RU2731389C1

RU2731389C1 - Способ диагностики бронхообструктивного синдрома

Info

Publication number: RU2731389C1
Application number: RU2019102274A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Малинин; Евгений Григорьевич Фурман
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Визом"
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-09-02

Abstract

Изобретение относится к медицине, а именно к функциональной диагностике, пульмонологии и педиатрии. Предложен способ диагностики бронхообструктивного синдрома путем регистрации дыхательных шумов с помощью электронного стетоскопа в определенных точках, в котором у пациента регистрируют респираторные шумы с помощью электронного стетоскопа в течение 25 секунд, поочередно в трех точках: на передней поверхности шеи над трахеей, на передней поверхности правой части грудной клетки, на поверхности спины справа, с последующим их разбиением на интервалы по 170 мс, обработкой на компьютере с применением для каждого интервала быстрого преобразования Фурье (БПФ), на основе БПФ сигнала получают псевдоспектр в интервале частот от 200 до 2000 Гц; выделяют на псевдоспектре пики, вычисляют площадь фронта каждого полученного пика по следующей формуле:

где i - номер пика, p_i - площадь фронта i-го пика, A_i(ƒ) - функция псевдоспектра, ƒ - частота сигнала, ƒ_0i - частота минимального значения i-го пика, ƒ_ƒi - частота максимального значения i-го пика, затем вычисляют коэффициент хрипов в следующих диапазонах: в точке на передней поверхности шеи над трахеей - от 1200 до 1600 Гц, для точки на передней поверхности правой части грудной клетки - от 600 до 1000 Гц, для точки на поверхности спины справа - от 400 до 800 Гц, при помощи следующих формул:

где K_w - коэффициент хрипов, Р_mах - сумма квадратов площадей фронтов пиков, входящих в 5% максимальных значений p_i, p_{i mах} - площадь фронта пика, входящего в 5% максимальных значений p_i, n - количество пиков, входящих в 5% максимальных значений р_i, n=0,05N, P - сумма квадратов площадей фронтов всех пиков, N - количество всех пиков, и при значении коэффициента хрипов более 42% диагностируют наличие бронхообструктивного синдрома. Изобретение обеспечивает повышение точности и чувствительности способа путем определения порогового значения. 9 ил., 3 пр.

Description

Изобретение относится к медицине, а именно, к функциональной диагностике, пульмонологии и педиатрии, и может использоваться для диагностики бронхообструктивного синдрома у детей в возрасте от 3 до 14 лет.

Известен способ диагностики синдрома бронхиальной обструкции (Фурман Е.Г., Рочева Е.В., Малинин С.В., Фурман Г.Б., Соколовский В.Л. Сравнительная эффективность компьютерного анализа энергетической характеристики спектра респираторных шумов в трех точках для диагностики бронхообструктивного синдрома при бронхиальной астме у детей. Пермский медицинский журнал. 2015. Т. 32. №5. С. 77-88.), заключающийся в регистрации дыхательных шумов с помощью микрофона в трех точках: в непосредственной близости ко рту, в точке над трахеей и в точке на груди над правым легким, в течение нескольких дыхательных циклов, запись в каждой точке длилась 20-30 секунд (несколько циклов вдоха-выдоха). Проводилась последующая их обработка на компьютере: записи делились на несколько временных интервалов по ~170 мс каждый (средняя продолжительность хрипа). Астматическое дыхание характеризуется специфическим шумом, который проявляется увеличением амплитуды гармоники быстрого преобразования Фурье (БПФ) в определенном частотном диапазоне. Квадрат амплитуды гармоники интегрируется. Параметром интегрирования выступает частота от 100 до 1500 Гц - диапазон частот характерного астматического свиста. Результаты вычисления интеграла энергии дыхательного шума определяют синдром бронхиальной обструкции.

Недостатки: при данной методике регистрируется респираторный шум в полости рта, что может снижать эффективность диагностики и ограничивать топическую диагностику; применяемый метод анализа спектра может не выявлять короткие эпизоды свистящего дыхания, характерного для бронхообструктивного синдрома; метод БПФ не позволяет учитывать естественные вариации интенсивности дыхания, что приводит к искажению результатов в зависимости от громкости шумов дыхания пациента.

Технический результат: повышение точности и чувствительности способа путем определения порогового значения.

Указанный результат достигается тем, что у пациента при бронхиальной астме регистрируют респираторные шумы в течение 25 секунд поочередно в трех точках: на передней поверхности шеи над трахеей, на передней поверхности правой части грудной клетки, на поверхности спины справа, используют быстрое преобразование Фурье, получают и анализируют псевдоспектр сигнала, вычисляют количественное значение шумов дыхания с помощью специальных формул.

