Technische beoordeling van een longsimulator en draagbare office spirometers

Universiteit Gent Faculteit Ingenieurswetenschappen Vakgroep Cardiovascular Mechanics and Biofluid Dynamics Research Unit, IBiTech Voorzitter: Prof. dr. ir. P. Verdonck Technische beoordeling van een longsimulator en draagbare office spirometers door Promotoren: Prof. dr. ir. P. Verdonck Prof. dr. E. Derom Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van burgerlijk werktuigkundig elektrotechnisch ingenieur optie biomedische ingenieurstechnieken Academiejaar 2006-2007

Voorwoord De opleiding burgerlijk ingenieur wordt traditioneel afgesloten door een masterscriptie. Een werk van zoeken, meten, verklaren en samenvatten wordt gesynthetiseerd in dit finaal document. Vanuit ons interessegebied kozen wij een biomedisch gericht onderwerp. De combinatie van onderzoek in verband met het menselijk lichaam, het technische aspect van de longsimulator en de interdisciplinaire samenwerking maakten van deze scriptie een aantrekkelijk geheel. Graag zouden wij onze promotoren prof. dr. ir. P. Verdonck en prof. dr. E. Derom bedanken voor de voortdurende stimulans gedurende het hele proces gaande van literatuurstudie over effectieve metingen tot de verwerking van de resultaten. De begeleiding was een gezonde mix van grote interesse in het onderzoeksdomein en het streven naar duidelijkheid en overzicht. Ook richten wij speciaal een woord van dank tot prof. dr. G. Liistro van de UCL voor de uitgebreide ondersteuning, het delen van zijn expertise in het onderzoeksdomein en het aanreiken van de office spirometers. Daarnaast verdient ook Clara Ionescu een speciale vermelding voor de immer kritische noot. Wij bedanken ook graag Robert Moens van Medical Electronic Construction en zijn werknemers voor het ter beschikking stellen van de longsimulator en de overige meetapparatuur. We stellen hun geduld, gastvrijheid en meedenken tijdens de vele meetsessies erg op prijs, in het bijzonder de zeer gewaardeerde assistentie van Jean-Yves Moens. Een laatste dankwoord gaat uit naar iedereen die op één of andere manier heeft bijgedragen tot de voltooiing van deze scriptie: onze familie, medestudenten, vrienden en vriendinnen, lectoren van de tekst, kortom iedereen die ons is blijven steunen door het scriptielabeur heen! Dank U! Met de resultaten van deel I van deze scriptie (beoordeling van de longsimulator) werden abstracts ingediend bij de Belgische Vereniging voor Pneumologie en de European Respiratory Society. Beide abstracts werden aanvaard en op 5 mei 2007 presenteerden we een deel van ons werk op de GSK award. Onze poster kan teruggevonden worden in bijlage D. i

Toelating tot bruikleen De auteurs geven de toelating deze scriptie voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de scriptie te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze scriptie. Op datum van 26 juni 2007. Yannick Lips Bart Vanclooster ii

Technische beoordeling van een longsimulator en draagbare office spirometers door Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van burgerlijk werktuigkundig elektrotechnisch ingenieur optie biomedische ingenieurstechnieken. Academiejaar 2006-2007 Promotoren: Prof. dr. ir. P. Verdonck IBiTech Faculteit Ingenieurswetenschappen Universiteit Gent Prof. dr. E. Derom Inwendige ziekten, pneumologie Faculteit Geneeskunde en Gezondheidswetenschappen Universiteit Gent Samenvatting Spirometrietesten werden traditioneel enkel uitgevoerd in ziekenhuizen. Daar de toestellen steeds kleiner werden met de ontwikkeling van draagbare office spirometers tot gevolg, wordt een longfunctieonderzoek bij de huisarts mogelijk. In dit afstudeerwerk wordt de nauwkeurigheid van zeven dergelijke toestellen onderzocht. Om deze beoordeling uit te voeren, wordt gebruik gemaakt van een longsimulator. In deel I van deze scriptie wordt gestart met een kort overzicht van de longfunctie en de meest courante technieken in de spirometrie. Daarna wordt de ijking van de meettoestellen bekeken en de longsimulator beoordeeld. Er wordt aangetoond dat dit toestel heel reproduceerbaar, maar niet altijd nauwkeurig is. Deel II van dit afstudeerwerk beoordeelt de zeven draagbare office spirometers door de longsimulator ademhalingspatronen te laten genereren. De parameters van deze patronen worden berekend uit metingen met geijkte Fleisch pneumotachografen en de resultaten worden vergeleken met de metingen van de office spirometers. De testen worden uitgevoerd met warme verzadigde lucht. Geen enkele spirometer slaagt erin alle parameters nauwkeurig te meten. Trefwoorden: longsimulator, draagbare office spirometer, Fleisch pneumotachograaf, nauwkeurigheid, reproduceerbaarheid iii

Extended abstract iv

v

Inhoudstafel Voorwoord...i Toelating tot bruikleen... ii Extended abstract... iv Inhoudstafel... vi Tabel met afkortingen...1 Inleiding...2 I. Beoordeling van een longsimulator...4 1. De longen...4 1.1. Het ademhalingsstelsel...4 1.1.1. De structuur...4 1.1.2. Het bloed...6 1.1.3. Het lymfatisch stelsel...6 1.2. De ademhaling...8 1.3. De werking van de longen...9 1.3.1. De longventilatie...9 1.3.2. De gasuitwisseling...9 1.3.3. Longvolumes...10 2. Spirometrie...11 2.1. Doel...11 2.2. Het Forced Vital Capacity manoeuvre...11 2.2.1. De test...11 2.3. Standaardisatie van spirometrie...13 2.3.1. Technische vereisten van een spirometer...14 2.3.2. Vereisten voor de weergave...14 2.3.3. Kwaliteitscontrole van een spirometer...14 2.3.4. Richtlijnen voor het uitvoeren van een FVC-manoeuvre....15 2.3.5. Evaluatie van het FVC-manoeuvre...16 a. De start van de test...16 b. Het einde van de test...17 2.3.6. Evaluatie tussen verschillende FVC-manoeuvres...17 2.3.7. Peak Expiratory Flow...18 2.3.8. ATS curven: testsignalen...18 a. Forced Vital Capacity (FVC)...18 b. Peak Expiratory Flow (PEF)...20 2.4. Foute testen...21 2.5. Interpretatie van de metingen...22 3. Benodigde eigenschappen van een longsimulator...24 vi

