Pulmonary Function Tests（肺功能檢查）
更新日期： 2026-07-03（整合 Pocket Medicine 9th Ed. + 2022 ERS/ATS interpretive standard + 2023 ATS race-neutral statement + AAFP 2020 Office Spirometry + 實戰演練 worked example + DLCO 嚴重度分級（2005 ATS/ERS % pred + 2022 z-score），含 interpretation algorithm、validity figure 與練習用報告）
一、主要 PFT 項目
| 項目 | 測量方式 | 主要用途 |
|---|---|---|
| Spirometry | forced expiration | FEV₁、FVC → obstructive/restrictive（來源：Pocket Medicine 9th Ed.） |
| Flow-volume loops | 繪製 flow curve | 診斷及定位 obstruction 部位（來源：Pocket Medicine 9th Ed.） |
| Lung volumes | helium dilution / body plethysmography | TLC、RV → restrictive 確認、hyperinflation 或 restrictive 疾病（含 neuromuscular disease）評估（來源：Pocket Medicine 9th Ed.） |
| DLCO（gas exchange） | CO 吸入法 | 評估 gas exchange 功能表面積；有助於區分 obstructive 和 restrictive 疾病的病因，並screening vascular disease 和早期 ILD（來源：Pocket Medicine 9th Ed.） |
| Bronchodilator Test | salbutamol 後重測 | 基線有 obstruction 或臨床懷疑 asthma 時指示進行；reversibility → asthma vs COPD（來源：Pocket Medicine 9th Ed.） |
| Bronchoprovocation | Methacholine 吸入 | 基線 spirometry 正常但懷疑 asthma 時幫助診斷；>20% FEV₁ 下降 → asthma（來源：Pocket Medicine 9th Ed.） |
| Exercise test（走廊 / CPET） | 6 分鐘走路或 CPET | 功能性評估、dyspnea 原因分類 |
二、核心數值定義
| 縮寫 | 全名 | 中文 |
|---|---|---|
| FEV₁ | Forced expiratory volume in 1 second | 1 秒鐘用力呼氣量 |
| FVC | Forced vital capacity | 用力肺活量 |
| FEV₁/FVC | FEV₁ / FVC ratio | 用力呼氣比（判斷阻塞） |
| TLC | Total lung capacity | 全肺容量 |
| RV | Residual volume | 殘氣容量 |
| FRC | Functional residual capacity | 功能性殘氣容量 |
| DLCO | Diffusing capacity for CO | 一氧化碳彌散量 |
三、判讀步驟
🖼️ Stepwise interpretation algorithm（AAFP 2020, adapted from Johnson & Theurer）：先確認 test quality/validity，再看 FEV₁/FVC + FVC 分成 normal / restrictive / obstructive / mixed 四型，各自往下 determine severity → reversibility / full PFT。
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步驟一：FEV₁/FVC ratio → 分型
| FEV₁/FVC | 解讀 |
|---|---|
| <0.70（或 <LLN） | Obstructive |
| ≥0.70（或 ≥LLN） | 正常或 restrictive（需看 TLC） |
Fixed ratio 0.70 vs LLN（Lower Limit of Normal）：elderly FEV₁/FVC 自然下降 → 固定 0.70 可能 overdiagnose COPD；LLN 更精準（第 5 百分位）
步驟二：severity 分級 → 2022 ERS/ATS 改用 FEV₁ z-score（非 % predicted）
2022 ERS/ATS interpretive standard（Stanojevic et al, ERJ 2022;60(1):2101499; PMID 34949706）重大改變：
判讀基礎由 fixed % predicted 改為 GLI 參考方程式 + z-score + LLN（第 5 百分位）。 嚴重度改以 FEV₁ z-score 三段式分級（適用於阻塞與限制型的氣流/容積異常程度）：
