способ диагностики бронхиальной обструкции

Формула изобретения

Способ диагностики бронхиальной обструкции, включающий измерение параметров звуков форсированного выдоха и окружности грудной клетки (Окр.гр.кл.) при спокойном дыхании, отличающийся тем, что измеряют следующие параметры звуков форсированного выдоха (ФВ): общую продолжительность звука ФВ (Т_общ), время нарастания амплитуды (Т_нараст), частоту максимальной энергии звука ФВ (F_mах), коэффициент (Q_выд ) - отношение суммарной энергии низких (НЧ) и средних (СЧ) частот к энергии высоких частот (ВЧ), доли относительной энергии ВЧ, СЧ и НЧ в процентах, кроме того, определяют индекс массы тела (ИМТ), пиковую скорость выдоха (ПСВ), индекс «курильщика» (ИК), причем ИК рассчитывают по формуле ИК=количество выкуриваемых сигарет в день * стаж курения/20, наличие профессиональной вредности, причем отсутствие профессиональной вредности (Проф. вредн.) в анамнезе оценивается как 0 баллов, наличие профессиональной вредности в анамнезе оценивается как 1 балл, и с помощью уравнения множественной регрессии определяют степень бронхиальной обструкции по формуле:

Коэффициент обструкции =-34,2749+0,8512·ИМТ+0,1894·Окр.гр.кл.-0,0048·ИК-2,7608·Проф.Вредн.+0,6681·ПСВ-0,3080·Т _общ-13,9132·Т_нараст+0,0056·F_max -6,8414·Q_выд-0,0691·НЧ+0,685·СЧ+0,0117·ВЧ;

если коэффициент обструкции находится в диапазоне от 100 до 86,456, то бронхиальной обструкции нет, если в диапазоне от 86,455 до 80,887 - ставят диагноз легкая бронхиальная обструкция, если в диапазоне 80,886 до 43,684 - ставят диагноз бронхиальная обструкция средней степени тяжести, если в диапазоне от 43,683 до 0 - тяжелая бронхиальная обструкция.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, в частности к пульмонологии, и предназначено для неинвазивной диагностики бронхиальной обструкции.

В клинике известны и широко применяются способы выявления бронхиальной обструкции на основе определения потоко-объемных характеристик дыхания (спирография) и бодиплетизмографии (Оценка функции внешнего дыхания: Методические подходы и диагностическое значение. А.А.Белов, Н.А.Лакшина. М: «Издательский дом «Русский врач», 2002, 67 с). Недостатком указанных способов является низкая эффективность выявления нарушений бронхиальной проходимости обструктивного типа (в особенности на ранних этапах заболевания), а также их малая приспособленность для проведения массовых обследований как вследствие трудоемкости самих способов, так и ввиду высокой стоимости аппаратуры, предназначенной для их осуществления.

Известен способ диагностики нарушения бронхиальной проходимости, заключающийся в измерении звуков кашля и определении нарушения бронхиальной проходимости при превышении доли относительной энергии высоких частот >65% (патент РФ № 2002133714, опубл. 20.06.2005). Недостатком данного способа является ограниченная эффективность выявления нарушений из-за отсутствия кашля у некоторых пациентов при наличии выраженной одышки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ диагностики нарушений бронхиальной проходимости, описанный в патенте РФ № № 2291666, опубл. 20.01.2007. Он заключается в регистрации и анализе дыхательного шума на трахее во время выполнения пациентом маневра ФВ. При превышении величиной нормированной продолжительности (Tn) шумового процесса порогового значения определяется нарушение бронхиальной обструкции. Недостатком прототипа является недостаточная эффективность выявления бронхиальной обструкции, связанная с использованием для анализа малого количества акустических параметров, в частности частотных характеристик звуков ФВ; а также влияние посторонних шумов, вызванных сердцебиением и сокращением мышц (связанных со способом регистрации звуков на трахее накожным датчиком) на акустические характеристики звуков ФВ.

