ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2038041

СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ШУМОВ

СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ШУМОВ

Имя изобретателя: Малышев В.С.; Ардашникова С.Н.; Каганов С.Ю.; Манюков М.Ф.; Медведев В.Т.
Имя патентообладателя: Московский энергетический институт
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1992.09.16 

Изобретение относится к медицине. Сущность: способ заключается в регистрации дыхательных шумов, обусловленных бронхолегочной патологии у детей, заключающийся в формировании набора характерных диагностических признаков, фиксации дыхательных шумов с периферических отделов легких, эпикированием в полость рта пациента акустического датчика, усилении принятого сигнала и его регистрации, при этом дополнительно устанавливают временной интервал, в котором фиксируют полное диагностическое поле характерных признаков и дыхательных шумов, выявляют по крайней мере два акта выдоха, разбивают это поле на отдельные участки, на которых выявляют часть характерных признаков акустического паттерна, идентифицируют дыхательные шумы пациента по характерным признакам на отдельных выбранных участках, после чего проводят регистрацию результатов идентификации.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к медицине, в частности к пульмонологическим диагностическим способам, и предназначено для использования при клинической и функциональной диагностике.

Известен компьютеризированный способ светоскопического анализа шумов организма человека, реализуемый устройством, позволяющий регистрировать акустические сигналы, характеризующие определенный тип патологии дыхательной системы человека. Акустический сигнал снимается непосредственно с тела пациента, мягкие ткани которого заметно ослабляют этот сигнал, и он становится акустическим отображением без заметно выраженных признаков, по которым можно идентифицировать тип патологии дыхания.

Однако такой способ имеет суженный информационный диапазон частот и достоверность отображения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ регистрации высокочастотных дыхательных шумов, заключающийся в формировании набора характерных диагностических признаков, фиксации дыхательных шумов с периферических отделов легких эпикиро- ванием в полость рта пациента акустического датчика, усилении принятого сигнала и его регистрации. Обследование пациента проводят в положении лежа на спине. Оценка диапазона дыхательных шумов проводится по фоноспектрограмме.

Однако такой способ не позволяет точно регистрировать шумы, обусловленные нарушением бронхиальной проводимости, он имеет узкий диапазон регистрации дыхательных шумов.

Цель изобретения повышение степени регистрации дыхательных шумов, обусловленных нарушением бронхиальной проходимости, обеспечение контроля состояния больных, в частности при определении доклинических проявлений бронхо- спазма, и предупреждение приступов удушья у детей с помощью лекарственных воздействий.

Для этого в известном способе регистрации дыхательных шумов, обусловленных патологией у детей, заключающейся в формировании набора характерных диагностических признаков, фиксации дыхательных шумов с периферических отделов легких эпикированием в полость рта пациента акустического датчика, усилении принятого сигнала и его регистрации, дополнительно устанавливают временной интервал, в котором формируют полное диагностическое поле характерных признаков и дыхательных шумов, выявляют по крайней мере два акта выдоха, разбивают это поле на отдельные участки, на которых выявляют часть характерных признаков акустического паттерна, идентифицируют дыхательные шумы пациента по характерным признакам на выбранных отдельных участках, после чего проводят регистрацию результатов идентификации.

представлен акустический паттерн больного (6 лет), поступившего в клинику с диагнозом ОРЗ с обструктивным синдромом и астматическим компонентом;

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен акустический паттерн больного (6 лет), поступившего в клинику с диагнозом ОРЗ с обструктивным синдромом и астматическим компонентом;

акустический паттерн больного без бронхиальной астмы с гладким диагностическим полем справа от неподвижного курсора (треугольник черного цвета на цветном дисплее компьютера красного цвета);

на фиг. 2 акустический паттерн больного без бронхиальной астмы с гладким диагностическим полем справа от неподвижного курсора (треугольник черного цвета на цветном дисплее компьютера красного цвета);

акустический паттерн больного с диагнозом бронхиальной астмы;

на фиг. 3 акустический паттерн больного с диагнозом бронхиальной астмы;

2-мерное отображение акустического паттерна с измененным масштабом;

на фиг. 4 2-мерное отображение акустического паттерна с измененным масштабом;

зона, исключенная из графического отображения акустического паттерна, лежащая слева от положения текущего курсора;

на фиг. 5 зона, исключенная из графического отображения акустического паттерна, лежащая слева от положения текущего курсора;

блок-схема устройства регистрации дыхательных шумов.

