• Главная
• ДонНТУ
• Портал магистров
• Реферат
• Библиотека
• Ссылки
• Отчет о поиске
• Индивидуальное задание

E-mail

Введение:

Распространенный звуковой метод диагностики – аускультация (выслушивание шумов) известен еще со в. до н.э. Аускультация органов дыхания вошла в практическую медицину как один из важнейших неинвазивных методов заболеваний органов дыхания. При аускультации дыхания выслушивают бронхиальные и везикулярные шумы, разные хрипы и крепитации, характерные для различных патологий органов дыхания. Аналогично по изменению тонов сердца и появлению сердечных шумов можно судить о состоянии сердечной деятельности.

При аускультации лёгких оценивают:

• характер дыхания (везикулярное, жёсткое, пуэрильное и другие)

• наличие хрипов в лёгких (нет / есть - описать характер)

Актуальность :

Для выслушивания шумов используют стетоскопы или фонендоскопы, которые отличаются от стетоскопов тем, что имеют мембрану на воронке или капсуле. Данная методика не позволяет проводить эту операцию в нескольких точках одновременно на поверхности грудной клетки. Это существенно ограничивает арсенал диагностических приемов, используемых врачами при обследовании пациентов. Кроме того, полученная в ходе аускультации информация о фактической структуре звуков дыхания оказывается безвозвратно потерянной после окончания обследования пациента. Компьютерная система регистрации звуков дыхания позволяет сохранить эту информацию и многократно использовать ее для анализа и систематизации полученных данных в последующем. При этом многоканальность и синхронность ввода данных открывает принципиально новые качественные возможности их обработки и анализа.

Анализ известных решений:

В свое время были предложены стетоскопы с электрическим усилителем звука, однако они не получили распространения, так как трудности заключаются не столько в слабой слышимости, сколько в дифференциации и правильном истолковании сложных звуков при аускультации, а это достигается только па основе опыта. Имеющиеся же в настоящее время усилители не обеспечивают равномерного усиления всех частот звука, что приводит к его искажению. Стетоскоп представляет закрытую акустическую систему, в которой основным проводником звука является воздух: в случае сообщения с наружным воздухом или закрытия трубки аускультация становится не возможной. Кожа, к которой приложена воронка стетоскопа, действует как мембрана, чьи акустические свойства меняются от давления; при увеличении давления воронки на кожу лучше проводятся звуки высокой частоты и наоборот; при слишком сильном давлении тормозятся колебания подлежащих тканей. Широкая воронка лучше проводит звуки низкой частоты.

