هدف از انجام اسپیرومتری
این اهداف عبارتند از :
۱- در معاینات قبل از استخدام جهت تعیین استعداد و قابلیت فرد برای کار مورد نظر
۲- تشخیص زود رس بیماریهای ریوی و عوارض ناشی از کار
۳- درمان بهنگام و جلوگیری از بیماریهای شغلی
۴- توصیه برای تغییر شغل و یا محدود نمودن کار کارگران بیمار
۵- حفظ سلامت سایر کارگران و در برخی موارد سایر افراد جامعه
نمای یک اسپیرومتر بسیار ساده
یک اسپیرومتر ساده در شکل نشان داده شده است. این دستگاه از طرفی به زنگی شبیه است که بالای یک ظرف آب قرار گرفته است. یک لوله خرطومی هوا، از یک قطعه دهانی به فضای بالای سطح آب در داخل زنگ، کشیده میشود.
یک نمونه از ریسمان آویزان شده است که نیروی کششی روی سیمان پدید آورده و وزن رنگ را دقیقا در فشار یک اتمسفر متعادل نگه می‌دارد. به این ترتیب، وقتی شخص در داخل قطعه دهانی نفس نمی‌کشد، زنگ در بالای سطح آب در حالت سکون خواهد بود. اما در زمان بازدم، فشار داخل زنگ به بالای یک اتمسفر، افزایش می‌یابد که در نتیجه آن زنگ بالا می‌رود. به طور مشابه در هنگام عمل دم، فشار داخل زنگ، کاهش می‌یابد. به طور کلی، در هنگام افزایش فشار، زنگ بالا رفته و در زمان کاهش فشار، پایین می‌آید. همراه با تغییر فشار زنگ، حجم داخل ان تغییر می‌کند. این کاهش حجم، موقعیت وزنه مقابل تغییر می‌کند. با اتصال قلم به وزنه، تغییرات حجم بر روی کاغذ قابل ثبت است. روش توصیف شده ابتدایی روش ثبت حجم‌های ریوی است که با توجه به دستوری که کاربر سیستم به بیمار می‌دهد و انواع روش‌های تنفسی که اعمال میشود، منحنی‌های مورد نظر پزشک ثبت میشود. مدل‌های بسیار جدیدتری به بازار ارائه شده است که یک نمونه از آن در شکل دیده میشود.
برخی از اسپیرومترها یک خروجی الکتریکی دارند به این شکل که وقتی تک قسمتی در قطعه دهانی وجود ندارد پتانسیل الکتریکی صفر و در نتیجه سیگنالی نداریم اما در هنگامی که بیمار در داخل لوله نفس می‌کشد، پتانسیل الکتریکی مثبت و منفی متناسب با حجم به دو انتهای پتانسیومتر، متصل میشود و سیگنال الکتریکی حاصل بیانگر حجم مورد نظر است. فلومترهای التراسونیک هم به صورت تجاری موجود است که بر اساس اختلاف تغییر داپلر که روی امواج التراسونیک ثبت شده کار می‌کند. از ترانسدیوسر Pinwheel نیز جهت اندازه گیری حجم‌های ریوی، استفاده شده است.
روش‌های اسپیرومتری:
روش‌های اسپیرومتری به دو دسته کلی تقسیم می شوند:
۱- روش حجم سنجی؛
۲- روش فلومتری
روش فلومتری فلومتری خود شامل تکنیک‌های مختلفی است که به ۴ تکنیک آن در ذیل اشاره می شود:
اسپیرومتر نوع فلیسچ( Fleisch) : شار هوا در این دستگاه به وسیله مقاومت معینی که در داخل تیوپ ثابت شده است اندازه گیری می شود. در این نوع اسپیرومتر مقاومت در برابر شار به وسیلهٔ آرایه ای از مویرگ‌های هم جهت با فشار هوا اندازه گیری می شود. افت فشار در طول مقاومت در جریان‌های نسبتا کم هوایی به طور خطی با جریان هوا متناسب است. در این حالت الگوی شار لامینار است. در شارهای بالاتر، جریان هوایی شکل متلاطمی به خود می گیرد و در این حالت افت فشار در طول مقاومت نسبت به شار بیشتر است. دقت اندازه گیری‌ها در حالتی که الگوی جریان هوا لامینار و ارتباط شار با افت فشار خطی باشد بیشترین مقدار خود را دارد. اسپیرومترهای نوع فلیسچ در اندازه‌های مختلف و برای بازه‌های مختلف شار عبوری وجود دارند. مقاومت در برابر عبور شار می تواند بر اثر انباشته شدن ترشحات یا سایر آلاینده‌ها افزایش یابد. همچنین با تقطیر بخار آب(موجود در بازدم) مشخصهٔ شاری آن دستخوش تغییر می شود. همچنین مشخصه شار با ویسکوزیته شار نیز تغییر می‌کند که این ویسکوزیته خود ناشی از نسبت گازهای موجود در هوای تنفسی و همچنین دمای هواست.