| FEV₁ z-score | 嚴重度 |
|---|---|
| > −1.65（≥ LLN） | 正常 |
| −1.65 至 −2.5 | Mild |
| −2.5 至 −4.0 | Moderate |
| < −4.0 | Severe |
傳統 % predicted 分級（GOLD COPD 仍沿用，需熟悉）：
| FEV₁ % predicted | GOLD 嚴重度 |
|---|---|
| ≥80% | Mild（GOLD 1） |
| 50-79% | Moderate（GOLD 2） |
| 30-49% | Severe（GOLD 3） |
| <30% | Very severe（GOLD 4） |
步驟三：若 FEV₁/FVC 正常 → 看 TLC 判斷限制型
| TLC | 解讀 |
|---|---|
| <80% predicted（或 <LLN） | 限制型（Restrictive） |
| 正常 FEV₁/FVC + 正常 TLC | 正常 PFT（或混合） |
限制型病因：
- 肺實質：ILD、肺切除、ARDS fibrosis
- 胸廓/胸膜：胸廓變形、大量effusion、嚴重肥胖
- neuromuscular：GBS、ALS、MG（呼吸肌無力）
- 腹部：大量ascites、妊娠
步驟四：混合型（Combined）
- FEV₁/FVC ↓（阻塞）+ TLC ↓（限制）
- 常見：COPD + 肥胖、ILD + 氣道疾病
步驟五：DLCO 解讀
| DLCO | 意義 |
|---|---|
| 正常 | 正常彌散 |
| ↓ | ILD（彌散面積↓）、Emphysema（肺泡破壞）、Pulmonary HTN（毛細vessel損傷）、Anemia（校正後） |
| ↑（>140% predicted） | 肺hemorrhage（Hemoptysis/DAH）、Polycythemia、HF early |
DLCO 嚴重度分級（severity grading）
先確認 DLCO 低於 LLN（<第 5 百分位）才談嚴重度；分級須用 Hb-adjusted DLCO（見 §八）。
① 傳統 % predicted（2005 ATS/ERS interpretive strategies；沿用最廣、多數報告與考題採此制）
| DLCO（% predicted） | 嚴重度 |
|---|---|
| ≥60%（但 < LLN） | Mild |
| 40–59% | Moderate |
| <40% | Severe |
② z-score 制（2022 ERS/ATS 改版；與 FEV₁/FVC/TLC 同一把尺，統一套用於含 DLCO 的所有指標）
| DLCO z-score | 嚴重度 |
|---|---|
| > −1.65（≥ LLN） | 正常 |
| −1.65 至 −2.5 | Mild |
| −2.5 至 −4.0 | Moderate |
| < −4.0 | Severe |
2022 改版重點：捨棄各指標各自的 % predicted 門檻，改用單一 z-score 三段式同時適用 FEV₁、FVC、TLC、DLCO；優點是跨指標、跨年齡/性別/身高一致，避免 % predicted 在極端體型高估或低估。兩制不可混用——引用時要標明版本。
來源：① Pellegrino R, et al. Eur Respir J 2005;26(5):948-968（PMID 16264058）；② Stanojevic S, et al. Eur Respir J 2022;60(1):2101499（PMID 34949706）。
三之二、Test quality / validity（判讀前提）
判讀前必先確認 test 品質——不合格的 effort 會誤導分型。
- Reproducibility（可重複性）：至少 3 個 acceptable maneuver，取 best FEV₁ 與 best FVC（可來自不同次 attempt）計算 FEV₁/FVC。兩個最佳 effort 的 FEV₁ 與 FVC 各需彼此在 0.2 L 以內，且 flow-volume loop 形狀一致、可重複 → validity 確認。
- ATS/ERS quality grade：依 maximal lung volume 與 effort 分 5 級；實務上只有最差的兩個 result 會影響判讀。
- FEV₁/FEV₆ 作替代：older / severe disease 患者難以完成完整 FVC 呼氣時，FEV₁/FEV₆ 較易取得（2009 meta-analysis：sensitivity 89%、specificity 98% 診斷 obstruction；cutoff <0.73）。⚠️ 目前尚未被各國指引正式推薦取代 FEV₁/FVC。
🖼️ Determining validity of spirometry（AAFP 2020, adapted from Johnson & Theurer）：三次 trial 的 flow-volume loop 一致、best efforts 互差 <0.2 L → valid。
/pulmonary-function-tests/assets/spirometry-validity-flow-volume-loops.png)
