способ диагностики нарушений бронхиальной проходимости

Формула изобретения

Способ диагностики нарушений бронхиальной проходимости, заключающийся в регистрации и анализе дыхательных шумов, при котором шумовой процесс разбивают на временные интервалы, определяют спектры, отображают их на индикаторе и сравнивают спектры на интервалах, отличающийся тем, что регистрируют шум форсированного выхода над трахеей, причем нарушения бронхиальной проходимости в области мелких бронхов определяют по наличию узкополосных спектральных максимумов на частотах выше верхней граничной частоты в конце выхода; нарушения бронхиальной проходимости в области крупных бронхов определяют по наличию узкополосных спектральных максимумов на частотах выше верхней граничной частоты в начале выхода или на частотах ниже нижней граничной частоты, а также по превышению пороговой длительности процесса срыва вихрей узкополосным спектральным максимумом, лежащим в диапазоне между нижней и верхней граничными частотами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для неинвазивной диагностики нарушений бронхиальной проходимости.

Известны и широко применяются в клинической практике потоко-объемные (спирографические) методы выявления нарушений механики дыхания и, в частности, нарушений бронхиальной проходимости (в кн.: Болезни органов дыхания: Руководство для врачей: в 4 т. Под общей редакцией Н.Р. Палеева. Т.1: Общая пульмонология /Н.И. Александрова, А.Г. Бобков, Н.А. Богданов и др.; под ред. Н. В. Путова - М: Медицина 1989, с. 302-329.) Недостатком указанных способов является низкая эффективность выявления нарушений бронхиальной проходимости обструктивного типа.

Известен способ выявления нарушений бронхиальной проходимости на основе анализа шумов дыхания (P. Lallement., F. Langevin. Contribution to breath sounds analysis and detection of upper airways obstruction. Proc. 3 Mediterr. Electrotechn. Conf. Madrid, oct. 8-10, 1985. Vol. 1, P. 159-162), заключающийся в регистрации и анализе дыхательных шумов спокойного дыхания над трахеей. Недостатком данного способа является низкая эффективность выявления нарушений бронхиальной проходимости обструктивного типа за счет использования спокойного дыхания.

Известен способ диагностики нарушений бронхиальной проходимости по заявке 5062427/14 (042789) авт. Кулаков Ю.В. и др., заключающийся в измерении шумов форсированного выдоха и определении нарушений бронхиальной проходимости по превышению длительностью шума или отношением длительности и амплитуды пороговых значений. Недостатком данного способа является недостаточно высокая эффективность выявления нарушений, в особенности на ранних стадиях заболевания и невозможность определения уровня поражений бронхиального дерева.

Цель изобретения - повышение эффективности определения нарушений бронхиальной проходимости, в том числе по уровням бронхиального дерева.

Поставленная цель достигается тем, что в способе диагностики нарушений бронхиальной проходимости, заключающемся в регистрации и анализе шума форсированного выхода над трахеей, регистрируемый шумовой процесс разбивают на интервалы по времени, в каждом интервале определяют спектр, последовательно отображают спектры на индикаторе и сравнивают спектры на интервалах, причем нарушения бронхиальной проходимости определяют по наличию узкополосных спектральных максимумов: для мелких бронхов - на частотах выше верхней граничной частоты в конце выдоха; для крупных бронхов - на частотах ниже нижней граничной частоты или выше верхней граничной частоты с начала выдоха, или в диапазоне между верхней и нижней граничными частотами в течение времени, превышающего пороговую длительность.

Сравнение предлагаемого способа с известными показывает, что он является новым, поскольку заключается в определении нарушений бронхиальной проходимости по частотно-временным характеристикам шумов в процессе выполнения пациентом маневра форсированного выдоха, что ранее не применялось.

Возможность повышения эффективности диагностики нарушений бронхиальной проходимости в процессе выполнения пациентом маневра форсированного выдоха за счет таких существенных отличительных признаков, как выделение узкополосных спектральных максимумов и сравнения их параметров с пороговыми по частоте и длительности, не вытекает явным образом из известного уровня техники, что свидетельствует о соответствии критерию "Изобретательский уровень".

Использование предлагаемого способа позволит существенно повысить эффективность выявлений нарушений бронхиальной проходимости и будет способствовать ранней диагностике различных легочных заболеваний, что свидетельствует о соответствии критерию "Полезность".