4. De Hans Rudolph longsimulator (1120 series)...25 4.1. Bouw...25 4.2. Software...26 4.3. Andere functies...26 4.4. WILAmed: PMC R500...27 5. De meetapparatuur...28 5.1. De Fleisch pneumotachografen...28 5.1.1. Het meetprincipe...28 5.1.2. Toestelbeschrijving...28 5.2. De ijking en nauwkeurigheid van de pneumotachografen...31 5.2.1. IJking door de fabrikant...31 5.2.2. IJking door het von Karman Instituut...33 a. Het meetprincipe...33 b. Vergelijking ijking door de fabrikant en door het von Karman Instituut...34 5.2.3. IJking door middel van referentiespuiten...35 5.2.4. IJking door volumecontrole...36 a. Het meetprincipe...36 b. Vergelijking ijking door de fabrikant en door het von Karman Instituut...36 5.2.5. IJking door het von Karman Instituut (deel 2)...38 a. Het meetprincipe...39 b. Finale ijkwaarden...42 c. Extra elementen...44 5.2.6. Lineariteit van de pneumotachografen...44 5.3. Druktransducer...47 6. Beoordeling van de Hans Rudolph longsimulator...48 6.1. Beoordelingswijze...48 6.2. Constante debieten...48 6.2.1. Nauwkeurigheid...48 6.2.2. Reproduceerbaarheid...54 6.3. PEF van ATS curven...56 6.3.1. Nauwkeurigheid...56 6.3.2. Reproduceerbaarheid...57 6.4. PEF van patiëntspecifieke curven...57 6.4.1. Nauwkeurigheid...58 6.4.2. Reproduceerbaarheid...59 6.5. 24 ATS volume-tijd curven...59 6.5.1. Forced Vital Capacity (FVC)...61 6.5.2. Forced Expiratory Volume after one second (FEV 1 )...65 6.5.3. Peak Expiratory Flow (PEF)...70 6.5.4. Forced Expiratory Flow (FEF 25-75 )...74 6.6. Temperatuurscontrole en de bevochtigingsfunctie...77 6.6.1. Het verwarmingselement rond de cilinder...77 6.6.2. Het bevochtigen van de lucht...78 a. Koude lucht + ultrasone bevochtiger...78 b. Externe bevochtiger...78 6.6.3. Metingen en conclusie...78 7. Conclusie...80 vii

II. Beoordeling van draagbare office spirometers...81 1. Evolutie van de spirometrie...81 1.1. Geschiedenis...81 1.1.1. Volume spirometers...83 a. Waterklok...83 b. Rolling seal spirometer...83 1.1.2. Debiet spirometers...83 a. Kleine turbine...84 b. Hete draad anemometer...84 c. Ultrasoon...85 d. Pneumotachograaf: type Fleisch...85 e. Pneumotachograaf: type Lilly...86 1.2. Spirometrie in de praktijk...86 1.3. Reglementering en normen voor medische elektrische apparatuur...87 1.3.1. CE-markering...87 1.3.2. ISO 9001:2000...88 1.3.3. ISO 13485:2003...89 1.3.4. IEC 60601...89 2. Geteste draagbare office spirometers...90 2.1. One Flow FVC...90 2.1.1. Bouw en werking...90 2.1.2. Functionaliteiten...90 2.1.3. Gebruikswijze...91 2.1.4. Hygiëne...91 2.2. One Flow FEV 6...92 2.2.1. Bouw en werking...92 2.2.2. Functionaliteiten...92 2.2.3. Gebruikswijze...92 2.2.4. Hygiëne...92 2.3. Spirobank II...93 2.3.1. Bouw en werking...93 2.3.2. Functionaliteiten...93 2.3.3. Gebruikswijze...94 2.3.4. Hygiëne...94 2.4. SpiroCard...94 2.4.1. Bouw en werking...94 2.4.2. Functionaliteiten...95 2.4.3. Gebruikswijze...96 2.4.4. Hygiëne...96 2.5. Pocket-Spiro BT100...96 2.5.1. Bouw en werking...96 2.5.2. Functionaliteiten...97 2.5.3. Gebruikswijze...97 2.5.4. Hygiëne...97 2.6. Pneumotrac...97 2.6.1. Bouw en werking...97 2.6.2. Functionaliteiten...98 2.6.3. Gebruikswijze...98 2.6.4. Hygiëne...99 viii

2.7. SpiroUSB...99 2.7.1. Bouw en werking...99 2.7.2. Functionaliteiten...100 2.7.3. Gebruikswijze...100 2.7.4. Hygiëne...100 3. De testprocedure...101 3.1. Een volume opmeten...101 3.1.1. Meting van 3 liter geleverd met een referentiespuit...101 3.1.2. Interpretatie van gemeten volumes: BTPS-correcties...101 3.2. FVC-manoeuvres opmeten...102 3.3. Interpretatie van de metingen...102 3.3.1. De referentiemetingen...103 3.3.2. Toleranties van de spirometerfabrikanten...105 3.3.3. Absolute afwijking van de spirometer...105 4. Resultaten van de geteste draagbare office spirometers...106 4.1. One Flow FVC...106 4.1.1. Meting van 3 liter geleverd met een referentiespuit...106 4.1.2. Voldoet de One Flow FVC aan de eigen toleranties?...106 4.2. One Flow FEV 6...107 4.2.1. Meting van 3 liter geleverd met een referentiespuit...107 4.2.2. Voldoet de One Flow FEV 6 aan de eigen toleranties?...107 4.3. Spirobank II...107 4.3.1. Meting van 3 liter geleverd met een referentiespuit...107 4.3.2. Voldoet de Spirobank II aan de eigen toleranties?...108 4.4. SpiroCard...108 4.4.1. Meting van 3 liter geleverd met een referentiespuit...108 4.4.2. Voldoet de SpiroCard aan de eigen toleranties?...108 4.5. Pocket-Spiro BT100...109 4.5.1. Meting van 3 liter geleverd met een referentiespuit...109 4.5.2. Voldoet de Pocket-Spiro BT100 aan de eigen toleranties?...109 4.6. Pneumotrac...110 4.6.1. Meting van 3 liter geleverd met een referentiespuit...110 4.6.2. Voldoet de Pneumotrac aan de eigen toleranties?...110 4.7. SpiroUSB...111 4.7.1. Meting van 3 liter geleverd met een referentiespuit...111 4.7.2. Voldoet de SpiroUSB aan de eigen toleranties?...111 4.8. De spirometers onderling vergeleken...111 4.9. Discussie...119 5. Conclusie...123 5.1. One Flow FVC...123 5.2. One Flow FEV 6...123 5.3. Spirobank II...123 5.4. SpiroCard...124 5.5. Pocket-Spiro BT100...124 5.6. Pneumotrac...124 5.7. SpiroUSB...125 5.8. Rangschikking...125 ix

Nawoord...126 1. Tot zover het studeren...126 2. Terugblik op het T-woord...126 Afbeeldingen-, grafieken- en tabellenlijst...127 Referenties...130 Bijlagen...133 x

Tabel met afkortingen Afkorting ATP ATPS ATS BTPS COPD ERS FEF 25 FEF 50 FEF 75 FEF 25-75 FEV 1 FEV 6 FVC IEC ISO PEF Ambient Temperature and Pressure Omgevingstemperatuur en omgevingsdruk. Beschrijving Ambient Temperature and Pressure, Saturated with water vapour Omgevingstemperatuur en druk, verzadigd met waterdamp. American Thoracic Society. Body Temperature, ambient Pressure and Saturated with water vapour Lichaamstemperatuur en omgevingsdruk, verzadigd met waterdamp. Chronic obstructive pulmonary disease. European Respiratory Society. Het debiet wanneer 25% van de totale FVC is uitgeademd. Het debiet wanneer 50% van de totale FVC is uitgeademd. Het debiet wanneer 75% van de totale FVC is uitgeademd. Het gemiddelde debiet tussen 25% en 75% van de FVC; wordt ook wel MMEF, maximaal mid-expiratoir debiet, genoemd. Forced Expiratory Volume after 1 second. Geforceerd expiratoir volume in 1 seconde. Dit is de maximale hoeveelheid gas die na maximale inspiratie kan worden uitgeademd in de eerste seconde na het begin van de uitademing. Forced Expiratory Volume after 6 seconds. Geforceerd expiratoir volume in 6 seconden. Dit is de maximale hoeveelheid gas die na maximale inspiratie kan worden uitgeademd in de eerste zes seconden na het begin van de uitademing. Forced Vital Capacity. Geforceerd expiratoir volume: de maximale hoeveelheid gas die na maximale inspiratie kan worden uitgeademd. International Electrotechnical Commision. International Organization for Standardization. Peak Expiratory Flow Expiratoire piekstroom: het maximale debiet dat tijdens een maximaal geforceerde expiratie bereikt wordt. 1