Способ изображен на чертеже, где на фиг. 1 дана визуализация записи шумов дыхания пациента №1 в точке над трахеей; на фиг. 2 - визуализация записи шумов дыхания пациента №1 в точке на груди; на фиг. 3 - визуализация записи шумов дыхания пациента №1 в точке на спине; на фиг. 4 - визуализация записи шумов дыхания пациента №2 в точке над трахеей; на фиг. 5 -визуализация записи шумов дыхания пациента №2 в точке на груди; на фиг. 6 - визуализация записи шумов дыхания пациента №2 в точке на спине; на фиг. 7 - визуализация записи шумов дыхания пациента №3 в точке над трахеей; на фиг. 8 - визуализация записи шумов дыхания пациента №3 в точке на груди; на фиг. 9 - визуализация записи шумов дыхания пациента №3 в точке на спине.

Способ осуществляют следующим образом:

У пациента регистрируют респираторные шумы поочередно в трех точках: на передней поверхности шеи над трахеей, на передней поверхности правой части грудной клетки, на поверхности спины справа, в течение 25 секунд с помощью электронного стетоскопа (например Littmann Electronic Sthetoscopes 3200, Китай).

После этого, полученный сигнал респираторных шумов подвергают следующим операциям: делят полученный сигнал на одинаковые интервалы длительностью 170 мс; для каждого интервала применяют быстрое преобразование Фурье (БПФ); на основе БПФ сигнала получают псевдоспектр (зависимость мощности сигнала от частоты) в интервале частот от 200 до 2000 Гц. Полученный на каждом 170 мс интервале псевдоспектр дает некоторое количество пиков с минимальными и максимальными значениями мощности по частоте псевдоспектра. Под пиком понимается часть кривой псевдоспектра от его минимального значения до ближайшего максимального и далее от максимального до значения мощности, равного предыдущему минимуму. Вычисляют площадь фронта каждого полученного пика на псевдоспектре по следующей формуле:

где i - номер пика, p_i - площадь фронта i-ого пика, A_i(ƒ) - функция псевдоспектра, ƒ - частота сигнала, ƒ_0i - частота минимального значения i-ого пика, ƒ_ƒi - частота максимального значения i-ого пика.

Анализируют шумы дыхания путем вычисления количественной характеристики сигнала. Вводят понятие «коэффициент хрипов». При записи шумов дыхания в точке на передней поверхности шеи над трахеей коэффициент хрипов определяют в диапазоне от 1200 до 1600 Гц, для точки на передней поверхности правой части грудной клетки диапазон от 600 до 1000 Гц, для точки на поверхности спины справа диапазон от 400 до 800 Гц. Коэффициент хрипов K_w вычисляют при помощи следующих формул:

где K_w - коэффициент хрипов, P_max - сумма квадратов площадей фронтов пиков, входящих в 5% максимальных значений p_i, p_imax - площадь фронта пика, входящего в 5% максимальных значений p_i n - количество пиков, входящих в 5% максимальных значений p_i n=0,05N, Р - сумма квадратов площадей фронтов всех пиков, N- количество всех пиков.

Коэффициент хрипов в процентах определяет текущее состояние пациента и может быть использован для наблюдения в динамике, показывая изменения в шумах дыхания пациента. Установлено, что коэффициент хрипа более 42% свидетельствует о наличии бронхообструктивного синдрома.

Примеры конкретного выполнения:

Пример №1. Пациент М. 12 лет. Мальчик. В анамнезе патология со стороны бронхолегочной системы отсутствует. На момент осмотра жалоб нет. Состояние удовлетворительное, носовое дыхание свободное. Кашель отсутствует.

Объективно: Состояние удовлетворительное. Кожные покровы физиологической окраски. В зеве физиологическая картина. При аускультации легких дыхание над всеми отделами легких везикулярное, проводится равномерно во все отделы легких. Хрипов нет. По остальным органам и системам без особенностей.

Записан респираторный шум в точке на передней поверхности шеи над трахеей, на передней поверхности правой части грудной клетки, на поверхности спины справа, поочередно, в течение 25 секунд. После этого записи подвергали обработке на компьютере с помощью предложенных формул.

Числовое значение коэффициента хрипов в точке над трахеей в диапазоне частот от 1200 до 1600 Гц: K_w=33,83%.

Числовое значение коэффициента хрипов в точке на груди в диапазоне частот от 600 до 1000 Гц: K_w=30,52%.

Числовое значение коэффициента хрипов в точке на спине в диапазоне частот от 400 до 800 Гц: K_w=30,52%.

Диагноз: бронхообструктивный синдром отсутствует.

Пример поясняется на фиг. 1, 2, 3 где изображена визуализация шумов дыхания. На фигурах изображены полученные на псевдоспектре пики в виде кругов (площадь круга обозначает высоту пика, а яркость круга - площадь пика). На фигурах видно, что в рассматриваемых диапазонах частот пики, имеют небольшую скученность и относительно небольшие размеры по сравнению с пиками в других частотных диапазонах.

Пример №2. Мальчик Н., 14 лет. Диагноз: бронхиальная астма атопическая средней степени тяжести.

Жалобы на сухой приступообразный кашель (чаще в ранние утренние часы), эпизоды затрудненного свистящего дыхания.