Правила аускультации. Аускультация как метод исследования должна проводиться по определенным правилам. В первую очередь это касается условий, в которых проводится аускультация. В помещении должно быть тихо, чтобы никакие посторонние шумы не заглушали выслушиваемые врачом звуки, и достаточно тепло, чтобы больной мог находиться без рубашки. Во время аускультации больной стоит или сидит на стуле, в постели,— такое его положение удобнее для врача. Тяжелых больных выслушивают в положении лежа в постели; если проводится аускультация легких, то, выслушав одну половину грудной клетки, больного осторожно поворачивают на другой бок и продолжают аускультацию. На коже над поверхностью выслушивания не должно быть волос, так как трение раструпа фонендоскопа или его мебраны о волосы создает дополнительные звуки, затрудняющие анализ аускультируемых звуковых явлений. Во время выслушивания стетоскоп нужно плотно всей окружностью прижать к коже больного, но не оказывать очень большого давления, иначе произойдет ослабление вибрации ткани в зоне прилегания стетоскопа, вследствие чего становятся тише также и выслушиваемые звуки. Стетоскоп врач плотно удерживает двумя пальцами. Во время исследования в соответствии с поставленной задачей он меняет положение больного (например, диастолический шум аортальной недостаточности иногда лучше выслушивается в положении больного сидя или стоя, а диастолический шум митрального стеноза — если больной лежит, особенно на левом боку). Необходимо также регулировать дыхание больного, а в некоторых случаях ему предлагают покашлять (например, после выделения мокроты выслушиваемые ранее в легких хрипы могут исчезнуть или изменить свой характер). В настоящее время медицинская промышленность выпускает разнообразные стетоскопы и фонендоскопы, которые в большинстве своем различаются только по внешнему виду. Однако одно из основных правил аускультации требует, чтобы врач всегда пользовался тем аппаратом, к которому он привык. Опытные врачи это знают: если случайно для аускультации больного приходится воспользоваться чужим стетоскопом, то сразу значительно труднее становится качественный анализ выслушиваемых звуков. Последнее требование подчеркивает необходимость достаточных теоретических знаний у врача, чтобы он мог правильно трактовать выслушиваемые звуки, и постоянной тренировки, приобретения навыка эыслушивания. Только в этом случае аускультация как метод исследования раскрывает перед врачом все свои возможности. Тоны сердца. Во время деятельности сердца возникают звуковые явления, которые называются сердечными тонами. У здоровых людей при аускультации сердца хорошо выслушиваются два тона: первый тон, возникающий во время систолы,— систолический, и второй тон, возникающий во время диастолы,— диастолический. Первый тон образуется из нескольких компонентов. Основной компонент первого тона — клапанный. Он обусловлен колебаниями створок триовентрикулярных клапанов, как при захлопывании их в начале систолы, так и при колебании их в фазе изометрического сокращения, когда атриовентрикулярные клапаны закрыты. Второй компонент — мышечный, т. е. колебания, связанные с напряжением миокарда желудочков, возникает также в период изометрического сокращения. Третий компонент— сосудистый — обусловлен колебаниями начальных отрезков ;юрты и легочного ствола при растяжении их кровью в фазе изгнания. Четвертый компонент — предсердный, в его происхождении играют роль колебания, связанные с сокращением предсердий. С этого компонента и начинается первый тон, поскольку систола предсердий предшествует систоле желудочков. В норме колебания, вызванные систолой предсердий, сливаются со звуковыми колебаниями, обусловленными систолой желудочков, и воспринимаются как один тон. Второй тон — образуется за счет колебаний, возникающих в начале диастолы при захлопывании полулунных створок клапана аорты и легочного ствола. Оба тона можно выслушать над всей областью сердца, по звучность их будет изменяться в зависимости от близости расположения клапанов, участвующих в образовании или первого, или второго тона. Поэтому для правильной оценки данных аускультации нужно знать места проекции клапанов на грудную стенку, а также где лучше выслушиваются звуковые явления, исходящие из того или иного клапана. Места проекции клапанов на переднюю грудную стенку находятся очень близко друг от друга (рис. 64). Проекция митрального клапана находится слева у грудины в области прикрепления III ребра, трехстворчатого клапана — на грудине, на середине расстояния между местом прикрепления к грудине хряща III ребра слева и хряща V ребра справа. Клапан легочного ствола проецируется во втором межреберье слева от грудины, клапан аорты — посреди грудины на уровне третьих реберных хрящей. При таком близком расположении клапанов друг от друга, выслушивая сердце в местах их истинной проекции, трудно решить, какой из них поражен. Изучение звуковых явлений, возникающих в сердце, установило, что восприятие звуков зависит не только от близости проекции клапанов, где возникают звуковые колебания, но и от проведения этих колебаний по току крови, и от прилегания к грудной стенке того отдела сердца, в котором эти колебания образуются. Все это позволило найти определен¬ные области на грудной -клетке, где наиболее хорошо выслушиваются звуковые явления, связанные с деятельностью каждого клапана. Для диагностики состояния сердечной деятельности применяется метод подобный аускультации и называемый фонокардиограммой (ФКГ). Этот метод заключается в графической регистрации тонов и шумов сердца и их диагностической интерпретации. Практически всегда возникает задача разделения шумов дыхания и шумов сердца. Принципиально отличным от двух изложенных выше звуковых методов является перкуссия (сюда же можно отнести вибрационный резонансный метод). В этом методе выслушивают звучание отдельных частей тела при их простукивании (или при применении различных возбудителей звуковых колебаний). По тону перкуторных звуков (резонансных откликов прослушиваемых внутренних органов человека) можно определить состояние и тонографию внутренних органов (печень, почки и др.), которые сами не являются источниками звуков. В конце 90-х годов был предложен новый метод перкуссии – локафон (Locaphony) (В.Д.Свет, Н.С.Николаев и др.), который позволяет снимать двухмерные акустические изображения патологии внутренних органов человека, при этом точность определения изображения патологии в плоскости составляет 2-3 мм (определяется размерами акустического датчика-приемника звуковых колебаний). Частотный диапазон возбуждающего акустического сигнала от 300 Гц до 3000 Гц. Объединяет все эти методы применение акустических и вибрационных датчиков, предназначенных для достоверного и правильного измерения параметров звуковых волн на наружной поверхности кожи в различных точках человеческого тела. Естественно для каждого метода характеристики датчиков будут несколько отличными (так для измерения шумов сердца требуются более высокочастотные датчики), но эти отличия не столь значительны. В начале 90-х годов многие исследователи, как правило, применяют датчики, имеющиеся под руками. Чаще всего применяют акселерометры фирм «Bruel & Kjer» и «Hewlett Packard», которые изначально не предназначены для регистрации колебаний на поверхности тела человека. Реже используют самостоятельно изготовленные датчики, причем сведения о методах их расчета и конструктивных особенностях не приводятся. Поэтому правомерно появление идеи об определенной степени унификации как датчиков, так и самой методики регистрации в целом. Реализация этой идеи упростила бы обмен экспериментальными данными между различными школами и исследователями.