Inleiding Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is een verzamelnaam voor een aantal obstructieve longaandoeningen waaronder chronische bronchitis en longemfyseem. Deze longziekte is één van de belangrijkste doodsoorzaken in de eerste wereld en wordt voornamelijk waargenomen bij rokers 7. Volgens cijfers van de World Health Organization (WHO) 28 lijden 80 miljoen mensen aan een gemiddeld tot ernstige vorm van COPD en in 2005 stierven 3 miljoen mensen ten gevolge van COPD. In 2002 was het de vijfde doodsoorzaak in de wereld en verwacht wordt dat het totaal aantal slachtoffers zal toenemen met 30% in de komende 10 jaar. Hierdoor zou COPD in 2030 de vierde plaats innemen op de lijst van belangrijkste doodsoorzaken wereldwijd. Onderstaande afbeelding 1-1 geeft een overzicht van het aantal slachtoffers ten gevolgde van COPD in Europa. passief) 7 Afbeelding 1-1: Mortaliteit ten gevolge van COPD in Europa. bron: www.oecd.org De hoofdoorzaken van deze aandoening liggen voornamelijk bij het roken (zowel actief als maar ook luchtvervuiling, blootstelling aan stof en chemicaliën worden aangewezen als oorzaken 28,29. Tot nu toe werd bewezen dat stoppen met roken de enige behandeling is die verlies aan longfunctie kan tegenhouden 8. Het grootste probleem bij de detectie van COPD blijft dat rokers zelden klagen, zelfs wanneer zij lijden aan kortademigheid 7. Desondanks kunnen longfunctiewijzigingen reeds meer dan 10 jaar voor het optreden van kortademigheid gedetecteerd worden 8. Een studie uitgevoerd door Halbert et al. 9 wijst op een prevalentie voor COPD van 9 à 10% bij volwassenen ouder dan 40 jaar. 2

Een studie van Buffels et al. 10 wijst op een mogelijke verdubbeling van het aantal gekende COPD patiënten wanneer huisartsen gaan screenen met behulp van draagbare office spirometers. Ook een studie uitgevoerd door Walker et al. 11 wijst op een toename in het aantal COPD diagnoses bij gebruik van office spirometers. Verschillende instanties zijn zich bewust van deze studies en de nood aan sensibilisering en case finding bij de bevolking. Op 18 mei 2007 werd een koninklijk besluit gepubliceerd in het staatsblad met betrekking tot de terugbetaling van spirometrie-onderzoeken uitgevoerd door de huisarts 30. Hieraan worden een aantal voorwaarden gekoppeld: de debiet-volume curve en de volume-tijd curve moeten bijgehouden worden en het toestel moet meetwaarden geven voor FVC, FEV 1 en FVC/FEV 1 (Tiffeneau-index). In Nederland bestaat al langer een tussenkomst door de sociale zekerheid 31. Daarnaast werd dit jaar reeds de derde nationale spirometriedag georganiseerd door de Belgische vereniging voor pneumologie 32 in samenwerking met privé-partners. Er bestaat ook een internationale spirometriedag 33 om de problematiek onder de aandacht te brengen. Opdat deze vroege diagnose mogelijk zou zijn, dienen de huisartsen te beschikken over afdoende apparatuur ter ondersteuning, de zogenaamde draagbare office spirometers. Reeds vele producenten brengen dergelijke toestellen op de markt terwijl slechts enkele studies verricht werden naar de kwaliteit ervan. Gewoonlijk steunen deze studies op een vergelijking van de draagbare office spirometer met een standaard spirometer zoals die voor handen is in een ziekenhuis 10-13. Daarnaast is er een recent verschenen studie in Chest, uitgevoerd door Liistro et al. 7 waarbij 10 draagbare spirometers met elkaar en met een standaard spirometer vergeleken werden. Hierbij werden de technische en functionele eigenschappen van deze toestellen bekeken. Men besluit dat sommige draagbare office spirometers in staat zijn om COPD te detecteren hoewel sommige apparaten aanleiding kunnen geven tot een misclassificatie. Belangrijk is dat deze studie tot stand is gekomen door de toestellen te gebruiken bij patiënten die allen een intrinsieke variabiliteit bezitten in hun ademhaling en FVC-manoeuvres. Idealiter wordt gebruik gemaakt van een toestel dat deze variabiliteit opheft door ademhalingspatronen nauwkeurig en reproduceerbaar te genereren, een longsimulator. De Amerikaanse firma Hans Rudolph Inc. ontwierp zo een toestel. In dit afstudeerwerk worden de prestaties van de Hans Rudolph Flow/Volume Simulator Series 1120 beoordeeld naar nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid. In een tweede luik van deze scriptie wordt een beoordeling gemaakt van zeven draagbare office spirometers door gebruik te maken van deze longsimulator. 3

I. B e o o r d e l i n g v a n e e n l o n g s i m u l a t o r 1. D E L O N G E N 1.1. Het ademhalingsstelsel 1.1.1. De structuur De ademhaling is één van de meest cruciale functies van het menselijk lichaam. Overleven zonder zuurstof is slechts enkele minuten mogelijk. Deze essentiële taak wordt uitgevoerd door het ademhalingsstelsel met als belangrijkste orgaan de longen, ondersteund door de ademhalingsspieren. De lucht bereikt de longen niet onmiddellijk. We nemen de lucht binnen via de neus of de mond die verbonden zijn met de keelholte. In deze delen wordt de lucht verwarmd en bevochtigd om dan zijn weg te vervolgen door de larynx (strottenhoofd) en de trachea (luchtpijp). De luchtpijp splitst zich op in twee hoofdluchtpijptakken. De linkerhoofdluchtpijptak splitst in twee secundaire bronchi en de rechterhoofdluchtpijptak splitst in drie secundaire bronchi. Op basis van deze secundaire bronchi kan men de long onderverdelen in vijf lobben (twee links, drie rechts). Door verdere vertakkingen ontstaan acht tertiaire bronchi in de linkerlong en tien tertiaire bronchi in de rechterlong. Elk van deze tertiaire bronchi is verantwoordelijk voor de luchtvoorziening van een segment van de longen. Er zijn dus acht segmenten in de linkerlong en tien in de rechterlong, deze segmenten zijn van elkaar gescheiden door een laag bindweefsel. Door deze structuur kan een segment chirurgisch weggenomen worden zonder de overige segmenten te beïnvloeden. De tertiaire bronchi vertakken vele malen tot primaire bronchioli die op hun beurt opsplitsen in verscheidene terminale bronchioli. De terminale bronchioli vertakken dan nog verder tot ademhalingsbronchioli. Deze laatste voorzien dan de alveolaire buisjes van lucht. Met elk alveolair buisje zijn dan nog vijf tot zes alveoli (longblaasjes) verbonden. De trachea en de bronchi bevatten kraakbeen om de kanalen van een stevige structuur te voorzien. Vanaf de bronchioli vermindert het gehalte kraakbeen sterk en het is zelfs volledig verdwenen in de kleinste terminale bronchioli. Daarnaast gaat een toename van gladde spiercellen gepaard met de daling in het gehalte kraakbeen. In het totaal splitst de trachea 23 maal op waarbij de eerste 16 verdelingen een transportzone vormen voor de ademhalingsgassen. De overblijvende zeven verdelingen vormen een overgangs- en ademhalingszone waar gasuitwisseling plaatsvindt. Dit gebeurt in de ademhalingsbronchioli, de alveolaire buisjes en de alveoli. Een gevolg van deze vele opsplitsingen is dat het totale beschikbare oppervlak voor gasuitwisseling sterk vergroot, en dat de snelheid van de lucht in de alveoli heel laag is. Afbeelding 1-1 geeft een overzicht van de afgelegde weg van de ademhalingsgassen. 4