на фиг. 6 блок-схема устройства регистрации дыхательных шумов.

Диагностическая информация, формируемая на основе наличия или отсутствия диагностически достоверных признаков, является результатом обработки сигнала, пропорционального дыхательному шуму пациента. Обработка сигнала основана на математическом аппарате преобразования Фурье с последующим представлением в одном из взвешивающих окон. Выбор последнего зависит от типа обрабатываемого сигнала и устанавливается в каждом конкретном случае индивидуально.

Блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, содержит акустический датчик, например микрофон 1, измерительный блок 2, состоящий из последовательно соединенных калибровочного блока 3, блока выбора диагностического диапазона 4 и блока измерений 5, блок обработки 6, включающий в себя блоки выбора окна обработки 7 и выбора плотности представления 8, один выход которого соединен с блоком изменения начальных условий 9, в другой выход с одним входом блока графического отображения 10, соединенного с блоком представления результатов 11. Блок графического отображения 10 состоит из блока 3-мерного отображения акустического паттерна 12, один выход которого подключен к одному из входов блока выбора представительного сечения 13, а другой к блоку изменения масштаба 14, один выход которого подключен к очередному входу блока 13, а другой к блоку изменения объема входной информации "слева" 15, один выход которого соединен со следующим входом блока 13, а другой с блоком изменения объема входной информации "справа" 16, выходы которого соответственно соединены с одним из входов блока 13 и входом блока перехода к следующему блоку информации 17. Один выход блока 17 подключен к второму входу блока 12, а другой к блоку представления паттерна во временной области 18, который последовательно соединен с блоком выбора представительной величины 19, один выход которого соединен с последним входом блока 13, а другой с блоком возвращения к 3-мерному отображению, выход которого соединен с выходом блока 17, подключенного к блоку 12. Блок 13 последовательно соединен с блоками 2-мерного отображения акустического паттерна 21, изменения двухмерного масштаба и выделения диагностически достоверного признака.

Способ, реализуемый устройством, заключается в следующем.

С акустического датчика 1, эпикированного в полости рта пациента, через измерительный блок 2 сигнал поступает на обработку в блок 6, после которого информация в виде акустического паттерна, содержащего диагностически верные признаки, поступает на графическое отображение и в блок представления результатов 11. В калибровочном блоке 3 устанавливается величина сигнала, подвергаемого обработке, в пределах ± 0,8 В для устранения возможных искажений и помех, возникающих как в случае больших, так и малых сигналов. В блоке 8 изменяются так текущие установки по размерам диагностического поля, в которое отображается акустический паттерн, так и длительность временной реализации последнего. Изменение размера диагностического поля обеспечивает регистрацию нескольких видов бронхиальной патологии. Входная информация преобразовывается в цифровую форму, удобную для передачи и обработки ее в компьютере.

В блоке 6 осуществляется преобразование Фурье, представляемое в одном из пяти взвешенных окон с переменным числом точек реализации. Выбор окна и числа точек реализации зависит от типа обрабатываемого сигнала, зависящего, в свою очередь, от вида бронхолегочной патологии, и устанавливается в каждом конкретном случае индивидуально. После обработки формируется диагностическая информация, содержащая отображение акустического паттерна, пропорционального дыхательным шумам пациента.

При нарушении бронхиальной проходимости акустический паттерн пациента графически отображается в виде амплитудно- частотного спектра сигнала, пропорционального интенсивности, частоте и фазе всей совокупности дыхательных шумов пациента.

