Спосіб акустичної діагностики стенозу легенів людини

Реферат: UA 79965 U UA 79965 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області медичної акустики і використовується в системах комп'ютерної неінвазивної діагностики захворювань бронхолегеневої системи людини. Відомі такі способи та прилади електронної аускультації [1, 2]. У зазначених приладах як сенсори, які реєструють шуми життєдіяльності, використовуються мікрофони. Для підсилення електричних сигналів, що виробляються цими мікрофонами, застосовуються електронні підсилювачі, посилені сигнали відтворюються за допомогою електроакустичних перетворювачів. До недоліків таких мікрофонів слід віднести вплив їх маси на віброакустичне поле біотканин, до поверхні якої кріпиться мікрофон, що потребує додаткового їх калібрування. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб, що включає використання комп'ютеризованої системи реєстрації, аналізу звуків дихання і звуків серця [3], в якому будують монохромне зображення зареєстрованих на грудній клітині звукових сигналів у вигляді спектрограм. До недоліків такого способу треба віднести те, що реєстрацію діагностичної корисної інформації, а, отже і її обробку, проводять послідовно від однієї точки до іншої, що істотно обмежує можливості способу. У той же час, відомо, що існують більш інформативні кількісні характеристики випадкових сигналів, а саме: взаємний спектр, функції кореляції та когерентності, перехідна функція, які можуть бути отримані лише при багатоканальній обробці і при меншому співвідношенні сигнал/перешкода, і дозволяють виявляти захворювання на ранніх стадіях хвороби. Крім цього, в відомому способі [3], будують лише монохромне зображення зареєстрованих звукових сигналів, що знижує діагностичну ефективність. Задача, що вирішується пропонованою корисною моделлю, полягає в створенні способу діагностики стенозу дольових бронхів легенів людини, на основі комп'ютерного аналізу та візуалізації характеристик звуків дихання, зареєстрованих на грудній клітині пацієнта. Технічний, позитивний результат, який досягається корисною моделлю, дозволяє суттєво підвищити ефективність діагностики легеневих захворювань. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі акустичної діагностики, що заснований на багатоканальній одночасній електронній реєстрації звуків дихання, та комп'ютерній обробці їх, реєстрацію звуків дихання проводять одночасно одним із сенсорів в базовій точці поблизу яремної ямки, та іншими, які розташовують над долями легенів, в передній і задній частині грудної клітини, при спокійному диханні пацієнта, який на видиху вимовляє звук "А", після чого зареєстровані звуки обробляють з отриманням тривимірних частотно-часових спектрів кожного сенсора і функцій когерентності звуків між звуками базового сенсора та сенсорами розташованими над долями легенів, за відсутністю відображення високих субгармонік звуку "А" на фоноспірограмах та при зниженні функції когерентності до значення менше ніж 0,2 діагностують з вірогідністю 96 % наявність у пацієнта стенозу відповідного дольового бронху легенів. Практика використання розробленого способу в умовах стаціонару показала, що такий комплексний підхід, заснований на реєстрації звуків дихання, з подальшою комп'ютерною обробкою їх і аналізом діагностом поліхромних фоноспірограм, і функцій когерентності - є найбільш ефективним способом, що дозволяє оцінювати стан долей легенів, який має великі можливості не тільки через високу діагностичну ефективність, але і через свою практично абсолютну екологічну чистоту. Комп'ютерний комплекс (фіг. 1), на якому здійснюється діагностика, складається з високочутливих мініатюрних п'єзокерамічних акустичних сенсорів - 1, 2, 3 багатоканальних малошумних підсилювачів з системою фільтрів високих і низьких частот - 4, персонального комп'ютера зі спеціалізованим програмним забезпеченням - 6, розробленим авторами