용적형: 공기를 그릇에 받아 부피를 본다
초기의 폐활량계는 물 위에 뒤집어 띄운 종(water-seal)이나 접히는 주름통(bellows)에 숨을 불어 넣어, 그릇이 움직인 거리로 부피를 직접 읽었다. 원리가 단순하고 정확하지만 장비가 크고, 그릇 안의 공기 온도가 몸 온도와 달라 보정이 필요하며, 청소와 이동이 번거롭다.

유량형: 지나가는 흐름의 속도를 잰다
현재 검사실과 병동에서 쓰는 장비는 대부분 관을 지나는 공기의 순간 유량을 재는 센서를 쓴다. 작고 가벼우며, 유량을 직접 얻으므로 유량-용적 곡선을 그리기 쉽다. 대신 용적은 계산으로 얻으므로 센서의 작은 오차가 시간에 따라 쌓일 수 있고, 그래서 정기적인 검증이 더 중요하다.

유량 센서는 공기가 흐를 때 생기는 물리적 변화 하나를 골라 그 크기로 유량을 계산한다. 무엇을 이용하느냐에 따라 네 가지로 나뉜다.

차압식(호흡유량계): 저항 양쪽의 압력 차이
관 안에 가는 관 다발(Fleisch형)이나 고운 그물막(Lilly형)처럼 작고 일정한 저항을 넣는다. 공기가 이 저항을 지나면 앞뒤에 압력 차이가 생기는데, 흐름이 고르게 층을 이루는 층류일 때는 압력 차이가 유량에 정비례한다(푸아죄유의 법칙). 그래서 압력 차이를 재면 유량을 안다. 날숨의 수증기가 그물에 맺히면 저항이 바뀌므로 센서를 몸 온도 근처로 데우는 장비가 많다. 유량이 매우 커지면 흐름이 소용돌이(난류)로 바뀌어 비례 관계가 흐트러지므로, 장비가 이를 보정하는 범위 안에서 써야 한다.

터빈식: 날개가 도는 횟수
관 안의 가벼운 날개가 공기에 밀려 돌고, 빛이 날개에 가려지는 횟수를 세어 유량을 구한다. 값싸고 단순하지만, 날개에 관성이 있어 흐름이 시작될 때 늦게 돌고 끝날 때 조금 더 돈다. 특히 아주 느린 흐름에서는 날개가 충분히 돌지 않아 유량을 작게 잴 수 있다.

초음파식: 소리가 오가는 시간 차
관을 비스듬히 가로질러 초음파를 양쪽으로 쏜다. 공기 흐름을 따라가는 소리는 빨리, 거슬러 가는 소리는 늦게 도착하므로 두 도착 시간의 차이로 유속을 계산한다. 관 안에 저항이나 움직이는 부품이 없어 오염이 적고, 소리의 속도가 기체 조성에 따라 달라지는 성질을 이용해 기체 분석에 함께 쓰기도 한다.

열선식: 식는 정도
가열한 아주 가는 금속선을 흐름 속에 둔다. 공기가 빨리 흐를수록 선의 열을 더 많이 빼앗으므로, 선의 온도를 유지하는 데 드는 전류로 유량을 구한다. 반응이 빠르지만 선 하나로는 흐름의 방향을 알기 어려워 방향을 구별하는 구조가 따로 필요하다.

적분: 아주 짧은 시간의 흐름을 계속 더한다
유량은 1초에 몇 리터가 지나가는가이다. 그러므로 아주 짧은 시간 동안의 유량에 그 시간을 곱하면 그 사이에 지나간 부피가 나오고, 이것을 날숨 시작부터 계속 더하면 누적 용적이 된다. 그래프로 보면 유량-시간 곡선 아래의 넓이가 곧 용적이다. 장비는 이 계산을 1초에 수백 번 반복해 용적-시간 곡선을 만들고, 같은 순간의 유량과 용적을 짝지어 유량-용적 곡선을 그린다.