Временная последовательность сигналов содержит отдельные части, различающиеся плотностью спектра, которые для диагноста служат критериями того или иного заболевания или отклонения от нормы. Поэтому в зависимости от локализации диагностически достоверных признаков полное диагностическое поле разбивают на отдельные участки например, участок, содержащий диагностически достоверный признак по хронической пневмонии, или участок, содержащий диагностически достоверный признак по бронхиальной астме. Данная операция осуществляется с помощью характерных частей акустического спектра, разделенных неподвижным курсором.

Выбор окна обработки и плотность представления осуществляется следующим образом.

Основным понятием, относящимся к вычислениям при обработке акустического паттерна, служит ширина эффективной разрешающей полосы Bе. Ширину полосы можно определить различными способами. Например, принять полосу равной расстоянию между точками, в которых передаточная функция мощности спектральное окно принимает половину максимального значения. По методу быстрого преобразования Фурье значение ширины полосы получают по формуле Bе m(NT), где N число величин выборочных данных плотность представления, другими словами; m число отдельных компонент, для которых проводится усреднение. Метод быстрого преобразования Фурье допускает применение различных спектральных окон.

Чтобы выделять определенные характеристики спектральных оценок, рекомендуется прибегать к сглаживанию значений на концах случайного временного ряда. Временное сглаживание представляет собой умножение ряда на окно данных. Эта операция аналогична умножению корреляционной функции на корреляционное окно. Поэтому временное сглаживание ряда эквивалентно применению операции свертки к несглаживаемому преобразованию Фурье. Цель временного сглаживания, рассматриваемая с точки зрения его проявлений в области частот состоит в том, чтобы подавить влияние больших боковых всплесков эффективной формы фильтра, связанного с вычислением приближенного преобразования. Одним из наиболее широко используемых типов окон, обеспечивающих адекватную обработку в приемлемо широкой полосе частот, является так называемое прямоугольное окно. Это окно рекомендуется в качестве сглаживающей функции в частотной области. Именно в частотной области и происходит отображение акустического паттерна.

Получение 3- и 2-мерного отображения акустического паттерна обеспечивает повышение достоверности диагностической процедуры при графическом отображении. Переход из 2-мерного отображения к 3-мерному может происходить на любом уровне обработки акустического паттерна.

При 3-мерном отображении акустического паттерна выделяется участок (например, с помощью подвижного курсора), содержащий диагностически достоверный признак (признаки). Затем выбранный участок отображается в новом масштабе, т. е. осуществляется детализация акустического паттерна или той его части, которая непосредственно включает диагностически достоверный признак (признаки).

Затем проводится выбор наиболее представительного среза (сечения), по которому целесообразно проводить верификационное диагностирование и слежение возможной динамики изменения акустического паттерна, имеющего дискретную форму отображения во времени. После выбора необходимого сечения переходят к 2-мерному отображению акустического паттерна (фиг. 4) с последующим изменением масштаба и с дальнейшим выделением индивидуального диагностически достоверного признака (признаков).

В блоках изменения объема входной информации "слева" 15 и "справа" 16 происходит повышение детализации отображения акустического паттерна, а вместе с этим повышается и достоверность диагностической процедуры в целом. В блоке 15 исключается из графического отображения акустического паттерна зона, лежащая слева от положения текущего курсора (фиг. 5), положение которого выбирается таким образом, что в отстающей зоне располагался, как минимум, один диагностически достоверный признак. Аналогично работает и блок 16. Изменением объемов входной информации осуществляется последний этап управляемого и целенаправленного изменения масштаба графического отображения акустического паттерна дыхательных шумов пациента. После чего на рассматриваемом уровне осуществляется переход к анализу оставшейся части входной информации. Акустический паттерн может быть представлен и во временной области, что позволяет выбрать наиболее представительное значение диагностически достоверных признаков.

Затем регистрируются результаты идентификации как заключительных, так и промежуточных этапов, в виде соответствующего графического отображения всего акустического паттерна или отдельных его элементов.

У пациента с неустановленной нозологической формой, что вполне очевидно, должен сниматься (регистрироваться) акустический паттерн в максимальном по длительности и доступном при конкретной реализации способа временном интервале. По мере дифференциации нозологической формы временной интервал может быть более коротким.