اسپیرومتر نوع لی لی (Lilly) : در این روش شار بر اثر اختلاف فشار در دو طرف یک مقاومت کوچک(ناشی از یک صفحه مشبک فلزی) که در داخل تیوب ثابت شده است اندازه گیری می شود. در این حالت نیز مانند حالت قبل، به ازای جریان‌های کم ارتباط شار با افت فشار خطی و الگوی شار لامینار است، در جریان‌های عبوری زیاد دستخوش تلاطم میشود و رابطه ا حالت خطی خارج می گردد. به علاوه دقت اندازه گیری‌ها در حالت اول(خطی و الگوی لامینار) بیشتر است. سر اسپیرومتر شکل شیپوری دارد و این طراحی برای این است که در بازه‌های بزرگی از شار عبوری امکان دستیابی به الگوی لامینار فراهم باشد. از این رو اسپیرمترهای نوع لی لی به ازای شارهای ۰ تا ۱۲ لیتر بر ثانیه رابطه خطی از خود نشان می دهند. در این حالت هم مانند حالت قبل عواملی نظیر انباشته شدن ترشحات و تقطیر بخار هوا و … می تواند مقاومت را دستخوش تغییر نماید. و همچنین ویسکوزیته مشخصه شار را تغییر می دهد.
فلومتر توربینی: در این روش وقتی گاز از در محفظه جریان می یابد، پره چرخان به حرکت در می آید؛ شار عبوری از محفظه با تعداد چرخش پره در واحد زمان متناسب است که این تعداد چرخش با استفاده از سیگنال هایی که از منبع نور پالسی به سلول نوری رسیده و شمارش میشود به دست می آید(طبق شکل). یک مزیت این دستگاه مقاومت آن در برای شار تلاطمی، بخار آب و دمای گاز است. اما عیب این وسیله اینرسی پره است که باید با حداقل کردن جرم پره و اعمال یک منحرف کننده اثر این اینرسی را حتی الامکان کم نمود.
فلومتر سیم داغ: این فلومتر شامل یک سیم پلاتینی باریک است که تا دمای معینی گرم شده و در مرکز محفظه قرار گرفته است. با عبور جریان هوا از فلومتر، این سیم سرد میشود و برای بازیابی دمای اولیه خود به انرژی الکتریکی نیاز خواهد داشت. میزان انرژی الکتریکی اضافی مورد نیاز، شار گاز عبوری را معلوم می کند.
• برای خطی سازی خروجی فلومتر سیم داغ به یک تراشه نیاز داریم
• از آن جا که این فلومتر به جهت شار عبوری حساس نمی باشد، نیاز است که دو سیم داغ به صورت سری قرار بگیرند و جهت جریان هوا از روی سیمی که اول سرد میشود معلوم می گردد
• یک عیب این فلومتر حساسیت آن به ترکیبات و دمای گاز است؛ به علاوه این سیستم‌ها بسیار آسیب پذیرند و باید با دقت ویژه مورد نگهداری قرار گیرند.
اهمیت کالیبراسیون دوره ای اسپیرومتر
اکثر خطاهای اسپیرومتری باعث کاهش پارامترهای اندازه گیری شده و به نظر می رسد که صحت نتایج به وسیله کالیبراسیون دوره ای تضمین شده است . با این حال خطای حالت صفر و تغییرات سنسور اندازه گیری کننده ممکن است در طول تست باعث بالا رفتن پارامترهای اندازه گیری شده از حالت عادی آن شود . که این خطاها باعث ایجاد اسپیروگرام های غیر عادی در بسیار از تستها در مراکر مختلف شده است . جوابهای غیر واقعی معمولا به علت صفر کردن نادرست سنسور یا جمع شدن رسوبات روی سنسور و یا کالیبراسیون غیر واقعی میباشد .این خطا گاها” باعث افزایش FVC از ۱۴۴% تا ۲۰۴% شده است بنابراین کابرهای اسپیرومترهای فلوتایپ از یک تکنسین گرفته تا متخصص باید با این نوع خطاها آشنا باشند و آنها را تشخیص داده و خذف کنند.