Источником слабых акустических шумов, которые определяются как звуки дыхания (ЗД), являются: трахея, бронхи и легкие. Доказано, что

- источник ЗД следует рассматривать как распределенный объект, находящийся в замкнутом корпусе, ткани которого влияют на прохождение акустической волны;

- характер звуков дыхания меняется по мере изменения положения приемника на корпусе источника, а также в зависимости от состояния тканей источника;

- установлено существование нескольких частотных диапазонов для индивидуальных проявлений аускультативных признаков. Анализ литературных источников показывает, что частотный диапазон аускультативных признаков очень широк, границы частотных интервалов, отмеченные для отдельных видов аускультативных феноменов, пересекаются.

Характер дыхания

В описании характера дыхания в медицинской литературе нет единого мнения о том, какие виды дыхания существует и что они собой представляют. Так большинство авторов сходится во мнении, что в норме, над большей частью поверхностей лёгких выслушивается везикулярное дыхание. Однако на основании чего дыхание может быть охарактеризовано как везикулярное, чётких указаний нет. Часть авторов говорит, что отличительная черта этого типа - вдох, равный 1/3 выдоха. Другие уверяют, что везикулярное дыхание - это в первую очередь совоебразный дыхательный шум - непрерывный, равномерный, мягкий, напоминающий звук "ф". Вероятно правы и те и другие, однако что считать основополагающим - соотношение вдоха и выдоха или сам дыхательный шум - не понятно. Поэтому далее характер дыхания описывается с учётом всех возможных характеристик. Пуэрильное дыхание - норма для детей в возрасте до 5 лет. Вдох равен выдоху. Звук сравнительно более громкий и чёткий, чем при везикулярном дыхании (в связи с анатомическими особенностями детей - более тонкая грудная клетка). У детей старше 5 лет и взрослых - патология. Жёсткое дыхание - сопровождает любой бронхит, любое ОРВИ. Жёсткое дыхание сигнализирует о воспалении бронхов или лёгочной ткани. Вдох равен выдоху. Дыхательные шумы - достаточно громкие, грубые. Пуэрильное и жёсткое дыхание нередко достаточно трудно отличить друг от друга. Для этого исследуется его распространённость. Пуэрильное дыхание, как правило, выслушивается равномерно над всех поверхностью лёгких, жёсткое - обычно, локально (соответствует локализации воспалительного очага). Бронхиальное дыхание также является следствием некоторых заболеваний и представляет собой проведение дыхательных шумов с гортани и трахеи, вследствие определённого изменения лёгочной ткани. Выдох - 1/3 вдоха. Аускультативно - это самый грубый, громкий тип дыхания. Соотношение вдоха и выдоха может для простоты отображен при помощи аускультограммы. Выделяют также ещё один, более редкий тип - амфорическое дыхание. Оно выслушивается над полостными образованиями лёгких, соединённых с просветом бронха. По звуку оно напоминает звук воздуха, проходящего через узкое горлышко (например, амфоры). Кроме того, выделяют несколько так называемых патологических типов дыхания (это сложившийся термин и в него не включают жёсткое, пуэрильное и бронхиальное, хотя они и не выслушиваются в норме). К патологическим типам относят:

• Дыхание Чейн-Стокса - глубина дыхания постепенно нарастает, но спустя около 10 дыхательных циклов начинает убывать и в конце концов переходит в апное (до 1 минуты). Затем цикл повторяется.