Afbeelding 1-1: Het ademhalingsstelsel. bron: The Mc Graw-Hill Companies In tabel 1-1 worden de verschillende diameters weergegeven van de vertakkingen van de trachea tot de alveoli. De totale oppervlakte van de doorsnede van de luchtwegen stijgt zeer snel. In de trachea bedraagt deze 2,5 cm² en vergroot door de vele opsplitsingen tot een totaal van ongeveer 11800 cm² in de alveoli. Afbeelding 1-2 toont deze sterke stijging in oppervlakte in functie van het aantal opsplitsingen van de luchtwegen. Tabel 1-1: De longvertakkingen 34. 5

Afbeelding 1-2: Oppervlakte van luchtwegendoorsnede 2. In de alveoli gebeurt de gasuitwisseling met het bloed door middel van diffusie doorheen het alveolair epitheelweefsel dat op sommige plaatsen slechts 0,5 µm dik is. Dit erg dunne weefsel en het grote contactoppervlak (ongeveer 1 m² per kg lichaamsgewicht) zorgen voor een optimale gasuitwisseling tussen de lucht in de alveoli en de rode bloedcellen in de longcapillairen. 1.1.2. Het bloed Het merendeel van het bloed dat in de longen aanwezig is, wordt aangevoerd via de longslagaders. Deze slagaders vertakken tot een netwerk van kleine capillairen die rond de alveoli liggen. Wanneer het bloed verrijkt is met zuurstof, vloeit het terug via de longaders naar het linker atrium van het hart. Net zoals elke cel in het lichaam hebben ook de longen bloed nodig om te functioneren. Dit bloed wordt aangevoerd door de bronchiënslagader waar het met behulp van vertakkingen de bronchiën van bloed voorziet. 1.1.3. Het lymfatisch stelsel Door het gehele lichaam bestaat een uitgebreid netwerk van lymfevaten en -klieren. De vaten ontstaan uit een netwerk van minuscule vaatjes die gelegen zijn in het interstitium en rond de capillairen. Deze initiële lymfevaten versmelten tot grotere die dan op hun beurt onderbroken worden door lymfeklieren. Al deze vaten eindigen uiteindelijk in een tweetal verzamelplaatsen: de ductus lymfaticus dexter en de ductus lymfaticus thoracicus. Deze deponeren de lymfe in de bloedbaan, respectievelijk in de vena brachiochephalica sinister en de vena cava superior. Lymfe is het ultrafiltraat van bloedplasma en bevat water, elektrolyten en eiwitten. Het bestaat uit cellulaire elementen, voornamelijk lymfocyten, maar ook rode bloedcellen en macrofagen komen voor. De belangrijkste functie van het lymfesysteem is de afvoer van vocht, eiwitten en cellulaire elementen uit weefsels naar de bloedcirculatie. Zo wordt er dagelijks van de twintig liter interstitieel vocht achttien liter afgevoerd via het veneus systeem en twee liter via het lymfatisch systeem. Ongeveer de helft van 6

alle plasma-eiwitten wordt zo iedere dag gerecirculeerd. Een andere belangrijke taak is het aanmaken van antistoffen door de lymfocyten, die bacteriën of andere schadelijke lichaamsvreemde stoffen bestrijden. Ze worden in de lymfeklieren die fungeren als filterstation, gevangen en door fagocytose vernietigd. Lymfecapillairen hebben een diameter van 10 tot 50 µm en bestaan uit een enkele laag van endotheelcellen met een discontinue basaalmembraan. Dankzij dit membraan is er uitwisseling mogelijk van bloedcellen, andere bloedproducten en lichaamsvreemde stoffen tussen de verschillende capillairen (lymfe en bloed) en het interstitium. Er zijn ook gedeeltes in de capillairen waar de endotheelcellen elkaar overlappen en zo kleppen vormen. Deze kleppen hebben openingen van 10 tot 25 nm groot in een normale fysiologische situatie, zodat instroom van kleine partikeltjes mogelijk is. De vulling van de lymfecapillairen kan worden verklaard door de osmotische gradiënt en door fluctuerende intraluminale druk. Lymfeformatie, actieve contracties en externe druk genereren lymfestroom. De lymfe stroomt slechts in één richting door de aanwezigheid van kleppen in de verzamellymfevaten. Peristaltiek treedt op door contracties van longitudinale en circulaire lagen van glad spierweefsel in de media van verzamellymfevaten met een frequentie van 10 tot 15 keer per minuut. De peristaltiek wordt gereguleerd door vullingsdruk, humorale mediatoren en neurale mechanismen. Aanhoudende externe druk vermindert de lymfestroom maar intermitterende externe druk heeft een stimulerend effect. Een overzicht van de lymfekanalen in de longen wordt gegeven in afbeelding 1-3. Afbeelding 1-3: Structuur van de long 2. TB: terminale bronchiolus RB: ademhalingsbronchiolus AD: alveolair buisje A: alveolus 7

1.2. De ademhaling De longen zorgen ervoor dat de cellen in ons lichaam voortdurend van zuurstof voorzien worden om hun functies uit te voeren. Naast het leveren van zuurstof zorgen de longen ook voor de diffusie van koolstofdioxide, een afvalproduct van ons lichaam. Ademhaling is de verzamelnaam voor een geheel van vier processen (zie afbeelding 1-4). Deze vier processen zijn: Longventilatie: dit proces zorgt voor een voortdurende verversing van de lucht in de luchtzakjes van de longen; de alveoli. Externe ademhaling: de gasuitwisseling in de alveoli waarbij zuurstof uit de ingeademde lucht opgenomen wordt door het bloed. Dit verloopt via een diffusieproces. Transport van ademhalingsgassen: zowel de opgenomen zuurstof als de uitgescheiden CO 2 worden getransporteerd tussen de longen en de lichaamscellen door het bloed. Interne ademhaling: in deze laatste fase is er dan een nieuwe gasuitwisseling, ditmaal tussen het bloed en de lichaamscellen. Longventilatie Externe ademhaling Transport van ademhalingsgassen Interne ademhaling Afbeelding 1-4: De ademhalingsprocessen geïllustreerd a.d.h.v. de gasuitwisseling 2. (bijhorende partieeldrukken in mmhg) Het is hier niet de bedoeling om de volledige werking van de longen te bespreken, toch is het interessant om enkele basisprincipes van ons ademhalingssysteem onder de loep te nemen. In de volgende paragraaf wordt vooral de longventilatie bekeken. 8