При выборе длительности временного интервала также следует учитывать тот факт, что увеличение длительности приводит к удлинению процедуры обработки зарегистрированного паттерна.

Таким образом, в каждом конкретном случае способ предоставляет достаточное число обоснованных альтернатив по выбору временного интервала.

Из врачебной практики известна средняя длительность цикла "вдох-выдох". Поскольку более информативным является выдох, то следует выбирать длительность временного интервала также с учетом длительности полного дыхательного цикла. Признаком адекватного выбора длительности временного интервала является информация о числе временных окон представлений (блоков), в которых в полном диагностическом поле или в отдельной характерной части акустического спектра отображается акустический паттерн. Такая информация представляется (в автоматическом режиме) после окончания процедуры обработки зарегистрированного сигнала. Визуально информация о числе временных окон представлений (блоков) располагается в предпоследний и последней строке на дисплее (см. фиг. 1, 2).

Предлагаемый способ был апробирован в клинике отдела пульмонологии Московского научно-исследовательского института педиатрии и детской хирургии Министерства здравоохранения Российской Федерации путем обследования нескольких достаточно репрезентативных групп больных детей.

Способ был реализован с помощью устройства, включающего компьютер IBM РС/АТ или компатибильный по операционной системе со следующей конфигурацией: ОЗУ 640 кБ, процессор 80286 и выше, сопроцессор 80287 и выше, монитор EGA, VGA, печатающее устройство любое, совместимое со стандартом IBM.

Одна из обследованных групп включала 96 детей в возрасте 7-14 лет. Из них 25 детей страдали хронической пневмонией, 45 бронхиальной астмой, 6 экзогенным аллергическим альвеолитом, 4 хронической обструктивной эмфиземой легких, 4 аллергическим бронхитом, контрольную группу составляли 12 детей, не имевших легочных заболеваний. Все дети были обследованы в динамике, одновременно у них регистрировались параметры внешнего дыхания.

Из 45 больных бронхиальной астмой 33 ребенка страдали тяжелой бронхиальной астмой, у 12 больных астма была средней тяжести. В приступном периоде заболевания было обследовано 14 больных. У всех детей, находящихся в приступном периоде, были зарегистрированы характерные акустические признаки в диагностическом поле.

У 10 больных бронхиальной астмой отсутствовали клинические проявления и нарушения внешнего дыхания, но тем не менее в диагностическом поле были обнаружены акустические признаки, свидетельствовавшие о нарушениях бронхиальной проходимости.

Следует отметить, что у 16 больных бронхиальной астмой была зарегистрирована совокупность диагностически достоверных признаков до возникновения очередного приступа, который затем наступил спустя 2-12 ч. Это явление можно характеризовать, как сигнал тревоги.

Способ позволил установить связь между акустическими признаками и нарушением бронхиальной проходимости, определяемый как клинически (ослабленное дыхание, наличие сухих свистящих хрипов и т.д.), так и с помощью функциональных исследований внешнего дыхания.

Обнаруженная с помощью предлагаемого способа совокупность акустических признаков приближающегося приступа удушья сигнал тревоги может служить основой для лекарственного предупреждения приступа у больных бронхиальной астмой, а также основой для создания на этой основе индивидуальной аппаратуры для оповещения о необходимости предупреждения астматической атаки.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ШУМОВ, обусловленных бронхолегочной патологии у детей, заключающийся в формировании набора характерных диагностических признаков, фиксации дыхательных шумов с периферических отделов легких эпикированием в полость рта пациента акустического датчика, усилении принятого сигнала и его регистрации, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают временной интервал, в котором фиксируют полное диагностическое поле характерных признаков и дыхательных шумов, выявляют по крайней мере два акта выдоха, разбивают это поле на отдельные участки, на которых выявляют часть характерных признаков акустического паттерна, идентифицируют дыхательные шумы пациента по характерным признакам на выбранных отдельных участках, после чего производят регистрацию результатов идентификации.

Версия для печати


вверх