四、常見疾病 PFT 模式
| 疾病 | FEV₁/FVC | FEV₁ | TLC | RV | DLCO |
|---|---|---|---|---|---|
| COPD | ↓（固定） | ↓ | ↑（過度充氣） | ↑↑ | ↓（emphysema） |
| Asthma | ↓（可逆） | ↓ | 正常或↑ | 正常或↑ | 正常 |
| ILD（fibrosis） | 正常或↑ | ↓ | ↓↓ | ↓ | ↓↓ |
| 肥胖/胸壁 | 正常 | 輕微↓ | ↓ | 正常 | 正常 |
| 肺高壓（PAH） | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 | ↓ |
| neuromuscular疾病 | 正常 | ↓ | ↓ | ↑（無法排氣） | 正常 |
| 肺hemorrhage（DAH） | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 | ↑↑ |
五、支氣管擴張試驗（Bronchodilator Reversibility Test）
方法： 吸入 SABA（沙丁胺醇 400 μg）後 15-20 分鐘重測
陽性定義：
- 2022 ERS/ATS（現行）：FEV₁ 或 FVC 變化 > 10% 相對於 predicted value → bronchodilator responsiveness（BDR）陽性
- 2005 舊定義（仍常見於考題/舊報告）：FEV₁ 增加 ≥200 mL 且 ≥12%（相對 baseline）
2022 改版避免以 baseline 為分母（small baseline 會放大百分比），改用 predicted value 為基準。
| 結果 | 意義 |
|---|---|
| 完全可逆（FEV₁ 恢復正常） | 哮喘（Asthma） |
| 部分可逆（改善但仍 <0.70） | COPD with reversibility / 混合哮喘-COPD |
| 無可逆性 | COPD（固定阻塞） |
六、Bronchoprovocation Test（支氣管激發試驗）
適應症： 症狀疑似哮喘但基線 FEV₁/FVC 正常 → 確認氣道高反應性（來源：Pocket Medicine 9th Ed.）
方法： Methacholine 逐步濃度吸入，測定 PC₂₀（FEV₁ 下降 20% 所需劑量）；FEV₁ 下降 >20% 表示哮喘（來源：Pocket Medicine 9th Ed.）
| PC₂₀（mg/mL） | 解讀 |
|---|---|
| <1 | 嚴重氣道高反應性 |
| 1-4 | 中度 |
| 4-16 | 輕度（邊界） |
| >16 | 陰性，哮喘可能性低 |
各種 bronchoprovocation method 比較（AAFP 2020, Table 4）：
| Method | Sensitivity | Specificity | 重點 |
|---|---|---|---|
| Methacholine challenge | 69% | 80% | 逐步吸入 methacholine；positive = 累積劑量 ≤4 mg/mL 使 FEV₁ ↓20%。sensitive、specificity 偏低 → 陰性有助排除 asthma（rule-out） |
| Mannitol inhalation | 40–59% | 78–100% | 逐步吸入 mannitol；positive = 累積劑量 ≤635 mg 使 FEV₁ ↓15%。sensitivity 低、specificity 高 → 陽性有助確認 asthma（rule-in） |
| Eucapnic voluntary hyperpnea (EVH) | 25–90% | 0–71% | 6 分鐘自主 hyperpnea 前後測 spirometry；僅專門中心可做；IOC 用來判定運動員是否可 precompetition 用 bronchodilator（EIB gold standard） |
rule-in vs rule-out：methacholine 敏感（陰性排除 asthma）、mannitol 特異（陽性確認 asthma）。若已測到 asthma-consistent 的 reversible obstruction，可直接給 SABA therapeutic trial，不必再做 bronchoprovocation。
六之二、Office spirometry 補充（AAFP 2020 primary-care 框架）
來源：Langan RC, Goodbred AJ. Office Spirometry: Indications and Interpretation. Am Fam Physician. 2020;101(6):362-368（family-medicine 判讀 primer；上方兩張 figure 與 bronchoprovocation 表皆出自此文，adapted from Johnson & Theurer 2014）。
適應症（ATS/ERS, Table 1 摘要）
- Diagnostic：評估 symptom/sign/異常 lab、量化 disease 對肺功能影響、high-risk 族群 screening、術前風險、prognosis 評估。