1.3. De werking van de longen 1.3.1. De longventilatie Een longventilatiecyclus bestaat uit 2 fasen: een in- en uitademing. Gedurende de inademing vloeit lucht naar de longen, terwijl gedurende de uitademing gassen de longen verlaten. De inademing is het actieve deel van de longventilatie. De drijvende factor is het middenrif dat samentrekt, waardoor het naar beneden beweegt en op die manier de borstholte vergroot. Dit wordt nog versterkt door de uitwendige tussenribspieren die de ribbenkast opwaarts en zijwaarts doen bewegen. Aangezien de longen en de wand van de borstholte slechts door een dun laagje pleuraal vocht gescheiden zijn, glijdt de long gemakkelijk over de wand van de borstholte zonder dat het contact verloren gaat. Wanneer dan de borstholte vergroot, vergroot ook het volume in de longen. Een vergroot longvolume genereert een lichte onderdruk waardoor lucht wordt aangezogen. Deze aanzuiging blijft duren tot de druk in de longen gelijk wordt aan de atmosferische druk wat meteen ook het einde van de inademing aanduidt. De uitademing is het passieve deel van de longventilatie omdat geen enkele spier die de borstholte verkleint, samentrekt. Wanneer het middenrif ontspant, beweegt dit omhoog naar de oorspronkelijke positie waardoor de borstholte verkleint. Dit wordt ondersteund door het ontspannen van de uitwendige tussenribspieren, waardoor de ribbenkast terug naar haar oorspronkelijke positie zakt onder invloed van de zwaartekracht. Deze beide bewegingen zorgen voor een verkleining van de borstholte en bijgevolg stijgt de druk in de longen waardoor we uitademen. Het is echter ook mogelijk geforceerd actief uit te ademen. Hierbij trekken de spieren in de buikwand samen waardoor het diafragma omhoog beweegt en dus de borstholte verkleint. Dit kan eventueel nog versterkt worden door de interne tussenribspieren en de elastische retractiekracht van de long die de borstkast naar beneden trekken. 1.3.2. De gasuitwisseling Het bloed stroomt via de longslagaders naar de longen en keert terug naar het hart via de longaders. Hierbij heeft het ongeveer 0,75 seconden nodig om door de longcapillairen te stromen. In die korte tijd moet ook de gasuitwisseling plaatsvinden. Deze uitwisseling gebeurt door diffusie. Dit is een passief proces waarbij twee ongelijksoortige vloeistoffen, gassen of warmte met elkaar mengen onder invloed van een concentratieverschil. Het bloed afkomstig van de longslagader (zuurstofarm) bevat meer CO 2 dan de verse lucht in de longen. CO 2 diffundeert vanuit het bloed naar de ingeademde lucht in de alveoli. Tegelijkertijd worden zuurstofmoleculen opgenomen in het bloed. Hoe groter het concentratieverschil, hoe sneller de diffusie verloopt. Of gassen een evenwicht bereiken met het stromend bloed in de alveoli hangt volledig af van de reactietijd van het gas met bloed. Het gas N 2 O bereikt een evenwicht met bloed in 0,1 s en de hoeveelheid opgenomen N 2 O is dus niet afhankelijk van de diffusie maar van de hoeveelheid bloed 9

die door de alveoli stroomt. Dit noemt men stromingsgelimiteerde diffusie. Wanneer er echter nog geen evenwicht bereikt wordt in die 0,75 seconden, wordt de interactie volledig bepaald door de diffusie. Men noemt dit diffusiegelimiteerde diffusie. Een voorbeeld hiervan is CO. Zuurstof ligt qua reactiesnelheid tussen deze twee gassen en wordt opgenomen door hemoglobine. Het heeft ongeveer 0,3 seconden nodig om een evenwicht met het capillaire bloed te bereiken en is dus ook stromingsgelimiteerd. 1.3.3. Longvolumes De ademhaling is niet altijd gelijk. Wanneer we slapen hebben we een rustige ademhaling terwijl bij het sporten de ademhaling heel wat intensiever is. De volumes lucht die in- en uitgeademd worden zijn dan uiteraard verschillend. Er wordt daarom een fundamentele opdeling van het maximale longvolume gemaakt in verschillende longvolumes en capaciteiten. Tijdens een ademhaling wordt nooit het volledige volume lucht in de longen uitgeademd. Zelfs bij een geforceerde uitademing is er steeds een volume lucht dat in de longen achterblijft. Dit volume noemt men het residueel volume. Uiteraard is het zo dat het volume lucht dat achterblijft in de longen bij een gewone ademhaling groter is dan bij een geforceerde uitademing. Dit groter volume noemt men de functionele residuele capaciteit. Deze capaciteit is de som van het residueel volume en het expiratoire reservevolume waarbij dit laatste volume het volume is dat extra kan uitgeademd worden na een gewone uitademing. Het teugvolume is dan het gasvolume dat in- en uitgeademd wordt bij een normale ademhaling. Analoog aan het expiratoire reservevolume is het inspiratoire reservevolume; het maximale gasvolume dat nog kan worden ingeademd na een normale inademing in rust. Aansluitend is er de inspiratoire capaciteit. Dit is het maximaal gasvolume dat een individu kan inademen vanaf het niveau van de expiratoire rusttoestand die volgt op een normale uitademing. Als laatste is er nog de vitale capaciteit. Dit is het maximale gasvolume dat men kan uitademen na een volledige inademing. Dit is dan meteen ook de som van de inspiratoire capaciteit en het expiratoire reservevolume. Afbeelding 1-5 stelt deze verschillende longvolumes grafisch voor. Residueel volume Expiratoire reservevolume Teugvolume Inspiratoire reservevolume Functionele residuele capaciteit Vitale capaciteit Inspiratoire capaciteit Referenties: 1-3, 16, 17, 34 Afbeelding 1-5: De longvolumes en capaciteiten. 10