작은 오차가 쌓이는 이유
공기가 흐르지 않는데도 센서가 아주 작은 유량을 읽으면(0점 이동), 적분은 그 작은 값을 끝없이 더해 용적이 조금씩 계속 늘어나는 것처럼 보이게 한다. 그래서 장비는 검사 직전 흐름이 없는 상태에서 0점을 다시 잡고, 검사자는 센서를 움직이거나 입김을 불지 않은 채 0점 맞추기를 기다린다.

같은 공기도 식으면 줄어든다
폐 안의 공기는 체온 37℃에서 수증기로 포화되어 있다. 이 공기가 입을 나와 실온의 센서나 그릇에 닿으면 온도가 떨어져 부피가 줄고, 일부 수증기는 물방울로 맺혀 기체에서 빠진다. 그래서 측정된 부피는 폐 안에 있을 때보다 작다. 폐 기능을 말하려면 폐 안에서의 부피로 되돌려야 하는데, 그 기준 조건이 BTPS(체온 37℃·당시 기압·수증기 포화)다. 측정 조건은 ATPS(실온·당시 기압·포화)로 부른다.

보정 계수는 실온과 기압으로 정해진다
보정 계수는 기체의 부피가 절대온도에 비례하고(샤를의 법칙), 수증기 압력을 뺀 건조 기체 압력에 반비례한다(보일의 법칙)는 관계로 계산한다.

BTPS 계수 = (PB − PH₂O) / (PB − 47) × 310 / (273 + t)

여기서 PB는 기압, PH₂O는 실온 t℃에서의 포화 수증기압, 47은 37℃의 포화 수증기압(mmHg), 310은 37℃의 절대온도다. 기압 760mmHg에서 계산하면 20℃에서 약 1.10, 25℃에서 약 1.07이다. 실온이 낮을수록 계수가 커진다.

보정을 빠뜨리면 얼마나 틀리는가
계수 1.08을 곱하지 않으면 FVC 4.00L는 약 3.70L로 보고된다. 이 정도 차이는 정상 하한 근처의 환자를 비정상으로 바꿀 수 있다. 2019 표준은 용적형 장비에서 그릇 안 온도 대신 실온을 쓰면 FEV1·FVC에 최대 6%까지 오차가 생길 수 있다고 지적하며, 이런 장비는 시도마다 내부 온도를 재도록 한다.

검사자가 할 일
장비는 입력된 실온과 기압으로 계수를 자동 계산하므로, 실제와 다른 값이 들어가 있으면 결과 전체가 같은 비율로 틀어진다. 2019 표준은 실온을 ±1℃ 정확도로 기록하고, 30분 안에 3℃ 넘게 바뀌면 연속 보정을 쓰도록 한다. 검사 시작 전 실내 온도계·기압계 값과 장비 설정을 맞춘다. 데운 센서나 장비가 날숨과 들숨을 따로 보정하는 방식은 제조사 설명을 따른다.

보정과 검증은 다르다
보정(calibration)은 장비가 측정 신호를 실제 부피로 바꾸는 계수를 새로 정하는 작업이고, 보정 검증(calibration verification)은 정해 둔 계수로 아는 부피를 재어 허용 오차 안에 드는지 확인하는 작업이다. 많은 유량형 장비는 제조 단계에서 보정되어 있어, 검사실이 날마다 하는 일은 대부분 검증이다.

3L 주사기를 여러 속도로 민다
정확히 3L를 내보내는 대형 보정 주사기를 장비에 연결해 밀고 당긴다. 2019 표준은 최소 하루 한 번, 0.5~12L/s의 서로 다른 유량 범위에서 3회 이상 주사기를 작동시키도록 한다. 3L를 0.5초에 밀면 빠른 흐름, 6초에 밀면 느린 흐름이 된다. 여러 속도로 확인하는 이유는 센서가 어느 유량에서나 같은 비율로 맞게 재는지, 곧 선형성까지 함께 보려는 것이다. 허용 오차는 ±3%(장비 ±2.5% + 주사기 ±0.5%)이므로 측정값이 2.91~3.09L 안에 들어야 한다.