• Дыхание Грокко (диссоциированный тип дыхания) - глубина дыхания постепенно нарастает, но спустя около 10 дыхательных циклов начинает убывать, однако цикл повторяется без перехода в апное.

• Дыхание Биота (агонирующий тип дыхания) - несколько обычных дыхательных движений прерываются апоное (до 30 секунд). Все патологические типы дыхания свидетельствуют о тяжёлом поражении головного мозга (разной этиологии). Прогноз при их выявлении - сомнительный.

Хрипы

При выслушивании хрипов в лёгких, оцениваю их:

• характер (сухие / влажные)

• калибр (крупно- / средне- / мелкопузырчатые)

Крепитация

Крепитация - специфический звуковой феномен, строго говоря, не относящийся к хрипам. Крепитация напоминает "хруст снега под ногами", некоторые авторы сравнивают её с "шуршанием полиэтилена". Она возникает при поражении терминальных бронхов, бронхиол и альвеол, когда на выдохе происходит слипание альвеол, а на вдохе большое их число расправляется с характерным звуком. Непосредственная причина - нарушение выработки сурфактанта. Крепитация лучше выявляется при глубоком дыхании.

Анализ существующих коллекций дыхательных шумов (ДШ) показал, что они различаются основными параметрами записи: частотой квантования по уровню и по времени, длительностью, методикой обработки, а также форматами сохранения. По каждому аускультативному феномену в коллекции обычно присутствует одна запись, что затрудняет оценку характеристик классов аускультативных феноменов. Показано, что для решения проблемы авто-матического анализа ЗД необходимо создать архив унифицированных записей паттернов (образцов) звуков дыхания и методику его расширения. Обоснована система требований к параметрам модели паттерна ДШ: частота дискретизации Гц, что позволяет регистрировать аускультативные феномены в низкочастотном (до 5500 Гц) и высокочастотном (до 13000 Гц) диапазонах; разрядность аналого-цифрового преобразования акустической волны 16 бит, что позволяет анализировать акустическую волну с амплитудой менее 20 дБ; длительность паттерна 1,5сек <Т< 20 сек, что удовлетворяет акустические требования к регистрации широкополосного шума и физиологические требования к регистрации отдельных фаз дыхательных циклов. Для выделения области информативных признаков, характеризующих тембровую окраску звуков дыхания, разработаны и исследованы варианта цифровых фильтров: Баттерворта 6-ого порядка и два фильтра FFT, имити-рующие эффекты стетоскопической и фонендоскопической приставок.

Проведены исследования влияния не стационарности ДШ на точность определения спектральной характеристики при анализе интервалов длительно-стью до 20 сек. Рассмотрено влияние параметров интервала t (его величины, локализации по отношению к началу ряда и по отношению к фазам дыхательного цикла на вид . Экспериментально доказано, что график осредненного спектра мощности, рассчитанного по отдельной фазе ДЦ, правильно отражает факт проявление аускультативного признака, однако абсолютное значение приращения функции меньше, чем аналогичная оценка, найденная по спектру, рассчитанному по участку локализации признака. На основании результатов экспериментов сделан вывод, что если интервал наблюдения аускультативного признака не превышает интервала, на котором рассчитывается спектр мощности ( ), то получаемая характеристика будет правильно воспроизводить общий характер распределения энергии по часто-там. Исследование спектров мощности файлов с образцами звуков дыхания из множеств “норма“ и “патологии“ показывают, что эта информация может использоваться как разделительный признак только для случаев с ярко выраженными аускультативными признаками. Периодограммы ЗД пациентов, на-ходящихся на этапе долечивания, имеют визуально очень малые различия с соответствующими графиками из класса “норма“. Исследования паттернов ДШ зарегистрированных при заболеваниях органов дыхания показали, что спектры мощности вдоха и выдоха могут существенно различаться. Доказана целесообразность осуществлять расчет спек-тров мощности на участках локализованных по фазам дыхательного цикла.