2. S P I R O M E T R I E 2.1. Doel Een hele reeks testen werden ontwikkeld om meer informatie te krijgen over de longfunctie van een patiënt. Belangrijk zijn de efficiëntie bij de gasuitwisseling met het bloed en natuurlijk het proces van in- en uitademen. Spirometrie vormt een onderdeel binnen de groep longfunctietesten en concentreert zich vooral op ademhaling. Zowel het volume dat in- en uitgeademd wordt als de snelheid waarmee dit gebeurt zijn belangrijke parameters bij een diagnosestelling. Vroeger maakte men gebruik van een test die de naam Maximum Voluntary Ventilation (maximale vrijwillige ventilatie) draagt. Hierbij moet de patiënt gedurende 12 seconden volledig en heel snel in- en uitademen in de spirometer. Deze test is echter zeer vermoeiend voor de patiënt en soms zelfs gevaarlijk. Daarom wordt deze test nog zelden uitgevoerd. Een tweede test wordt benoemd als de Trage Vitale Capaciteit. Hierbij wordt de patiënt gevraagd een aantal normale ademcycli te doen alvorens de longen volledig te vullen. Vervolgens blaast de patiënt langzaam uit tot maximale uitademing. Het verschil tussen het hoogste en het laagste opgemeten volume is de vitale capaciteit. Dit wordt in onderstaande afbeelding 2-1 aangeduid met de letters VC. De Y-as geeft het volume dat in- en uitgeademd wordt weer. Afbeelding 2-1: Verloop van een trage vitale capaciteitstest. Een derde spirometertest en de belangrijkste is het Forced Vital Capacity manoeuvre. Vanwege zijn belang wordt deze test apart besproken in de volgende paragraaf. 2.2. Het Forced Vital Capacity manoeuvre 2.2.1. De test Bij deze test wordt de patiënt gevraagd om rustig in en uit te ademen in de spirometer. Daarna ademt de patiënt maximaal diep in vanaf zijn functionele reservecapaciteit, om vervolgens zo krachtig mogelijk alle aangezogen lucht uit te blazen. Belangrijk hierbij is dat de patiënt zijn krachtige 11

uitademing zo lang mogelijk blijft doorzetten. De forced vital capacity (geforceerde vitale capaciteit; FVC) is dan de volumeverandering van de long tussen de maximale inademing en uitademing. Het verloop van het volume in de longen over de tijd bij deze test wordt in onderstaande afbeelding 2-2 weergegeven. De afkortingen staan voor: TLC FRC RV TV IRV ERV IC FVC Totale longcapaciteit Functionele reservecapaciteit Restvolume Teugvolume Inadem reserve volume Uitadem reserve volume Inademcapaciteit Geforceerde vitale capaciteit Afbeelding 2-2: Verloop van een FVC-manoeuvre. Tijdens de test wordt ofwel het volume (eenheid liter) ofwel het debiet (eenheid liter per seconde) gemeten. Deze metingen worden grafisch weergegeven in drie grafieken, een volume-tijd curve, een debiet-volume curve en een minder frequent gebruikte debiet-tijd curve. De grafieken laten toe verschillende parameters af te leiden. Zo kan in een volume-tijd curve eenvoudig het Forced Expiratory Volume na één seconde (FEV 1 ) gevonden worden. Deze waarde geeft de hoeveelheid uitgeademde lucht in de eerste seconde van de longfunctietest. Typisch bedraagt dit voor een normale patiënt tussen 70% en 90% van de FVC. Deze waarde wordt verder gebruikt om de Tiffeneau-index te berekenen. Dit is de verhouding van FEV 1 ten opzichte van FVC. Afbeelding 2-3: Volume-tijd curve van een FVC-manoeuvre. Uit een debiet-volume curve kunnen ook verschillende parameters gedistilleerd worden. De meest voor de hand liggende is de Peak Expiratory Flow (PEF) die het grootste debiet aangeeft dat de patiënt kan bereiken. Deze waarde geldt als maatstaf voor het volume in de grootste luchtwegen. Na het bereiken van een maximaal debiet kent de curve een min of meer lineair dalend verloop tot de patiënt de volledige FVC uitgeblazen heeft. Op dit verloop liggen nog enkele punten van weliswaar 12

kleiner belang, namelijk de FEF 25, FEF 50 en FEF 75. Deze waarden geven de debieten weer na respectievelijk 25%, 50% en 75% van de totale FVC. Men berekent dan ook de FEF 25-75 als het gemiddelde van FEF 25 en FEF 75. Het onderste deel van de curve met negatieve debieten stelt de inademing van de patiënt voor. Op die manier ontstaat een gesloten debiet-volume curve. De oorsprong van de debiet-volume curve ligt bij de start van de uitademing van de patiënt. Dit alles kan afgelezen worden op onderstaande afbeelding 2-4. Afbeelding 2-4: Debiet-volume curve van een FVC-manoeuvre. 2.3. Standaardisatie van spirometrie In 2005 publiceerde de American Thoracic Society (ATS) in samenwerking met de European Respiratory Society (ERS) een serie van vijf documenten in verband met longfunctietesten. Vroeger publiceerden ATS en ERS apart van elkaar, maar met deze publicaties probeert men een duidelijke standaard te definiëren die uniform is en gemakkelijk te hanteren. De hoger genoemde publicaties zijn de volgende: 1. General considerations for lung function testing 2. Standardisation of spirometry 3. Standardisation of the measurement of lung volumes 4. Standardisation of the single breath determination of carbon monoxide uptake in the lung 5. Interpretative strategies for lung function tests De belangrijkste tekst voor deze scriptie is Standardisation of spirometry, want hierin worden de minimum voorwaarden beschreven waaraan een toestel moet voldoen. Het is de bedoeling dat een apparaat voor longfunctietesten aan alle aanbevelingen van de ATS/ERS voldoet. Indien dit niet het geval is, moet de fabrikant duidelijk melden welke voorwaarden niet voldaan zijn. De rol van de fabrikant hierin is een zo accuraat mogelijk toestel te maken, het is daarentegen de taak van de gebruiker te controleren of de metingen correct blijven over langere tijd. Daarnaast moet de gebruiker ook rekening houden met de lokale wetten en regels, die extra voorwaarden kunnen opleggen. 13

2.3.1. Technische vereisten van een spirometer Het FVC-manoeuvre werd reeds hoger uitgelegd. De spirometer die voor de meting gebruikt wordt, moet in staat zijn om meer dan 15 seconden lang volume te accumuleren. Het totaal meetbaar volume moet 8 L of meer bedragen met een nauwkeurigheid van ± 3% van de meetwaarde of ± 0,050 L (afhankelijk van welke de grootste afwijking geeft). De debieten moeten kunnen variëren tussen 0 en 14 L/s. De totale weerstand (met buizen, kleppen inbegrepen) bij een debiet van 14 L/s moet kleiner zijn dan 1,5 cmh 2 O. Al deze voorwaarden moeten voldaan zijn bij BTPS-condities (lucht bij omgevingsdruk, 37 C en 100% relatieve vochtigheid) voor acht FVC-manoeuvres binnen een periode van 10 minuten (zonder inademen langs het toestel). 2.3.2. Vereisten voor de weergave De volume-tijd curve moet meer dan 0,25 seconden starten vooraleer de patiënt het manoeuvre uitvoert. Deze tijdspanne (waarin geen volumeverandering mag optreden) is nodig om de inspanning gedurende de eerste periode van het manoeuvre te evalueren, daarnaast wordt het ook gebruikt om het back extrapolated volume (zie 2.3.5) te berekenen. De laatste twee seconden van het manoeuvre moeten ook getoond worden. Ook voor de schaalverdeling moet aan een aantal voorwaarden voldaan worden (zie tabel 2-1). Tabel 2-1: Voorwaarden voor de schaalverdeling op het display van een spirometer. Parameter Display Resolutie Schalingsfactor Printout Resolutie Schalingsfactor Volume 0,050 L 5 mm/l 0,025 L 10 mm/l Debiet 0,200 L/s 2,5 mm/(l.s) 0,100 L/s 5 mm/(l.s) Tijd 0,2 s 10 mm/s 0,2 s 20 mm/s Bij het plotten van het debiet in functie van het volume, moeten per eenheid van volume twee eenheden debiet voorzien worden. 2.3.3. Kwaliteitscontrole van een spirometer IJkresultaten moeten altijd bewaard blijven in een opvolgingsdossier. Daarnaast moeten wijzigingen, herstellingen, software-updates en verplaatsingen bijgehouden worden. Om voortdurend accurate metingen te garanderen zijn ijkcontroles van groot belang. Een ijkcontrole is niet hetzelfde als een ijking, bij een controle wordt enkel nagegaan of het toestel zich nog binnen de limieten van de ijking bevindt (± 3%). De spuit waarmee geijkt wordt, moet een nauwkeurigheid hebben van ± 15 ml of ± 0,5% van het totaal volume. De hierna volgende tabel 2-2 geeft de periode voor de verschillende ijkcontroles weer. 14