검증에 실패하면 검사를 하지 않는다
측정값이 허용 범위를 벗어나면 먼저 연결부 누출, 센서의 습기·이물질, 주사기 자체의 손상을 확인하고 다시 검증한다. 그래도 벗어나면 그날 환자 검사를 시작하지 않고 장비 담당자에게 알린다. 검증 결과는 날짜·실온·기압과 함께 정도관리 기록에 남긴다. 기록이 쌓이면 서서히 틀어지는 장비를 일찍 찾을 수 있다.

주사기도 관리 대상이다
3L 주사기는 떨어뜨리거나 피스톤이 휘면 3L를 정확히 내보내지 못한다. 실온에 보관해 장비와 같은 온도로 맞추고, 손으로 오래 쥐어 데우지 않는다. 주사기의 정확도는 제조사가 정한 주기로 확인받는다.

왜 감염 위험이 생기는가
노력성 호기는 기침을 유발하기 쉽고, 날숨과 함께 작은 비말이 나온다. 마우스피스·센서·관에 침과 분비물이 닿고, 같은 장비를 여러 환자가 쓰므로 다음 환자에게 옮기거나 검사자가 노출될 수 있다. 감염관리는 환자와 장비 사이를 막는 것과 사용한 물품을 바로 버리거나 소독하는 것 두 갈래다.

필터도 측정에 영향을 준다
필터는 공기 흐름에 작은 저항을 더하고 공간을 조금 차지한다. 그래서 2019 표준은 검사에 필터를 쓴다면 보정과 검증에도 같은 필터를 끼우도록 한다. 필터의 종류를 바꾸면 검증을 다시 한다. 필터를 썼다고 장비 소독을 생략하지 않으며, 장비 외부와 손이 닿는 표면은 환자 사이에 닦는다.

정도관리는 검사가 끝난 뒤 따로 하는 일이 아니라 첫 환자를 받기 전의 준비 과정이다. 순서를 정해 두면 빠뜨리는 항목이 줄어든다.

1. 장비를 켜고 제조사가 정한 예열 시간을 기다린다. 데우는 센서는 온도가 안정되어야 값이 일정하다.
2. 실내 온도계·기압계를 읽어 장비 설정과 맞춘다. BTPS 계수가 여기서 정해진다.
3. 센서·관·연결부에 물기와 이물질, 갈라짐이 없는지 눈으로 확인한다.
4. 환자 검사와 같은 필터를 끼우고 3L 주사기로 여러 속도의 보정 검증을 한다.
5. 결과를 기록하고, 허용 범위를 벗어나면 원인을 찾아 해결한 뒤 다시 검증한다.

검사 중에도 장비를 의심한다
환자들의 결과가 하루 종일 비슷한 방향으로 치우치거나, 같은 환자의 반복 검사 값이 이유 없이 크게 달라지면 환자보다 장비를 먼저 점검한다. 차압식 센서는 연속 검사 중 습기가 맺히기 쉬우므로 교체 주기를 지키고, 터빈식은 날개가 걸리지 않고 부드럽게 도는지 확인한다. 초음파식과 열선식도 센서 창이나 선에 분비물이 묻으면 값이 틀어지므로 표면 상태를 함께 본다. 장비 이상이 의심될 때 측정한 결과에는 그 사실을 결과지에 남겨 판독하는 의사가 알 수 있게 한다.

환자 정보 입력도 정도관리다
예측값은 나이·키·성별(출생 시 성별)로 계산되므로, 키를 잘못 재거나 입력하면 장비가 정확해도 %예측치와 정상 하한이 틀어진다. 키는 신발을 벗고 잰 값을 입력하고, 척추 변형으로 바로 서기 어려우면 팔 벌린 길이로 대신하는 방법을 기관 지침에 따라 쓴다. 판정의 기준은 2-5에서 다룬다.