Кривая поток–объем форсированного выдоха (вверху) и форсированного вдоха (внизу) у пациента с посттравматическим стенозом трахеи. Выявляется фиксированная экстраторакальная обструкция: ограничения скорости форсированных и вдоха, и выдоха. 7. Технические аспекты спирометрии

7.1. Основные типы спирометров

Техника измерения в спирометрии оказывает существенное влияние на результаты измерений, комфорт проведения исследования, удобство работы персонала, выполнение требований санитарного режима.

Все спирометрические приборы можно подразделить на приборы открытого и закрытого типов. В приборах открытого типа вдох и выдох производятся фактически из атмосферы. Такие приборы работают по принципу пневмотахографа, первично измеряя скорость движения воздуха, а объемные показатели получаются расчетным путем. Конструкция их достаточно проста, обладает низким сопротивлением дыханию, санитарная обработка прибора более простая.

В приборах закрытого типа пациент производит выдох в прибор или дышит из некоторого замкнутого резервуара переменного объема. Такая конструкция позволяет, помимо измерения дыхательных объемов и расчета потоков, проводить анализ газового состава дыхательной смеси, что является основным преимуществом приборов закрытого типа. Вместе с тем такие приборы массивны и требуют очень четкого соблюдения санитарного режима. Первичной измеряемой величиной является объем или его изменение. Иногда приборы закрытого типа называют волюмоспирометрами, чтобы подчеркнуть именно ориентацию на измерение объема.

Большинство спирометров в настоящее время являются цифровыми (микропроцессорными) приборами открытого типа (см. рис. 2) с первичным измерением потока. Термин флоуспирометры подчеркивает первичность измерения потока. Объем рассчитывается путем интегрирования потока по времени.

Принцип измерения потока дыхания в приборах открытого типа может быть реализован по-разному. Это косвенно свидетельствует, что ни один из методов не имеет решающих преимуществ перед другими и выбор определяется компромиссами между реализацией взаимоисключающих требований. Поэтому важно понимать основные принципы работы спирометров различных типов, их преимущества и ограничения, чтобы своевременно и правильно выявлять источник ошибочных или сомнительных результатов исследований. Основные видов первичных измерительных элементов современных спирометров представлены на рис. 19. Наиболее распространены сейчас измерители потока на основе дифференциального манометра и с турбинным преобразователем. Весьма перспективны ультразвуковые приборы.

Рис. 19. Классификация спирометров открытого типа по виду преобразователя потока

Классификация спирометров открытого типа по виду преобразователя потока Принцип работы приборов на основе дифференциального манометра (рис. 20) состоит в том, что дыхательный поток направляется в трубу, в которой имеется препятствие. При движении потока газа давление перед препятствием возрастает, а после него уменьшается. Между объемной скоростью потока и величиной перепада давления имеется зависимость, которая определяется конструкцией препятствия и рядом других факторов. Измеренная разность давлений может быть затем путем относительно несложных вычислений преобразована в величину потока, вызвавшего перепад давления. Для измерения перепада используют датчики различных типов, некоторые из которых инерционны, они могут требовать непродолжительного прогрева, чтобы их характеристика стала стабильной.

Рис. 20. Схемы измерительных преобразователей с дифференциальным манометром. ∆P – место подключения дифференциального манометра.

Другим вариантом может быть так называемая трубка Пито, в которой в основной трубе имеется дополнительная измерительная трубка с отверстием, направленным параллельно потоку.

Наибольшей чувствительностью в области малых потоков обладают приборы на основе трубок Флейша и Лилли. Однако они имеют и самое высокое пневматическое сопротивление. Узкие каналы или ячейки сетки имеют склонность к загрязнению, что приводит к изменению характеристики преобразователя. Для уменьшения вероятности образования конденсата на пневмосопротивлении трубки Флейша иногда используют подогрев резистивного элемента до 37 °C. Преобразователи с диафрагмой имеют более низкое пневматическое сопротивление, но их характеристика имеет существенную зависимость от потока (нелинейность), что повышает требования к датчику дифференциального манометра. Еще большей нелинейностью обладают трубка Пито и другие напорные преобразователи. С точки зрения санитарной обработки наибольшие сложности создают трубки Флейша, трубки Лилли часто изготавливают со сменными индивидуальными сетками.

Работа турбинного преобразователя (рис. 21 слева) основана на пропорциональности частоты вращения крыльчатки (ротора) скорости потока газа. В современных приборах число оборотов ротора, как правило, подсчитывается оптическим способом: ротор при вращении периодически перекрывает поток света, который улавливается фотоприемником. Электронная часть прибора подсчитывает число импульсов, сформированных фотоприемником. Очевидным преимуществом турбинного преобразователя является простота вычислений. Наиболее существенный недостаток – инерционность турбины: она продолжает вращение даже после прекращения воздействия потока воздуха (другими словами, при исследовании ФЖЕЛ могут наблюдаться завышенные показатели). Кроме этого, существенным фактором является сложность санитарной обработки деталей датчика, что привело к появлению приборов со сменными турбинками, индивидуальными для каждого пациента.

Рис. 21. Схема турбинного (слева) и ультразвукового (справа) измерительных преобразователей потока. A, B – источник и приемник света. TR – ультразвуковой излучатель-приемник, стрелкой показано направление ультразвукового луча.

Ультразвуковой датчик потока (рис. 21 справа) использует доплеровский эффект для измерения линейной скорости потока газа. Ультразвуковые излучатели и приемники располагаются, как правило, под минимальным углом к оси трубки (стрелкой показано направление ультразвука по отношению к оси трубки). Существенным условием работы такого датчика, впрочем, выполняемым на практике, является наличие в воздухе достаточной концентрации мелких частиц, с которыми происходит взаимодействие ультразвука. Самое существенное достоинство заключается в возможности реализации конструкции, в которой пациент контактирует лишь с единственной сменной индивидуальной частью – собственно трубкой, через которую дышит. Это фактически решает проблему предотвращения передачи инфекций при проведении спирометрии, отсутствует необходимость в регулярной калибровке, однако необходимо учитывать высокую стоимость таких трубок.