корисної моделі. Для контролю якості сигналу використовуються головні телефони - 5, підключені до виходу частотних фільтрів підсилювача, а також: комп'ютерна мультимедійна периферія - 7. Спосіб реалізується наступним чином. Реєстрацію звуків дихання проводять одночасно в базовій точці, в районі яремної ямки одним сенсором, а іншими - над долями легенів спереду і позаду грудної клітини пацієнта. Пацієнт сідає в крісло. Сенсори - 1, 2, 3 приклеюють двостороннім лейкопластирем на грудну клітину: 1 - базовий в районі яремної ямки, інші - 2, 3 над долями правої і лівої легені спереду і ззаду. Включаються і перевіряються підсилювачі - 4, комп'ютер - 5, монітор - 6 і принтер - 7. За допомогою головних телефонів - 5 перевіряються звуки дихання, що реєструються всіма сенсорами, - 1, 2, 3. Пацієнт дихає спокійно і вимовляє на видиху звук "А". Здійснюють одночасно запис сигналів зі всіх сенсорів протягом 18 сек. Після перевірки якості запису і відкашлювання пацієнта виконують повторний запис, проводять спектральну обробку записаних сигналів всіх сенсорів і кореляційну між сигналами з 1-го сенсора і коленим з сенсорів (2-3), розташованих над долями легенів. Отримані тривимірні "миттєві" спектри 1 UA 79965 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 (фоноспірограми) і функції когерентності візуалізуються на моніторі - 6 і роздруковуються на принтері - 7. Перевірка запропонованого способу була проведена на репрезентативній вибірці у 46 пацієнтів. З них 28 хворих на хронічне обструктивне захворювання легенів (ХОЗЛ), 18 контрольна група. Вік хворих від 37 до 63 років. Всі хворі були верифіковані стандартними клінічними методами. Реєстрація звуків дихання проводилася під час перебування їх в стаціонарі. Як параметри, які визначають вирішення є в даній долі легені стеноз чи ні, використовувалися характеристики 3-х мірних частотно-часових спектрів - "миттєвих" спектрів звуків дихання на видиху при спокійному диханні і при вимові звуку "А" - фоноспірограми звуків з кожного сенсора і функції когерентності між: звуками дихання, які реєструються сенсором в базової точці і звуками, що реєструються над долями легенів. Під "миттєвим" спектром мається на увазі спектр, усереднений за інтервал t, який істотно менший, ніж інтервал часу T, характерний для процесу, що вивчається. Для звуків дихання, як інтервал T вибирають час одного дихального циклу (вдих-пауза-видих-пауза). У цьому випадку характерний час усереднювання t не перевищує 5,0-10,0 % часу дихального циклу. По суті, це звичайна спектрограма, яку в фізичній акустиці прийнято називати "фоноспірограма" (фоно звук; спіро - дихання; грама - малюнок) [4, 5]. Функція когерентності аналогічна квадрату коефіцієнта кореляції. В даному випадку вона характеризує ступінь лінійної залежності між: звуками зареєстрованими базовим сенсором і будь-якими іншими сенсорами, що розташовують над долями легенів на поверхні грудної клітини. Як було встановлено, характерні частоти звуків дихання на вдиху та видиху у здорової людини знаходяться в діапазоні 90-800 Гц при везикулярному диханні, при жорсткому підвищуються до 1200 Гц. При цьому в "миттєвих" спектрах відсутні будь-які гармоніки і субгармоніки, і імпульсні широкосмугові сигнали. Між звуками вдиху і видиху є відмінності: звуки вдиху більш широкосмугові, ніж: звуки видиху. їх інтенсивність на 6-8 дБ вища за звуки видиху, тривалість вдиху приблизно на 30-40 % коротше за тривалість видиху. При видиху, коли пацієнт вимовляє звук "А" в спектрах видиху з'являється перша гармоніка на частоті 110±5 Гц і субгармоніки, як правило від 8 до 10 на частотах кратних частоті першої гармоніки "А". Аналіз результатів обробки зареєстрованих звуків дихання, а саме фоноспірограм і функцій когерентності здорових і хворих, показав: - у хворих, які мають стеноз в бронхах даної долі легенів на "миттєвому" спектрі звуків видиху відсутні ряд субгармонік