Объективно: кожные покровы чистые, физиологической окраски. Одышки нет. В зеве гиперемия. Носовое дыхание свободное. В легких дыхание жесткое, сухие свистящие хрипы на выдохе с обеих сторон. При сравнительной перкуссии легких коробочный оттенок. Спирометрически: признаки бронхиальной обструкции.

Числовое значение коэффициента хрипов в точке над трахеей в диапазоне частот от 1200 до 1600 Гц: K_w=66,75%.

Числовое значение коэффициента хрипов в точке на груди в диапазоне частот от 600 до 1000 Гц: K_w=62,SS%.

Числовое значение коэффициента хрипов в точке на спине в диапазоне частот от 400 до 800 Гц: K_w =50,78%.

Диагноз: Астма атопическая средней степени тяжести.

Пример поясняется на фиг. 4, 5, 6 где изображена визуализация шумов дыхания. На фигурах изображены полученные на псевдоспектре пики в виде кругов (площадь круга обозначает высоту пика, а яркость круга - площадь пика). На фигурах видно, что в рассматриваемых диапазонах частот пики, имеют большую скученность, относительно большие размеры и более светлый оттенок по сравнению с пиками в других частотных диапазонах.

Пример №3. Мальчик Д. 12 лет. Обструктивный бронхит. Жалобы на сухой приступообразный кашель.

Объективно: кожные покровы чистые, физиологической окраски. Одышки нет. В зеве гиперемия. Носовое дыхание свободное. В легких дыхание жесткое, выдох удлинен, единичные сухие свистящие хрипы с обеих сторон. Перкуторно коробочный оттенок. Спирометрически: признаки легкой бронхиальной обструкции.

Числовое значение коэффициента хрипов в точке над трахеей в диапазоне частот от 1200 до 1600 Гц: K_w=61,64%.

Числовое значение коэффициента хрипов в точке на груди в диапазоне частот от 600 до 1000 Гц: K_w =53,49%.

Числовое значение коэффициента хрипов в точке на спине в диапазоне частот от 400 до 800 Гц: K_w=44,52%.

Диагноз: Рецидивирующий обструктивный бронхит.

Пример поясняется на фиг. 7, 8, 9 где изображена визуализация шумов дыхания. На фигурах изображены полученные на псевдоспектре пики в виде кругов (площадь круга обозначает высоту пика, а яркость круга - площадь пика). На фигурах видно, что в рассматриваемых диапазонах частот пики, имеют большую скученность, относительно большие размеры и более светлый оттенок по сравнению с пиками в других частотных диапазонах.

Данные наблюдения демонстрируют, что метод регистрации респираторных шумов в трех точках: на передней поверхности шеи над трахеей, на передней поверхности правой части грудной клетки, на поверхности спины справа, поочередно, в течение 25 секунд, с применением построения и анализа псевдоспектра сигнала зарегистрированных респираторных шумов, является неинвазивным, быстрым способом диагностирования бронхообструктивного синдрома у детей и повышает точность диагностики за счет наличия числовых критериев. Обнаружено, что, если в результате компьютерного анализа в следующих диапазонах: для трахеи - 1200 до 1600 Гц, для груди - от 600 до 1000 Гц, для спины - от 400 до 800 Гц, коэффициент хрипов превышает 42% - это свидетельствует о наличии бронхообструктивного синдрома.

Claims

Способ диагностики бронхообструктивного синдрома путем регистрации дыхательных шумов с помощью электронного стетоскопа в точках: на передней поверхности шеи над трахеей, на передней поверхности правой части грудной клетки, поочередно, в течение 25 секунд каждая, с последующим их разбиением на интервалы по 170 мс, обработкой на компьютере с применением для каждого интервала быстрого преобразования Фурье (БПФ) и вычисления количественного значения шумов дыхания по формуле, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют дыхательные шумы в точке на поверхности спины справа в течение 25 секунд, на основе БПФ сигнала получают псевдоспектр в интервале частот от 200 до 2000 Гц; выделяют на псевдоспектре пики, вычисляют площадь фронта каждого полученного пика по следующей формуле:
где i - номер пика, p_i - площадь фронта i-го пика, A_i(ƒ) - функция псевдоспектра, ƒ - частота сигнала, ƒ_0i - частота минимального значения i-го пика, ƒ_ƒi - частота максимального значения i-го пика,
затем вычисляют коэффициент хрипов в следующих диапазонах: в точке на передней поверхности шеи над трахеей - от 1200 до 1600 Гц, для точки на передней поверхности правой части грудной клетки - от 600 до 1000 Гц, для точки на поверхности спины справа - от 400 до 800 Гц, при помощи следующих формул:
где K_w - коэффициент хрипов, P_max - сумма квадратов площадей фронтов пиков, входящих в 5% максимальных значений p_i, p_{i max} - площадь фронта пика, входящего в 5% максимальных значений p_i, n - количество пиков, входящих в 5% максимальных значений p_i, n=0,05N, Р - сумма квадратов площадей фронтов всех пиков, N - количество всех пиков, и при значении коэффициента хрипов более 42% диагностируют наличие бронхообструктивного синдрома.