- Monitoring：追蹤 therapeutic response、描述 disease course、監測 injurious agent 暴露與有肺毒性藥物的 adverse reaction。
- 其他：disability/impairment 評估、rehabilitation program、public health epidemiology、reference equation 推導。
- ⚠️ USPSTF：不建議對 asymptomatic adults 用 spirometry screening COPD（AAFP、ATS/ERS、GOLD 一致）→ spirometry 用於有症狀者確診 airflow obstruction，不做無症狀 screening。
ATS/ERS % predicted 嚴重度分級（5 段；Table 3；為 2005 舊制，2022 已改 z-score，見 §三步驟二）
| FEV₁ % predicted | 嚴重度 |
|---|---|
| >70 | Mild |
| 60–69 | Moderate |
| 50–59 | Moderately severe |
| 35–49 | Severe |
| <35 | Very severe |
這組數值是 arbitrarily determined、非 patient-outcome 實證；且 2022 ERS/ATS 已改用 FEV₁ z-score 三段式（見上）。考題若引 2005 版仍可能出現 5 段式，需辨識版本。
Obstructive vs restrictive 常見病因（Table 5 摘要）
- Obstructive：asthma、COPD、bronchiectasis、cystic fibrosis、bronchiolitis obliterans、alpha-1 antitrypsin deficiency、silicosis（early）。
- Restrictive：
- Chest wall：ankylosing spondylitis、kyphosis/scoliosis、morbid obesity。
- Interstitial lung disease：IPF、sarcoidosis、asbestosis、berylliosis、silicosis（late）、hypersensitivity pneumonitis、eosinophilic pneumonia。
- Drug-induced：amiodarone、methotrexate、nitrofurantoin。
- Neuromuscular：ALS、Guillain-Barré syndrome、muscular dystrophy、myasthenia gravis。
臨床追蹤 caveat：FVC 與 FEV₁ 隨年齡每年約下降 20–30 mL；比較歷次報告時須把 test-quality 變異一併納入考量。
七、Inspiratory Flow-Volume Loop（流量-容積曲線）
常見異常模式：
| 模式 | 描述 | 意義 |
|---|---|---|
| Obstructive（阻塞型） | 呼氣峰值↓、曲線向右凹 | COPD / 哮喘 |
| Restrictive（限制型） | 曲線縮小（小環）、形狀正常 | ILD / 胸廓疾病 |
| Variable intrathoracic obstruction | 呼氣期截斷（flattening of expiratory loop） | 氣管軟化（tracheomalacia） |
| Variable extrathoracic obstruction | 吸氣期截斷（flattening of inspiratory loop） | 聲帶功能障礙（VCD）/ 上呼吸道腫瘤 |
| Fixed obstruction | 吸氣 + 呼氣均截斷 | 固定狹窄（tracheal stenosis） |
八、DLCO 校正
DLCO(adj) = DLCO / Hb correction factor
- anemia時 DLCO 假性降低（RBC少 → CO 吸收減少）
- 公式：DLCO_adj = DLCO × (10.22 + Hb) / (1.7 × Hb)（Hb in g/dL）
九、PFT 判讀的種族中立性（race-neutral）
- 2023 ATS 官方聲明（Bhakta NR et al, AJRCCM 2023;207(8):978-995; PMID 36973004，ERS 背書）：建議不再使用 race/ethnicity-specific 方程式，改用 race-neutral average reference equations（GLI Global）。
- GLI Global（2022） race-neutral 方程式由原 GLI dataset 重新分析推導（Bowerman C, Bhakta NR et al, AJRCCM 2023;207(6):768-774; PMID 36383197），LLN 範圍較寬，取代 GLI 2012 race-specific 為建議標準。