Цель изобретения заключается в повышении эффективности выявления бронхиальной обструкции за счет учета индивидуальных временно-частотных характеристик звуков ФВ.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Запись звука осуществляют с помощью микрофона, подключенного к входу звуковой платы. Микрофон должен иметь трансформаторный тип с полосой пропускания 60 Гц-24 КГц, сопротивлением 300 Ом и чувствительностью 90 Дб.

Перед регистрацией звуков каждого испытуемого обучают правильному выполнению маневра ФВ. Испытуемые должны быть проинструктированы о необходимости после максимально полного вдоха выполнить резкий выдох настолько форсированно, насколько это возможно. Для того чтобы амплитуда была приблизительно одинаковой у всех испытуемых, микрофон располагают на расстоянии 7-12 см от губ с помощью специального кронштейна. Таким образом, требования для сравнения спектров частот будут выполнены. Для уменьшения влияния шума и предотвращения наложения все звуковые сигналы отфильтровываются с помощью фильтров с полосой пропускания от 60 до 6000 Гц (48 dB/октава; Баттерворда).

Анализу подвергают, как минимум, 3 ФВ и вычисляют средние значения показателей. Сначала проводят регистрации аналоговых записей, характеризующих зависимость амплитуды звука ФВ от времени, с помощью которых определяют временные характеристики звуков ФВ: Т_общ (сек) - общую продолжительность звука ФВ и Т_нараст (сек) - время нарастания амплитуды. Затем сигналы подвергаются цифровой обработке с помощью быстрого преобразования Фурье, в результате чего получается модель звука форсированного выдоха - спектрограмма, отражающая связь энергии звука, частоты и времени. Оценивают F_max (Гц) - частоту максимальной энергии звука форсированного выдоха, коэффициент Q_выд - отношение суммарной энергии низких (60-300 Гц) и средних частот (300-600 Гц) к энергии высоких частот (600-5000 Гц) и доли относительной энергии высоких, средних и низких частот (%).

Антропометрические данные измеряют стандартными способами с использованием электронных весов и ростомера. Индекс массы тела рассчитывают по формуле: ИМТ=вес(кг)/рост²(м). Окружность грудной клетки при спокойном дыхании измеряют сантиметровой лентой, которая накладывается сзади на уровне нижних углов лопаток, спереди у мужчин прикрывает нижние сегменты околососковых кружков, а у женщин накладывается выше молочных желез.

Пиковую скорость выдоха определяют электронным пикфлоуметром и вычисляют процент от должного значения в зависимости от пола, роста и возраста.

Индекс «курильщика» (ИК) рассчитывается по формуле: ИК(пачек/лет)=(количество выкуриваемых сигарет в день · стаж курения (годы))/20.

При опросе пациентов выясняют наличие профессиональной вредности, отсутствие которой оценивают как 0 баллов, наличие в анамнезе - 1 балл.

На основе измеренных величин вычисляется коэффициент обструкции по формуле:

Обструкция=-34,2749+0,8512·ИМТ+0,1894·Окр.гр.кл.-0,0048·ИК-2,7608·Проф.вредн.+0,6681·ПСВ-0,3080·Т _общ-13,9132·Т_нараст+

0,0056·F _max-6,8414·Q_выд-0,0691·НЧ+0,685·СЧ+0,0117·ВЧ.

Данная формула была получена путем многошагового анализа, в процессе которого с помощью статистико-математических критериев осуществлен отбор факторов и уточнена форма связи каждого фактора с результативным признаком. Определение числовых значений параметров уравнения множественной регрессии производилось методом наименьших квадратов, для чего строилась и решалась система нормальных уравнений.

Оценка значимости определялась исходя из степени взаимосвязи показателей состояния больного (пол, возраст, ИМТ, окружность грудной клетки, профессиональная вредность, длительность заболевания, ИК, бальная оценка кашля и одышки по визуальной аналоговой шкале, ПСВ, Т_общ, Т_нараст, F _max, F₅₀ (срединная частота, разделяющую спектр на 2 части, каждая из которых содержит 50% энергии звука ФВ), F₉₀ (частота, на которую приходится 90% энергии звуков ФВ); Q_выд, НЧ, СЧ, ВЧ) с показателем бронхиальной обструкции по выборке посредством ранговых оценок.