Постановка задачи исследования:

Для выслушивания шумов в легких требуется 16 датчиков. По восемь на спине и груди.Таким образом предпологается следующая цепочка накопления, записи и моделирования данных. С помощью датчиков установленных на поверхости груди и спины, как показано на рисунке , происходит получения шумов.Затем эти данные могут быть обработаны на компьютере с помощью специальных прикладных пакетов программ моделирования.

Размер файла - 52 кб ; Размер изображения - 448 x 242 ; Количество кадров - 2 ; Количество повторений - 8 .

В настоящее время можно использовать современные технологии виртуального моделирования и прототипирования, в частности, пакет программ Adobe Audition, позволяющие во многих случаях способны заменить длительные натурные эксперименты на этапе проектирования. Благодаря возможности представления спектра шумов и спектральной плотности в виде графических зависимостей. Разработанная система для многоканального неинвазивного мониторинга и диагностики состояния органов респираторного тракта на основе акустической информации о звуках дыхания включает : - высокочувствительные сенсоры для регистрации звуков дыхания - процессорный блок ПК с установленной на шину ISA специализированной 16 разрядной платой аналого-цифрового преобразователя . - пакет специальных прикладных программ для анализа полученных результатов.

Регистрация звуков дыхания осуществляется с помощью высокочувствительных пьезоакселерометров с малошумными предусилителями. С выхода предусилителей сигналы поступают на информационные дифференциальные входы 8 канальной платы АЦП , где осуществляется их предварительная фильтрация и синхронное по всем каналам преобразование в 16 разрядные цифровые коды с заданной частотой дискретизации. Для оцифровки сигнала используется сигма-дельта АЦП со встроенными антилайзинговыми фильтрами для устранения эффектов наложения спектров. Преобразованные файлы записываются в файл на жесткий диск и спомощью пакета прикладных программ производится анализ полученных результатов.

Анализ включает в себя следующее :

1)Считывание данных с жесткого диска, их визуализация.

2)Оценка и визуализация спектральной плотности мощности сигналов

3) Оценка и визуализация двумерных респиросонограмм сигналов

4)Оценка межканальной когерентности спектральных компонентов сигналов

5)Оценка межканальных фазовых задержек спектральных компонентов сигнала

6)Цифровая фильтрация входных сигналов

7)Аудио-анализ сигналов

и т.д.

Вывод

Предлагается разработка медицинской электронной системы диагностики состояний легких. Данная разработка поможет с систематизацией и накоплением данных для больничных картотек. С приминением специальных программ будет возможен анализ и моделирования полученных данных с помощью современной датчиковой аппаратуры. Одной из важных задач будет разделение шумов дыхания и шумов сердца для упрощения определения диагноза. Это возможно при использовании нескольких методик. Наиболее качественными, при которых изучаемый спектр не ухудшается, является считывание дыхательных шумов в промежутке между сердечными тонами и адаптивные методы фильтрации при цифровой обработке

Список использованных материалов:

1. В.И. Коренбаум, И.А.Почекутова, Ю.В. Кулаков, А.А. Тагильцев, А.Е. Костив «Акустическая диагностика системы дыхания человека на основе обьективного анализа дыхательных звуков»

2. Э.М. Батищев, И.А. Бойко, В.И. Коренбаум, А.Е. Костив "Акустическая интраскопия легких на основе спектрального анализа перкуторных звуков"

3. Аль-Нажжар Номан Каид Абдулла «Модели, алгоритмы и технические средства исследования и автоматического анализа дыхательных шумов»

4. Рейдерман М.И "Актуальные проблемы аускультации легких"

5. В.В.Крижановский, В.В.Крижановский-мл. "Структура и возможности программного обеспечения для компьютерной системы регистрации, анализа и классификации звуков дыхания"

6. В.Т. Гринченко, Г.П. Виноградный, А.А.Макаренкова "Датчик для аускультации на основе акустического пьезокерамического стержневого преобразователя"

7. В.В.Крижановский, В.В.Крижановский-мл. "Методы обработки информации о звуках дыхания и их апробация"