- 臨床影響：黑人族群改用 race-neutral 後 FEV₁/FVC z-score 下降（兒童研究約 −0.8～−0.9），pattern 重新分類比例增加（JAMA Pediatr 2024;178:699, PMID 38805209）→ 影響 asthma/restriction 標籤、disability/transplant allocation。
十、Clinical Pearls
- FEV₁/FVC <0.70 = 阻塞型（GOLD 診斷標準）；不正常但 FEV₁/FVC ≥0.70 → 看 TLC
- COPD 的 RV 增加（過度充氣）是 emphysema 的特徵，DLCO↓
- ILD 的 DLCO↓ 比 TLC 更敏感（早期偵測到 alveolar damage）
- 哮喘 PFT 可完全正常（發作緩解後）→ 需 bronchoprovocation test 確認
- DLCO↑：想到 DAH（diffuse肺泡hemorrhage）或 Polycythemia
- neuromuscular疾病：仰臥位 FVC 比站立更低（重力影響膈肌），差距 >20% = 膈肌無力
- VCD（Vocal Cord Dysfunction）：常被誤診為哮喘，特徵是吸氣期 flow-volume loop 截斷
- 2022 ERS/ATS 三大改變：①判讀基礎 → z-score/GLI/LLN；②嚴重度 → FEV₁ z-score 三段式；③BDR → FEV₁ 或 FVC 變化 >10% predicted（非 ≥200 mL 且 ≥12% baseline）
- race-neutral spirometry（GLI Global）：2023 起建議；切勿再套 race-specific 方程式
- 判讀前先看 validity：3 個 acceptable maneuver、兩個 best effort 的 FEV₁ 與 FVC 各互差 <0.2 L、loop 可重複才可信（見 §三之二 + Figure）
- methacholine 用來 rule-out、mannitol 用來 rule-in asthma（sensitive vs specific）；EVH 是運動員 EIB gold standard
- USPSTF：無症狀成人不做 spirometry screening COPD；spirometry 只用於有症狀者診斷 airflow obstruction
- 四型一圖記（見 §三 algorithm）：ratio 正常 → 看 FVC（正常=normal、↓=restrictive）；ratio ↓ → 看 FVC（正常=obstructive、↓=mixed）
- DLCO 嚴重度（2005 % pred）：≥60% mild／40–59% moderate／<40% severe（先確認 <LLN、用 Hb-adjusted 值）；2022 已改 z-score 三段式（−1.65～−2.5 / −2.5～−4.0 / <−4.0），與 FEV₁ 同尺、勿與 % predicted 混用
十一、實戰演練（Worked example）
練習用 PFT 報告（ 資料全為虛構、AI 生成，僅供判讀訓練）。試著遮住下方解析，自己先跑一遍 §三 的 stepwise algorithm，再對答案。
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病人背景：85 歲 female，height 152 cm，weight 86 kg → BMI ≈ 37（obese class II）；下表 Post = post-bronchodilator。
關鍵數值（pre-BD，%pred）
| 項目 | Ref | Pre Meas | % pred | Post Meas | 判讀提示 |
|---|---|---|---|---|---|
| FVC | 2.11 | 0.95 | 45 | 1.07 | ↓↓ |
| FEV₁ | 1.52 | 0.91 | 60 | 0.97 | ↓ |
| FEV₁/FVC | 72 | 96 | — | 91 | ↑（非阻塞） |
| FEF25-75 | 1.14 | 1.72 | 150 | 1.25 | 不低 → 無 small-airway obstruction |
| TLC | 3.94 | 2.85 | 72 | 2.52 | <80% → restrictive |
| RV | 1.84 | 1.80 | 98 | 1.45 | 保留 |
| ERV | 0.59 | 0.21 | 36 | 0.23 | ↓↓（obesity 典型） |
| DLCO | 20.4 | 5.7 | 28 | — | ↓↓↓ |
| DLCO/VA（KCO） | 4.48 | 2.60 | 58 | — | ↓ |
跑一遍 stepwise algorithm（對照 §三）
- 步驟一 — assess for obstruction：FEV₁/FVC = 96%，遠高於 0.70 與 ref 72 → 無 obstruction（FEF25-75 150% 也不支持小氣道阻塞）。
- 步驟二 — severity：報告用 % predicted（非 2022 z-score）；FEV₁ 60% pred 落在 moderate 帶。但既然是限制型，restriction 的嚴重度看 FVC/TLC 更貼切（FVC 45%、TLC 72% → moderate-to-severe restriction）。