Для пояснения сущности предлагаемого изобретения на фиг. 1 показаны частотные характеристики типичных акустических эффектов, регистрируемых при форсированном выдохе (ФВ), где 1 - шум турбулентной струи в трахее; 2 - шум турбулентной струи в главных бронхах; 3 - срыв вихрей на бифуркациях бронхиального дерева в диапазоне 2-5 генераций; 4 - автоколебательное возбуждение локальных участков слизистой в верхних дыхательных путях; 5 - автоколебательное возбуждение локальных участков слизистой в бронхах 2-5 генераций; 6 - автоколебания смыканий отечных тканей в бронхах далее 6-7 генераций.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Пациенту, который располагается сидя на стуле, устанавливают микрофон справа на область гортани внутрь от переднего края грудиноключичнососцевидной мышцы, и просят удерживать его на протяжении всего маневра. На крылья носа устанавливают носовой зажим. Перед проведением форсированного выдоха пациенту подробно разъясняют характер и особенности требуемого маневра, который может быть продемонстрирован. При этом особое внимание обращают на полноту вдоха и наиболее быстрое развитие максимального усилия выдоха и поддержание его на протяжении всего маневра (требование и процедура, аналогичные используемым при спирографии). При форсированном выдохе пациента дыхательные шумы воспринимаются микрофоном и могут быть записаны на портативный магнитофон. При обработке результатов производится разбивка шумового процесса во времени на интервалы и спектральный анализ по временным интервалам, результаты которого наиболее удобно отображать в виде рельефного спектра (фиг. 1). При этом по появлению вышеуказанных спектральных и временных особенностей делаются выводы о наличии нарушений бронхиальной проходимости. Проведенные исследования более 500 больных и здоровых лиц показывают, что для взрослых пациентов значение нижней граничной частоты составляет 100 Гц, значение верхней граничной частоты составляет 700 Гц, а значение пороговой длительности составляет 400 мс.

В тоже время приведенные в качестве примера численные значения порогов по частоте и длительности не отражают тонких вариаций отклонений от нормы по возрастным, половым и т.д. группам пациентов, которые будут уточняться далее в процессе медицинского применения.

Для доказательства того, что приведенные признаки изменения спектра шумового процесса при форсированном выдохе свидетельствуют об отклонении от нормы, рассмотрим особенности шумообразования в процессе форсированного выдоха.

То, что возникновение дыхательных звуков связано с турбулентностью воздушных течений общеизвестно, однако, предпринималось весьма мало усилий с целью количественного описания механизмов шумообразования в бронхиальном дереве. Применительно к шумам форсированного выдоха (ФВ) подход, связанный с применением модели акустических шумов вентиляционных систем был предложен авторами в статье (Коренбаум В.И., Тагильцев А.А., Кулаков Ю.B. Акустические эффекты в системе дыхания человека при форсированном выдохе. //Акуст. журн. 1996. , т. 42 - в печати.). На основе численной оценки линейных скоростей потока воздуха в различных участках бронхиального дерева по измеренным значениям мгновенной объемной скорости и исследования характерных спектральных особенностей шума в различных фазах ФВ авторам удалось выделить предположительные механизмы шумообразования и установить их принадлежность к определенным уровням генераций бронхиального дерева. Конечно, предложенная физическая модель шумообразования в процессе ФВ является в той или иной мере идеализированной. Однако предложенный подход в сочетании с накопленным опытом экспериментальных исследований (более 500 человек) позволил определить частотные области, характерные для основных акустических эффектов форсированного выдоха (фиг. 1.).

Итак, шумы, регистрируемые при ФВ, делятся по природе своего происхождения на аэродинамические и автоколебательные. У здоровых лиц по мере увеличения скорости выдыхаемого потока воздуха отмечается сначала сравнительно широкополосный шум турбулентного пограничного слоя, имеющего на трахее спектр, близкий к белому шуму в полосе частот примерно 50 - 450 Гц.

Увеличение скорости потока приводит к последовательной турбулизации течения, начиная с трахеи, и появлению значительно более мощных, чем предыдущие, шумов турбулентный струи - 1,2 (фиг. 1), характеризуемых широкополосными спектральными максимумами в областях частот около 200 Гц (трахея) и 300-400 Гц (главные бронхи).