Tabel 2-2: Overzicht van de verschillende ijkcontroles. Parameter Minimum interval Actie Volume Dagelijks Controle aan de hand van een 3L-spuit Lek Lineariteit van het volume Dagelijks 3-maandelijks Kunnen weerstaan aan 3 cmh 2 O constante druk gedurende 1 minuut (een verlies van > 30mL moet gecorrigeerd worden) 1L increment met ijkspuit (over het volledige bereik van het volume) Lineariteit van het debiet Wekelijks Op zijn minst 3 verschillende debiet spanwijdtes Tijd Software 3-maandelijks Nieuwe versies Mechanische recorder met stopwatch (er moet een nauwkeurigheid van 2% gehaald worden) Installatiedatum bijhouden en testen uitvoeren met een gekend proefpersoon Ook spirometers op basis van debietmetingen moeten dagelijks gecontroleerd worden op de juistheid van het gemeten volume. Hierbij moet een 3L-spuit minstens driemaal geïnjecteerd worden in de spirometer, om op die manier een groot gebied van verschillende debieten te dekken (tussen 0,5 en 12 L/s). Het volume bij elk debiet moet een accuraatheid hebben van ± 3,5%. Om de lineariteit te testen moet wekelijks een controle uitgevoerd worden met een 3L-spuit waarbij 3 relatief constante debieten gegenereerd moeten worden in de zone van lage debieten, 3 in de middenzone en 3 bij hoge debieten. De volumes die hierbij gemeten worden, moeten correct zijn tot op ± 3,5%. 2.3.4. Richtlijnen voor het uitvoeren van een FVC-manoeuvre. Het is van cruciaal belang dat de patiënt goed voorbereid wordt op de test en dat deze verloopt onder toezicht van een ervaren begeleider. Er moet duidelijk uitgelegd worden wat van de patiënt verwacht wordt. In een FVC-manoeuvre onderscheidt de ATS drie fasen. Het manoeuvre begint met een maximale inspiratie gevolgd door een geforceerd explosief uitblazen en tot slot een verdere volledige uitademing tot het einde van de test. Gedurende deze fasen is de houding van de patiënt van groot belang. Deze moet bij voorkeur rechtop zitten (of rechtop staan) gedurende het hele manoeuvre met het hoofd licht omhoog gekanteld. Een rechte rug moet daarbij behouden blijven waarbij de patiënt niet voorover mag buigen. Verder moeten de lippen van de patiënt het mondstuk goed omsluiten zodat geen lek ontstaat tussen het mondstuk en de mond van de patiënt. De tong mag de doorgang van lucht niet belemmeren. Om het FVC-manoeuvre zo goed mogelijk uit te voeren, moet het individu snel en volledig inademen vanaf de functionele residuele capaciteit en dit zonder de minste aarzeling. De pauze na volledige inademing moet zo klein mogelijk gehouden worden (maximaal 1 à 2 seconden) omdat dit leidt tot een lagere waarde van de PEF en FEV 1. Tot slot moet het belang van het aansporen van de patiënt onderstreept worden. Dit gebeurt zowel door middel van mondelinge instructies als met behulp van lichaamstaal en het drijft de patiënt tot betere prestaties. Wanneer de patiënt duizelingen ondervindt moet de test onmiddellijk afgebroken worden. 15

De te volgen stappen om tot een goed FVC-manoeuvre te komen zijn rigoureus neergeschreven in een procedure die nauwkeurig gevolgd moet worden. Er wordt verder nog een onderscheid gemaakt tussen een open circuit methode en een gesloten circuit methode. Het verschil ligt hier in het al dan niet vooraf in de mond nemen van het mondstuk. In tabel 2-3 worden de aangehaalde instructies, zoals die opgesteld werden door de ERS en de ATS, weergegeven. Tabel 2-3: Procedures voor het meten van de FVC. 1. Controleer de ijking van de spirometer. 2. Leg de test en procedure uit aan de patiënt. 3. Bereid de proefpersoon voor op de test. Vragen over rookgedrag, recente ziektes, medicatie 4. Was de handen en wijs de patiënt op het belang van een correcte houding, het snel en volledig inademen, de positie van het mondstuk en het zo snel mogelijk uitademen. 5. Uitvoeren van het manoeuvre (gesloten circuit), let op: correcte houding, neusklem mondstuk in de mond, goed afgesloten door de lippen volledig inademen en niet langer dan 1s wachten bij totale longcapaciteit volledig uitademen terwijl de patiënt toch rechtop blijft zitten aanmoedigen, minimaal 3 manoeuvres laten uitvoeren 6. Uitvoeren van het manoeuvre (open circuit), let op: correcte houding, neusklem volledig inademen en niet langer dan 1s wachten bij totale longcapaciteit mondstuk in de mond, goed afgesloten door de lippen volledig uitademen terwijl de patiënt toch rechtop blijft zitten aanmoedigen, minimaal 3 manoeuvres laten uitvoeren 2.3.5. Evaluatie van het FVC-manoeuvre a. De start van de test Om het begintijdstip van het manoeuvre te bepalen, wordt gebruik gemaakt van terugextrapolatie. Dit tijdstip dient dan als start voor alle metingen. Bij handmatige berekening trekt men een lijn langs de steilste helling van een volume-tijd curve en het snijpunt met de X-as bepaalt dan de start van het manoeuvre (zie afbeelding 2-5). Bij gedigitaliseerde berekeningen is het aangeraden de steilste helling te nemen uitgemiddeld over een periode van 80ms. 16