در سال ۱۹۷۸ انجمن های ایمنی و بهداشت حرفه ای و انجمن ریه آمریکا ( ATS ) پیشنهاد دادند که بیشترین مقدار FEV1 و FVC را به عنوان خلاصه یک تست اسپیرومتری انتخاب کنند . این شیوه در مقابل خطاهایی که پارامترها را افزایش می دهند آسیب پذیر می باشد . اگر این منحنی های اشتباه ، تشخیص داده نشوند و پاک نشوند در نهایت به عنوان مقادیر پیشینه ثبت شده و به عنوان گزارش نهایی ارسال می شوند . این مشکلات از محدودیت های زیر که در برخی اسپیرومترها وجود دارد ناشی می شوند:
۱- عدم نمایش زمان واقعی ( منحنی VT ) روی صفحه LCD دستگاه
۲- ثبت کردن سه تست با مقادیر بیشینه
۳- نبودن این امکان در نرم افزار دستگاه که تست های قبلی را در صورت غیر نرمال بودن نتایج حذف کنند
۴ – عدم دارا بودن پمپ کالیبراسیون
خطای حالت صفر :
اسپیرومترهای فلو تایپ جریان هوا را به صورت غیر مستقیم اندازه گیری کرده و سپس جریان هوای عبوری را نسبت به زمان انتگرال می گیرد تا حجم های ریوی مورد نظر را بدست آورد این نسل از اسپیرومترها قابل کارکرد با مکانیزم های مختلفی می باشند :
۱- اسپیرومترهای فلوتایپ دارای سنسور فشار
۲- نوع MASS FLOW که جریان الکتریکی رادر یک سیم داغ اندازه میگیرند .
۳- اسپیرومترهای توربینی
۴- اسپیرومترهای التراسونیک
قبل از اندازه گیری هوای بازدم اکثر اسپیرومترهای فلوتایپ ابتدا گرادیان فشار ( یا هر سیگنال دیگر ) که قبل از دمیدن هوا به داخل سنسور وجود دارد را اندازه میگیرد . در هنگام صفر کردن سنسور افت فشار( یا هر سیگنال دیگر ) که مربوط به فقدان جریان هواست ثبت میشود . که در تنظیمات منحنی کالیبراسیون مورد استفاده قرار میگیرد . خطا زمانی اتفاق می افتد که مبدل الکترونیکی به طور نادرست یک گرادیان فشار (یا هر سیگنال دیگر) را در موقعی که هیچ هوایی به سنسورداده نمی شود اندازه می گیرد، در این صورت منحنی کالیبراسیون به سمت بالا شیفت داده می شود و مقدار جریان هوا به صورت نادرست محاسبه می شود
انسداد سنسور :
در اسپیرومترهای فلو تایپ ممکن است برای هر فرد از یک سنسور جداگانه استفاده شود و یا اینکه از یک سنسور ثابت استفاده میشود و فیلترهای آنتی باکتریال برای هرفرد جداگانه روی سنسور قرار می گیرد . تکرار مداوم در استفاده از سنسور می تواند باعث گرفتگی آن شود .
بخار آب بازدمی یا ترشحات دهانی می تواند روی سنسور متراکم شود یا اینکه قرار گرفتن انگشتان فرد مقابل سنسور می تواند به طور نسبی جریان هوای عبوری از آن را مسدود کند . در مورد یک مبدل دیفرانسیلی فشار ، این گرفتگی سبب افت فشار روی المنت مقاومتی می شود وقتی المنت مقاومتی بطور نسبی مسدود می شود، افت فشار اندازه گیری شده در المنت مقاومتی در هنگام بازدم به مقدار زیادی افزایش می یابد. افزایش افت فشار با افزایش فلوی اندازه گیری شده رابطه مستقیم دارد و این فلوها وقتی در واحد زمان جمع زده شوند حجم را تشکیل می دهند.