від звуку "А", базового спектра, а амплітуда функції когерентності знижується до величин менш ніж: 0,2. На ілюстрації представлені фоноспірограми і функції когерентності здорового пацієнта (фiг. 2, 3) і хворого пневмонією зі стенозом в середній долі правої легені (фіг. 4, 5). Подібні фоноспірограми і функції когерентності з незначними відмінностями, які не міняють головні характеристики звуків дихання, були отримані у інших пацієнтів і над іншими долями легенів. Типовими відмінностями в "миттєвих" спектрах видиху при вимові звуку "А" у 96 % хворих ХОЗЛ порівняно з подібними спектрами пацієнтів з контрольної групи були: - зменшення в фоноспірограмах зареєстрованих над даною долею легенів числа субгармонік звуку "А", що вказує на стеноз бронха середньої долі правої легені; - функція когерентності у хворого на ХОЗЛ з стенозом бронха середньої долі правої легенів знижується до рівня 0,1 на частотах більш ніж: 500 Гц, a y здорових людей виявлено, вона досягає величини 1,0. Виявлені нами відмінності в характеристиках субгармонік звуку "А" у хворих на ХОЗЛ і у пацієнтів з здорової групи вказують на те, що при стенозі різко зменшується прохідний перетин дольового бронху або відбувається повне перекриття його. При цьому звук "А", який виникає в голосових зв'язках, розповсюджуючись по дихальним шляхам доходить до їх звуження або перекриття, зазнає зміни, він зменшується по амплітуді, але, головне, змінює свою фазу, що і викликає зникнення субгармонік високого порядку, а також зниження рівня функції когерентності до величин менших 0,2. Таким чином, запропонований спосіб діагностики стенозу больових бронхів легенів у хворих бронхолегеневими захворюваннями дозволяє швидко визначити наявність і відсутність стенозу даної долі легенів в широкому діапазоні конституційних особливостей пацієнта (це завдання боротьби з варіабельністю). Періодичне використання в процесі лікування розробленого способу дозволяє кількісно відстежувати тенденцію динаміки протікання захворювань легенів, документувати особливості звуків дихання пацієнта в процесі лікування. Спосіб був апробований на базі Інституту медицини праці АМН України. 2 UA 79965 U 5 10 Отримані позитивні результати від його використання дозволяють рекомендувати його для широкого впровадження в практичну медицину. Джерела інформації: 1. Патент України № 72139 А бюл. № 1 від 17.01.2005 р. 2. Патент України № 52355 А бюл. № 16 від 25.08.2010 р. 3. Пат. США № 4720866 кл. А61В 7/00, 1988. 4. Digital respirosonography. New images of lung sounds / H.Pasterkamp, C.Garson. D.Daien, Y.Oh//Chtst/ - 1989. - 96, № 6. - P. 1405-1412. 5. Компьютерная аускультация - новый метод объективизации характеристик звуков дыхания / В.Т. Гринченко, А.П. Макаренков, А.А. Макаренкова // Клиническая информатика и Телемедицина - 2010 - Т.6. - вып.7, С. 31-37. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 Спосіб акустичної діагностики стенозу легенів людини, зокрема дольового бронху, що заснований на багатоканальній електронній одночасній реєстрації звуків дихання, та комп'ютерній обробці їх, який відрізняється тим, що реєстрацію звуків дихання проводять одним із сенсорів в базовій точці поблизу яремної ямки та іншими, які розташовують над долями легенів, в передній і задній частині грудної клітини, при спокійному диханні пацієнта, який на видиху вимовляє звук "А", після чого зареєстровані звуки обробляють з отриманням тривимірних частотно-часових спектрів кожного сенсора і функцій когерентності звуків між звуками базового сенсора та сенсорами, розташованими над долями легенів, за відсутністю відображення високих субгармонік звуку "А" на фоноспірограмах та при зниженні функції когерентності до значення менше ніж 0,2 діагностують з вірогідністю 96 % наявність у пацієнта стенозу відповідного дольового бронху легенів. 3 UA 79965 U 4 UA 79965 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5