小气道不产生也不消耗从大气道扩散过来的NO，则可将部分小气道中的NO也纳入积分运算，进而修正ＮＯ轴向扩散产生的影响，在分析文献中潮气测量模型时发现，该假定已经被采纳并验证，说明此假定具一定的合理性。在所述假定下，将呼气小于τe及大于τe两部分时间段呼出的NO全部考虑在内，呼气NO的总量Qe满足以下关系：(7)其中：呼气残留时间τe通过呼气流量及气道死腔体积间的关系求出：(8)吸气残留时间τin通过吸气流量及气道死腔体积间的关系求出：(9)利用该算法进行计算时，考虑到长时间呼气测量的难度，需要保证在一定的呼气时间内呼出1～8个呼气死体积的气体（对健康成人，优选为呼出1~4个呼气死体积的气体），因而呼气流量、时间有一个最合适的范围，呼气流量太小，则所需呼气时间太长，呼气难度较大；呼气流量太大，则呼气时间太短，且呼气NO浓度太低，测量误差较大，最合适的条件可通过实验进行选择。由公式（7）可知，憋气后呼气NO总量Qe与最大气道通量Jaw、气道扩散系数Daw、气道死腔气体积Vaw、憋气时间thold、吸气残留时间τin、呼气残留时间τe、肺泡NO浓度Calv、吸、呼气流量（Fin、Fex,用于计算τin、τe）、呼气时间te等10个因子有关，其中Jaw、、Vaw、Calv等3个参数可通过尚沃一口气多参数分析技术测得（专利201510782786.1），也可以通过文献报道的多口气变流量呼气测量方法测得，而thold、τin、τe、Fin、Fex、te及呼气NO总量Qe等7个参数可设计合适的装置直接测量计算，因而公式（7）中剩下一个未知参数Daw便可以直接利用所述公式计算得到。本发明方法通过呼气方法的设计降低了呼气过程控制的难度，提高了测量的成功率与可靠性，通过算法的优化避免了二室模型过于简单所带来的测量误差，使测量结果更加可靠。应用实施例一本发明所用装置为中国专利201510782786.1所描述的一口气变流量测量装置，该专利所描述的方法可用于气道参数Jaw，Ca，Vaw的测量，而对于Daw的测量，则采用本发明所述方法，其测量及分析过程如下：1）第一次测量：通过专利201510782786.1所述一口气变流量技术测量Jaw、Calv、Vaw；2）第二次测量：憋气20秒后以固定呼气流量持续呼气6秒，并测量记录全过程呼气NO浓度变化曲线；3）计算：根据呼气全过程NO测量曲线及吸气、呼气参数通过公式(7)计算Daw。图2是憋气20秒后以50ml/s流量呼气6秒呼气NO浓度测量曲线与根据公式（7）计算出的理论呼气NO曲线间的比较，由图可见理论曲线与实测曲线存在较大的差异。表1是一志愿者先通过尚沃一口气变流量设备测量变流量测量得到的气道参数值，随后利用该设备记录憋气20秒后以50ml/s的呼气流量持续呼气6秒所得到的NO浓度变化曲线，然后利用公式（7）计算Daw及Cw,表二列出的是上下午各5次测量的结果，其平均值分别为6.1+/-2.0ml/s，7.3+/-2.3ml/s,所得的结果重现性在临床上可以接受，测量均值与文献报道的健康成人Daw值（3.1~9.2ml/s）接近，表明所述方法是合理的。表一：利用尚沃一口气变流量设备测量得到的志愿者气道参数Cair（ppb)Calv(ppb)Jmax(pl/s)Vaw(ml)32.5644132表二：利用尚沃一口气变流量设备测量憋气20秒后以50ml/s流量持续呼气6秒，重复测量10次，并利用表一数据计算得到的气道参数Daw及Cw考虑到仪器死体积及传感器响应的滞后，可对曲线积分区域进行适当调整以获得更加准确的测量结果，如积分时间点选择从5%或10%的呼气体积开始，这样可减少口腔及仪器死体积对测量结果的影响。本实施例优选呼气流量为50ml/s，实际呼气流量及呼气时间的选择可根据需要进行调整，持续呼气时间的选择一般为使呼气总体积达到死腔气体积的1~8倍，优选为2~4倍，太小NO轴向扩散影响较大，Daw测量值偏高，太大Daw测量结果的影响较小，结果重现性较差。本实施例优选的憋气时间为20秒，太短Daw测量的重现性不好，测量误差较大，憋气时间太长则受试者配合困难。所述第一次测量可通过一口气变流量方法实现，也可以通过改变呼气流量多次恒流量呼气测量实现。应用实施例二所用装置与应用实施例一相同,不同之处在于不必恒定流量呼气，但算法相对实施例一相对复杂。其测量分析过程如下：1)第一次测量：通过专利201510782786.1所述一口气变流量技术测量Jaw、Calv、Vaw2)第二次测量：憋气20秒后以持续呼气一段时间，测量记录全呼气过程的呼气流量曲线及呼气NO浓度变化曲线3)计算：根据呼气全过程NO测量曲线及吸气、呼气参数通过公式(7)~（9）计算Daw。应用实施例三所用装置与应用实施例一相同，不同之处在于对呼气ＮＯ总浓度的测量方法的选择，本实施例是将呼出气体全部收集于一气袋中，呼气结束后对气袋中的气体平均浓度进行测量，然后根据气袋中气体的平均浓度及体积计算呼气NO总量，再根据吸气、呼气参数通过公式(7)~（9）计算Daw。当前第1页1 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