В процессе развития экспираторного стеноза (Физиология дыхания./ Отв. ред И. С. Бреслав, Г.Г. Исаев - СПб.: Наука, 1994. С. 7-120.) в отдельных участках бронхиального дерева, начиная с долевых бронхов, достигаются такие значительные линейные скорости потока (точнее говоря отношения линейной скорости к диаметру бронха), что становится возможным срыв вихрей на турбулизаторах, роль которых выполняют бифуркации бронхиального дерева (ступенчатое увеличение сечения). Последний эффект характеризуется появлением мощного узкополосного спектрального максимума - 3 (фиг. 1) в диапазоне частот 400 - 600 Гц (на слух воспринимаемого как свист) и может со временем несколько смещаться по частоте вверх, что отражает сдвиг зоны максимального сопротивления выдоху от долевых к сегментарным и субсегментарным бронхам в процессе развития экспираторного стеноза, сопровождающего ФВ. По наблюдениям авторов, данный эффект отмечается у большинства здоровых лиц молодого и зрелого возраста при выполнении маневра ФВ с максимальной интенсивностью. У больных с нарушениями бронхиальной проходимости наблюдается увеличение длительности данной фазы ФВ свыше 400 мс, что связано с ненормальным увеличением сопротивления дыхательных путей в области 2-5 генераций бронхиального дерева.

Вследствие падения скорости воздушного потока все остальные узкополосные спектральные максимумы - хрипы и свисты различной тональности - 4, 5, 6 (фиг. 1) в отличие от чисто аэродинамических процессов, рассмотренных выше, представляют собой автоколебания, связанные с модуляцией механической колебательной системой (резонатором) потока воздуха. Выполненные авторами численные оценки показывают, что свисты 5,6 с частотами более 300 - 400 Гц могут быть объяснены возбуждением колебаний смыканий тканей слизистой оболочки, что согласуется с предположением П. Форгакса (Forgacs P. The functional basis of pulmonary sounds. //Chest. 1978. V. 73. P. 399 - 405). В тоже время более низкочастотные хрипы 6 (фиг. 1) скорее всего связаны не со смыканием стенок бронхов, а с изгибными колебаниями отечных вдавливаний (язычков) ткани или сгустков секрета. Поскольку все автоколебательные механизмы звукообразования связаны с отклонениями физиологии от нормы, то появление любого из сигналов 4-6 (фиг. 1) или их совокупности, как показывают обследования более чем 500 человек, является устойчивым диагностическим признаком, свидетельствующим о нарушениях бронхиальной проходимости на соответствующих уровнях бронхиального дерева.

В качестве примера представлены результаты обследования мужчины, 29 лет, в анамнезе частые острые инфекционные бронхиты. Стаж курения более 10 лет. По показаниям компьютерной спирографии вентиляторная функция легких не нарушена. Рентгенологические изменения легочного рисунка отсутствуют.

При использовании предлагаемого метода получена рельефная спектрограмма (фиг. 2), из анализа которой следует наличие узкополосных спектральных максимумов в конце ФВ на частотах около 1000 и 1600 Гц, что свидетельствует о нарушении бронхиальной проходимости в области мелких бронхов (далее 6-7 генераций бронхиального дерева). Присутствие узкополосных спектральных составляющих с частотами ниже 100 Гц свидетельствует об обструктивных явлениях в верхних дыхательных путях, что скорее всего связано с курением. Длительность процесса срыва вихрей - узкополосный спектральный максимум с частотой около 500 Гц, единственный из лежащих между верхней и нижней пороговой частотами (фиг. 2), не превышает 0,25 с, что соответствует норме и указывает на отсутствие обструктивных явлений в диапазоне 2-5 генераций бронхиального дерева. Таким образом, на основе предложенного метода диагностики может быть дано заключение о наличии у пациента признаков нарушения бронхиальной проходимости с преимущественной локализацией в области мелких бронхов.

Для осуществления предлагаемого способа разработана, изготовлена и исследована в клинических условиях специализированная аппаратура. Данная аппаратура представляет собой аппаратно-программный комплекс, содержащий: акустический датчик на основе микрофона МКЭ-3, кассетный магнитофон (диктофон), плату интерфейса типов L-152 (L-153, L-154), устанавливаемую в системный блок компьютера, и собственно компьютер типа IBM PC/AT. Специализированное программное обеспечение (пакет прикладных программ "TFGTEST") содержит программы-драйверы для управления платой, а также основной пакет программ, работающий в диалоговом режиме и осуществляющий ввод и спектральный анализ данных с обеспечением графического представления в виде рельефного спектра (фиг. 2).

Предлагаемый способ позволяет не только резко упростить проведение скрининг-обследований в амбулаторно-поликлинических условиях, но также повысить эффективность выявления нарушений бронхиальной проходимости обструктивного типа, включая определение преимущественно пораженных уровней бронхиального дерева.

Достоинством предлагаемого способа диагностики является возможность безопасного и легко осуществимого контроля динамики состояния пациентов во времени, в том числе и с целью проверки эффективности назначаемых лекарственных препаратов. Достоинством является также исключение опасности взаимного инфицирования пациентов при обследовании, с чем приходится сталкиваться при использовании потоко-объемных методов.