- 步驟三 — FEV₁/FVC 正常/偏高 → 看 TLC：TLC 72% pred（<80% / <LLN）→ 確認 Restrictive。
- 步驟四 — mixed?：FEV₁/FVC 未下降 → 非 mixed，為 pure restrictive。
- 步驟五 — DLCO：DLCO 28% pred → Severe（<40%，2005 ATS/ERS 分級）、且 DLCO/VA（KCO）58% 也↓ → 指向 parenchymal（ILD-type） 病變。⚠️ 單純 extraparenchymal restriction（chest wall / neuromuscular / obesity）通常 DLCO 正常、KCO 正常或↑；此例 DLCO 與 KCO 皆明顯↓ → 不能只用肥胖解釋。
Bronchodilator reversibility（對照 §五）
- FVC 0.95 → 1.07 = +0.12 L；FEV₁ 0.91 → 0.97 = +0.06 L。
- 2005 舊定義（≥200 mL 且 ≥12%）：兩者 Δ 皆 <200 mL → 陰性。
- 2022 ERS/ATS（Δ >10% of predicted）：FVC Δ = 0.12/2.11 = 5.7% pred、FEV₁ Δ = 0.06/1.52 = 3.9% pred → <10% → 陰性。
- → 無顯著 bronchodilator responsiveness（報告 %Chg 欄的 13% 是「相對 baseline」，勿與診斷門檻混淆）。
Pattern matching（對照 §四）：restrictive + DLCO↓↓ → 最符合 ILD（fibrosis） 列。⚠️ 但 RV 98%（未如典型 ILD 下降）＋ ERV 36%↓↓ 提示同時有 obesity 貢獻 → 實務判讀為「restrictive ventilatory defect with markedly reduced DLCO/KCO，obese 老年女性」。
Quality caveat（對照 §三之二）：報告僅顯示單一 loop、FVL ECode 有值 → 判讀前仍應確認 acceptability / reproducibility（≥3 acceptable maneuver、best effort 互差 <0.2 L）。
結論：Moderate-to-severe restrictive ventilatory defect（TLC 72%、FVC 45%）併 severely reduced DLCO（28%）與 reduced KCO（58%）、bronchodilator 無可逆性。DLCO/KCO 同降不符合單純 obesity，指向 parenchymal lung disease（如 ILD）或 pulmonary vascular disease → 建議 HRCT + 臨床整合（見 Interstitial Lung Disease (ILD)）。
References
| 來源 | 年份 | 重點 | PMID |
|---|---|---|---|
| Stanojevic S et al. Eur Respir J | 2022;60(1):2101499 | ERS/ATS interpretive standard（z-score/GLI/LLN、新 BDR、含 DLCO 的 z-score 嚴重度） | 34949706 |
| Pellegrino R et al. Eur Respir J | 2005;26(5):948-968 | ATS/ERS interpretive strategies（傳統 % predicted 嚴重度分級，含 DLCO ≥60/40-59/<40） | 16264058 |
| Bhakta NR et al. Am J Respir Crit Care Med | 2023;207(8):978-995 | ATS 官方聲明：race-neutral PFT 判讀 | 36973004 |
| Bowerman C, Bhakta NR et al. Am J Respir Crit Care Med | 2023;207(6):768-774 | GLI Global（race-neutral）方程式推導 | 36383197 |
| Forno E et al. JAMA Pediatr | 2024;178(7):699-706 | race-neutral 對兒童判讀的衝擊 | 38805209 |
| Langan RC, Goodbred AJ. Am Fam Physician | 2020;101(6):362-368 | Office Spirometry：indications、stepwise interpretation algorithm、validity、bronchoprovocation 比較（本次整合來源，含兩張 figure） | — |
| Johnson JD, Theurer WM. Am Fam Physician | 2014;89(5):359-366 | Stepwise approach to PFT interpretation（algorithm/validity figure 原始出處） | — |