Uit de berekening van het begintijdstip volgt dan het geëxtrapoleerd volume (EV) of het eerder aangehaalde back extrapolated volume. Het EV moet kleiner zijn dan 0,05*FVC of 0,150 L, afhankelijk van welke het grootst is. Als de patiënt aarzelt bij het begin van het manoeuvre dan zal het EV te groot zijn en moet het manoeuvre opnieuw uitgevoerd worden. De meetapparatuur moet in staat zijn om bij de volume-tijd curve minimum 0,25 s voor het begintijdstip te starten (liefst 1 s of meer ervoor), waarbij het EV weergegeven wordt. Het spreekt voor zich dat hoesten het uitgevoerde FVC-manoeuvre ongeldig maakt. Afbeelding 2-5: het geëxtrapoleerd volume. b. Het einde van de test Het is belangrijk dat de patiënt aangemoedigd wordt om zo volledig mogelijk uit te ademen. Voorwaarden voor het einde van de test zijn belangrijk bij het bepalen of de patiënt zich voldoende heeft ingespannen. Er zijn twee criteria: 1) De patiënt kan niet verder uitademen of mag niet verder uitademen. De inspanning moet zo volledig mogelijk zijn, maar mag de patiënt geen ongemak bezorgen. Motivatie is belangrijk, maar de patiënt moet steeds in staat zijn om zelf te beslissen het manoeuvre te beëindigen. 2) De volume-tijd curve toont geen verandering in volume (< 0,025 L) gedurende meer dan één seconde. En de patiënt heeft langer dan drie seconden geprobeerd om verder uit te ademen voor kinderen jonger dan tien jaar of langer dan zes seconden voor personen ouder dan tien jaar. 2.3.6. Evaluatie tussen verschillende FVC-manoeuvres Zoals eerder vermeld, moet een volledige test minimaal drie aanvaardbare FVC-manoeuvres bevatten. Aanvaardbare herhaalbaarheid wordt bereikt als het verschil tussen de grootste en de tweede grootste waarde voor de FVC minder dan 0,150 L bedraagt. Daarnaast mag ook het verschil tussen de grootste en de tweede grootste FEV 1 waarde niet groter zijn dan 0,150 L. Als de FVC slechts 1 L bedraagt of minder, dan mogen de verschillen slechts 0,1 L bedragen. 17

2.3.7. Peak Expiratory Flow De peak expiratory flow (PEF; expiratoire piekdebiet) kan afgelezen worden zowel op een debietvolume curve als op een debiet-tijd curve. Bij deze laatste vormt ze zelfs een basis voor een aantal andere parameters. De rise time (RT) is de tijdspanne waarin het debiet stijgt van 10% tot 90% van de PEF. De dwell time (DT) is de periode dat het debiet groter blijft dan 90% van de PEF. Om piekdebieten te kunnen meten, heeft men een instrument nodig met een frequentieantwoord tot 15 Hz. De PEF moet gemeten worden met een nauwkeurigheid van ± 10% of, ± 0,3 L/s afhankelijk van welke de grootste is. De PEF is gevoelig voor de weerstand van het meettoestel, een weerstand van bijvoorbeeld 250 kpa/(ls) doet de PEF dalen met 8% ten opzichte van de meting met een lage weerstand pneumotachograaf. Bij het testen van de reproduceerbaarheid voor hetzelfde toestel moet het verschil tussen de metingen kleiner zijn dan 5% of 0,150 L/s, afhankelijk van welke de grootste is. Dit verschil voor de reproduceerbaarheid tussen verschillende toestellen moet kleiner zijn dan 10% of 0,3 L, afhankelijk van welke de grootste is. 2.3.8. ATS curven: testsignalen a. Forced Vital Capacity (FVC) Spirometers worden in de praktijk geconfronteerd met een grote groep verschillende FVCmanoeuvres. Om dergelijke toestellen te kunnen testen, hebben de ATS (o.l.v. Hankinson en Gardner) 24 standaard volume-tijd curven opgesteld (zie tabel 2-4). Deze curven zijn elektronisch beschikbaar en kunnen gebruikt worden om een mechanische spuit aan te sturen (aan de hand van een computer) die zo een patiënt simuleert. Dergelijke systemen moeten nauwkeurig zijn tot ± 50 ml voor de FVC en FEV 1. Tabel 2-4: 24 standaard ATS volume-tijd curven. Curve FVC (L) FEV 1 (L) PEF (L/s) FEF 25-75 (L/s) 1 6,000 4,262 6,497 3,41 2 4,999 5,574 9,873 5,683 3 3,498 1,188 1,380 0,644 4 1,498 1,371 2,952 1,704 5 5,132 3,868 7,535 3,209 6 4,011 3,027 5,063 2,572 7 3,169 2,519 4,750 2,368 8 1,993 1,615 3,450 1,857 9 4,854 3,772 7,778 3,365 10 3,843 3,031 4,650 2,899 11 2,735 1,811 3,708 1,272 12 2,002 1,621 3,807 1,780 18

13 4,896 3,834 5,207 3,677 14 3,786 3,053 4,368 3,122 15 5,937 5,304 12,132 6,092 16 5,458 3,896 7,395 2,892 17 5,833 2,597 5,257 1,153 18 4,343 3,155 7,523 2,335 19 3,935 2,512 5,408 1,137 20 2,881 2,563 5,822 2,695 21 4,477 3,549 9,398 3,368 22 3,857 2,813 5,055 2,204 23 3,419 1,360 2,868 0,531 24 1,237 0,922 2,095 0,709 Bij het testen van de spirometer moet de mechanische spuit, net zoals dat bij een patiënt zou zijn, aangesloten worden op het toestel. Alle 24 curven worden dan vijfmaal opgewekt door de spuit en doorheen de spirometer geblazen. Deze 120 metingen vinden plaats met omgevingslucht (geen opwarming of bevochtiging). Het gemiddelde over een set van vijf testen wordt dan vergeleken met de standaardwaarde (absoluut: afwijking = gemiddelde standaard of relatief: procentuele afwijking = 100 x (gemiddeldestandaard)/standaard). De nauwkeurigheidslimieten voor volumes bedragen ± 3,5% van de meetwaarde of ± 0,1 L, afhankelijk van welke de grootste is. Concreet treedt er een fout op als de afwijking (voor volumes < 2,857 L) of de procentuele afwijking (voor volumes > 2,857 L) deze limieten overschrijdt. Deze limieten houden rekening met de afwijking van het pompsysteem. Aanvaardbare spirometers mogen slechts tweemaal de limieten overschrijden bij het testen van alle 24 ATS curven. Na de 120 experimenten met omgevingslucht, worden twaalf experimenten uitgevoerd (curve 1 tot en met curve 4 telkens driemaal) met opgewarmde (37 C), bevochtigde lucht (100% relatieve vochtigheid) om een effectieve patiënt te simuleren. De tijdspanne tussen twee opeenvolgende testen moet minder zijn dan 2 minuten. Een aanvaardbare nauwkeurigheid wordt bereikt als de procentuele afwijking kleiner is dan ± 4,5% of de afwijking kleiner is dan 0,2 L, afhankelijk van welke de grootste is. Ook deze limieten houden reeds rekening met de afwijking van de pomp. Een spirometer voldoet aan de voorschriften als voor alle vier de ATS curven de limieten gerespecteerd worden. Daarnaast wordt ook de herhaalbaarheid getest op basis van de waarden voor FVC en FEV 1. De span (het bereik) wordt gedefinieerd als het verschil tussen de maximale en de minimale waarde. Het procentueel bereik = 100 x bereik/gemiddelde. Bij omgevingsomstandigheden gelden de limieten ± 3,5% of ± 0,1 L, de grootste afwijking telt. Voor BTPS-condities bedragen de limieten ± 4,5% of ± 0,2 L. Opnieuw telt de grootste. Er treedt dus een fout op als het bereik (voor volumes < 2,857 L in omgevingscondities of 4,444 L in BTPS-condities) of het procentueel bereik (voor dezelfde volumes als hierboven) deze limieten overschrijdt. 19