Отбор моделей со значимыми коэффициентами осуществлялся с использованием пошаговой регрессии. В результате были отобраны следующие параметры: ИМТ, окружность грудной клетки, профессиональная вредность, ИК, ПСВ, Т_общ, Т_нараст,

F _max, Q_выд, НЧ, СЧ, ВЧ.

Использована обучающая выборка из 235 человек, которую составили 55 здоровых людей и 180 больных хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) (легкого, среднего и тяжелого течения) в возрасте 33-78 лет.

Опытным путем были определены пороговые значения бронхиальной обструкции для каждой из групп пациентов. Если коэффициент обструкции расположен в диапазоне от 100 до 86,455 - бронхиальной обструкции нет; если в диапазоне от 86,456 до 80,886 - легкая бронхиальная обструкция; если в диапазоне от 80,887 до 43,683 - бронхиальная обструкция средней степени тяжести; если в диапазоне от 43,684 до 0 - тяжелая бронхиальная обструкция.

Наличие ХОБЛ подтверждалось определением повышенного уровня лимфоцитов, носителей маркера CD8⁺ в венозной крови пациентов методом моноклональных антител.

При корреляционном анализе (коэффициент ранговой корреляции Спирмена) экспериментальных данных по обучающей выборке выявлена достоверная корреляционная связь между показателями объема форсированного выдоха за 1-ю секунду (ОФВ₁) и бронхиальной обструкции -R=0,924 (р=0,001).

Эффективность предлагаемого способа была проверена на непересекающейся с обучающей контрольной выборке обследуемых в составе 55 человек, в которую вошли 15 здоровых людей в возрасте 33-78 лет, 12 больных ХОБЛ легкого течения, 17 больных ХОБЛ средней степени тяжести и 11 больных ХОБЛ тяжелого течения (мужчины и женщины в группах не отличались по возрасту, росту и весу).

При этом специфичность предлагаемого способа диагностики составила 94%. Чувствительность предлагаемого способа составила 100%, что выше, чем у прототипа (96%).

Предлагаемый способ показал большую эффективность по сравнению со спирографией для выявления бронхиальной обструкции у больных с легким течением ХОБЛ.

Ниже приводятся примеры использования заявленного способа.

Пример 1

Мужчина Л., 35 лет, не курит, работает преподавателем в ВУЗе, рост -180 см, вес - 64,8 кг, ИМТ - 20 кг/м² , окружность грудной клетки - 88 см. ПСВ - 101% от должного.

Временно-частотные параметры звуков ФВ:

Т_общ - 0,5804 сек

Т_нараст - 0,0434 сек

F_max - 1036,87 Гц

ВЧ - 44,25 Гц

СЧ - 41,33 %

НЧ - 14,42 %

Q_выд - 0,292 %

Коэффициент обструкции - 97,752.

Заключение: так как коэффициент обструкции находится в диапазоне от 100 до 86,455, делаем вывод, что у обследуемого нет признаков бронхиальной обструкции, что подтверждается результатами медицинского обследования.

Пример 2

Женщина А., 43 лет, не курит, работает медсестрой в поликлинике, рост - 168 см, вес - 62,1 кг, ИМТ - 22 кг/м², окружность грудной клетки - 89 см. ПСВ - 84% от должного.

Временно-частотные параметры звуков ФВ:

Т_общ - 0,44 сек

Т_нараст - 0,12 сек

F _max - 1113,09 Гц

ВЧ - 63,37 Гц

СЧ - 30,5 %

НЧ - 7,32 %

Q_выд - 0,273 %

Коэффициент обструкции - 81,117.

Заключение: так как коэффициент обструкции находится в диапазоне от 86,455 до 80,886, делаем вывод о наличии признаков легкой бронхиальной обструкции. Этот вывод подтверждается независимо поставленным медицинским диагнозом с использованием результатов компьютерной томографии: XOБЛ I стадия, обострение.

Способ позволяет повысить эффективность диагностики бронхиальной обструкции за счет выявления более надежных объективно оцениваемых характеристик звуков ФВ в зависимости от сложения и физического развития обследуемых, пикфлоуметрических данных, а также влияния факторов риска (курения, профессиональных вредностей).